UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
CONTROL AUTOMÁTICO AUTOMÁTICO DE MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO DE JARDINES JARDINES Y SIMILARES-FUNDAMENTOS SIMILARES-FUNDAMENTOS Y CASOS CASOS DE IMPLANTACIÓN “
”
TRABAJO MONOGRAFICO FINAL DEL CURSO DE AUTOMATIZACION Y CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES
EQUIPO DE TRABAJO: ESTUDIANTES DEL OCTAVO CICLO DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA. 1) 2) 3) 4) 5) 6)
TORRES PEREZ, HILTER SEGURA CHAVEZ JOHN CHAVEZ MENDOZA, FRANCO A. MENDOZA REYES, C. DAVID HERRERA SIGUEÑAS JEISER ZEVALLOS COCHACHI ANTHONY
082597-G 1023120389 1023120237 1023120781 1023120504 1023120184
ASESOR TÉCNICO DEL PROYECTO: ING. GUTIERREZ TOCAS TOCAS VICTOR L.
CALLAO, OCTUBRE, 2014 PERÚ
CONTROL AUTOMATICO AUTOMATICO DE MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO DE JARDINES JARDINES Y SIMILARES-FUNDAMENTOS Y CASOS DE IMPLANTACION
INDICE 1) 2) 3) 4) 5) 6)
CARATULA…………………………………………………………………….1 ÍNDICE………………………………………………………………………….2 INTRODUCCION………………………………………………………………3 OBJETIVOS……………………………………………………………………3 RESUMEN……………………………………………………………………...4 MARCO TEORICO…………………………………....................................5
6.1. 6.2.
ENTENDIENDO EL SISTEMA DE RIEGO………………… RI EGO…………………………………….5 ………………….5
SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO AUTOMATIZADO UNIDAD DE SENSORES INALÁMBRICOS………………………………………… INALÁMBRICOS…………………… …………………………………………… ………………………5 5
6.3.
VENTAJAS E INCONVENIENTES INCONVENIENTES DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LOS RIEGOS……………………………………………………………………………. 6.4. SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN…………………………………………… 6.5. AUTOMATIZACIÓN POR TIEMPOS………………………………………….. 6.5.1. ELECTROVÁLVULAS 6.5.2. PROGRAMADORES 6.5.3. TIPOS DE PROGRAMADORES PROGRAMADORES 6.6. AUTOMATIZACIÓN POR VOLÚMENES VOLÚMENES……………………………………. 6.6.1. VÁLVULAS VOLUMÉTRICAS 6.6.2. ELECTROVÁLVULAS. 6.6.3. PROGRAMADORES 6.7. DISEÑO DE UN SISTEMA HIDRONEUMÁTICO HIDRONEUMÁTICO………………………….. 6.8. MANTENIMIENTO DE JARDINES…………………………………………… 6.9. COMPONENTES DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO ABASTECIMIENTO………………. 6.10. APLICACIÓN DE HIDRONEUMATICA HIDRONEUMATICA…………………………………….. 6.11. USO EN EL MANTENIMIENTO MANTENIMIENT O DE JARDINES ……………………………
7) CONCLUSIONES……………………………………………………………29 8) BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………....29 9) ANEXOS………………………………………………………………………30
CONTROL AUTOMATICO AUTOMATICO DE MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO DE JARDINES JARDINES Y SIMILARES-FUNDAMENTOS Y CASOS DE IMPLANTACION
INDICE 1) 2) 3) 4) 5) 6)
CARATULA…………………………………………………………………….1 ÍNDICE………………………………………………………………………….2 INTRODUCCION………………………………………………………………3 OBJETIVOS……………………………………………………………………3 RESUMEN……………………………………………………………………...4 MARCO TEORICO…………………………………....................................5
6.1. 6.2.
ENTENDIENDO EL SISTEMA DE RIEGO………………… RI EGO…………………………………….5 ………………….5
SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO AUTOMATIZADO UNIDAD DE SENSORES INALÁMBRICOS………………………………………… INALÁMBRICOS…………………… …………………………………………… ………………………5 5
6.3.
VENTAJAS E INCONVENIENTES INCONVENIENTES DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LOS RIEGOS……………………………………………………………………………. 6.4. SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN…………………………………………… 6.5. AUTOMATIZACIÓN POR TIEMPOS………………………………………….. 6.5.1. ELECTROVÁLVULAS 6.5.2. PROGRAMADORES 6.5.3. TIPOS DE PROGRAMADORES PROGRAMADORES 6.6. AUTOMATIZACIÓN POR VOLÚMENES VOLÚMENES……………………………………. 6.6.1. VÁLVULAS VOLUMÉTRICAS 6.6.2. ELECTROVÁLVULAS. 6.6.3. PROGRAMADORES 6.7. DISEÑO DE UN SISTEMA HIDRONEUMÁTICO HIDRONEUMÁTICO………………………….. 6.8. MANTENIMIENTO DE JARDINES…………………………………………… 6.9. COMPONENTES DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO ABASTECIMIENTO………………. 6.10. APLICACIÓN DE HIDRONEUMATICA HIDRONEUMATICA…………………………………….. 6.11. USO EN EL MANTENIMIENTO MANTENIMIENT O DE JARDINES ……………………………
7) CONCLUSIONES……………………………………………………………29 8) BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………....29 9) ANEXOS………………………………………………………………………30
I.
INTRODUCCION.
El desarrollo tecnológico conseguido en el campo de la electrónica unido al logrado en el campo de la informática, permite realizar de forma automática el riego de jardines y zonas verdes, y otras operaciones como la fertirrigación o la limpieza de los filtros del cabezal de riego, lo que ha dado lugar a un mayor control y facilidad de manejo de las instalaciones y a un abaratamiento de los costes de mantenimiento. Los sistemas de automatización que se pueden encontrar en el mercado ofrecen numerosas posibilidades, que van desde la programación de pequeñas operaciones, como la apertura o cierre de una válvula, hasta la realización de una programación integral del riego, que permite realizar de forma automática distintas operaciones además del riego propiamente dicho. La automatización de los riegos es posible en cualquier sistema de riego empleado, sin embargo su uso está mucho más extendido en los sistemas de riego por aspersión y difusión, y en los de riego localizado, ya que en la mayoría de jardines y demás zonas verdes se emplean estos sistemas, o tienden a utilizarse. En el siguiente trabajo control automático de mantenimiento de jardines se dará a conocer las aplicaciones de los sensores, dispositivos, instrumentos y demás accesorios accesorios que están están involucrados en el tema. Además Además una aplicación aplicación práctica de un sistema de riego de jardín. Cuyos aportes ayudaran al curso a entender más sobre la automatización en sus diferentes aplicaciones.
II.
OBJETIVOS. 1) Conocer los controles controles automáticos automáticos de riego que se se utiliza utiliza en jardines. 2) Identificar los tipos tipos de sensores sensores que se utilizan en riego. 3) Diagnosticar si el sistema de riego es un sistema sistema de lazo abierto abierto o lazo cerrado. 4) Identificar los elementos que componen el automatismo de un sistema de riego.
III.
RESÚMEN.
La utilización de automatismos facilita la práctica de los riegos, al permitir el control automático de una parte o de todos los procesos que componen la ejecución de éstos, dependiendo del grado de automatización del sistema. La programación de los riegos puede realizarse por tiempo o por volúmenes, según se determine el tiempo que debe durar cada riego, o el volumen de agua a aplicar en cada riego, respectivamente. Los elementos básicos para automatizar un sistema de riego son los programadores y las electroválvulas, de los que existen en el mercado un sinfín de modelos que permiten distintos niveles de automatización. Los programadores pueden funcionar con distintas fuentes de energía, eléctrica, solar o a pilas, lo que permite automatizar jardines sin suministro eléctrico o zonas de difícil acceso. Además, con los sistemas sin hilo, que conectan programadores y electroválvulas por control remoto, se evita la realización de zanjas y el cableado del jardín que se desee automatizar. Con los sistemas de programación integral, pueden conseguirse los mayores niveles de automatización posibles dentro de las instalaciones de riego. El uso de máquinas de riego conectadas a sensores, que suministran información sobre las condiciones ambientales existentes en el área regada o sobre la calidad de la solución nutritiva aportada, permiten la regulación automática de los parámetros de riego implicados, en caso que sea necesario.
IV.
MARCO TEÓRICO. Entendiendo el Sistema de Riego:
Un sistema simple: Un rociador conectado a una manguera Para entender cómo funciona un sistema de riego automático, conviene pensar en la instalación más simple: Un rociador colocado al final de la manguera del jardín. Un sistema como este permitiría regar una pequeña zona del jardín cada vez que se abra la llave de agua. Ahora
bien,
imaginemos
que
cambiamos la manguera por un tubo de PVC y lo colocamos bajo tierra; incluso podríamos pensar en colocar más de un rociador en el tubo, lo que permitiría regar una zona más grande. En ese caso ya tendríamos un circuito de riego semi-automático.
¿Podemos agregar más regadores al tubo, hasta regar el jardín completo? Puede que en un jardín muy pequeño funcione. Sin embargo, en una instalación más grande es posible que el arranque de agua potable, el medidor y los tubos que llegan hasta los rociadores no tengan la capacidad de entregar suficiente agua a una presión razonable a los regadores. La forma más simple de evitar este inconveniente es trabajar con varios circuitos de riego, cada uno con su propia llave de agua y con un número moderado de rociadores. Así, si se abre una llave de agua a la vez, se conseguirá que los rociadores funcionen correctamente y se podrá regar todo el jardín de manera eficaz. A modo de ejemplo, si para regar un jardín necesitamos 15 rociadores, pero la instalación existente no es capaz de alimentar adecuadamente más de 3 rociadores, deberemos dividir el jardín en 5 zonas, donde cada zona es regada
por un circuito distinto con su propia llave de agua. Así tendríamos una instalación de 5 zonas, con 5 llaves de agua y 3 rociadores por zona.
¿Podemos hacer que las llaves de agua se abran y cierren solas y olvidarnos de regar todos los días? Aunque una llave de agua normal no se puede abrir sin una mano que la mueva, existen llaves de agua especiales, conocidas como electroválvulas o válvulas de solenoide, que dejan pasar el agua cada vez que
reciben una señal eléctrica y cortan el paso del agua cada vez que dejan de recibir electricidad. Si equipamos nuestro sistema con este tipo de llaves y las conectamos a un controlador de riego electrónico que entrega electricidad a cada válvula en un horario determinado, tendremos un sistema de riego programado. En un controlador de riego típico, es el usuario quien define a qué hora comenzar a regar, que días de la semana y cuantos minutos se debe regar cada zona. El controlador, por su parte, se encarga de comenzar a regar a la hora definida por el usuario y de activar las válvulas, una a la vez y por el tiempo definido por el usuario, hasta completar el riego de todo el jardín. En resumen, un sistema de riego programado para jardines consiste en una red de tuberías y válvulas (llaves de agua) que entrega agua proveniente de la red de agua potable a los rociadores que están distribuidos en el jardín cuando las válvulas de la instalación están abiertas. Este sistema es manejado por un controlador, el cual envía una señal eléctrica a las distintas válvulas de la instalación para que dejen pasar agua hacia los rociadores a la hora y por el tiempo definidos por el usuario.
SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO El sistema de riego automatizado permite optimizar el uso del agua en cultivos a través de sensores que miden la humedad y la temperatura en la zona radicular de las plantas. La ventaja de regar cuando se ha excedido una temperatura determinada o bien por la detección o falta de humedad, permite
que el cultivo no entre en estrés, con lo que se garantiza el mejor producto agrícola posible.
Fig. 1: Sistema de riego Automatizado
El sistema de riego automatizado consiste de una red de unidades de sensores inalámbricos (USI), una unidad remota de información (URI) y un panel de control (PC), los cuales están enlazados por radio módems que permiten la transferencia de datos.
Fig. 2: Red de unidades de sensores inalámbricos
El sistema opera utilizando energía solar, con el que se recarga una batería de ciclo profundo, que se usa para energizar la unidad remota y una bomba de
corriente directa para regar el cultivo. Los sensores inalámbricos también operan con un panel solar utilizado para recargar baterías, por lo que el sistema puede utilizarse en zonas donde no haya electrificación. El sistema cuenta con un enlace GPRS-Internet que permite comunicarse con una aplicación WEB en la que se registra el archivo histórico de temperaturas, humedades y riegos del cultivo. También es posible modificar los umbrales de temperatura y humedad desde la página de Internet. El sistema también permite la programación de riegos calendarizados con la duración deseada.
Unidad de sensores inalámbricos Cada unidad de sensores inalámbricos sirve para medir la temperatura de la tierra y la humedad de la tierra en la zona radicular de las plantas de cultivo. Una USI consiste de un sensor de temperatura, el cual es un circuito integrado encapsulado en un cilindro de PVC; un sensor de humedad, el cual es un dispositivo electrónico de estado sólido; una tarjeta electrónica transmisora, que es un esquema de trazado de un circuito impreso basado en un microcontrolador, el cual es un circuito de estado sólido de bajo consumo de energía y que contiene un algoritmo apropiado para la medición y transmisión de la temperatura y humedad del suelo.
Fig. 3: Componentes de una unidad de sensores inalámbricos. También cuanta con un radio módem de radio frecuencia, que es un dispositivo inalámbrico que establece un canal de comunicación con la URI, y que tiene un
alcance de hasta 1.5 km. Para su operación cuenta con un paquete de tres baterías recargables de Ni-MH configuradas en serie para suministrar un voltaje de 3.6 voltios a 2100 Miliampers (mA); y un panel fotovoltaico para mantener la carga de las baterías recargables. El panel fotovoltaico está montado en una base prismática de PVC, la cual se encuentra en la parte superior de un tubo estaca de PVC, y presenta una perforación roscada para ser sujetada mediante un tornillo al tubo, además de permitir ajustar la orientación del panel fotovoltaico hacia el sol con la inclinación pertinente; el extremo inferior del tubo estaca presenta una terminación de punta para ser enterrado. El resto de los componentes mencionados se encuentran resguardados en un contenedor de PVC a prueba de agua el cual está conformado por una caja semiesférica y un tapón cilíndrico, ambas piezas empatan y sellan mediante un O-ring. Los cables de alimentación y de información de los sensores de temperatura, de humedad y del panel fotovoltaico entran al contenedor mediante un conector glándula que permite sellar perfectamente estos cables.
Fig. 4: Disposición de los componentes dentro del contenedor.
Unidad remota de información Los datos de temperatura y humedad del suelo provenientes de cada unidad de sensores inalámbricos son registrados y analizados en la unidad remota de información la cual consiste de un microcontrolador coordinador, un circuito de estado sólido montado en una tarjeta electrónica receptora, donde se tiene un programa apropiado para registrar, analizar y transmitir la información recibida. Cuenta también con un radio módem de radio frecuencia, como coordinador que permite establecer un canal de comunicaciones bidireccional con las unidades de sensores inalámbricos; un módem de radio transmisión de paquetes generales, GPRS por sus siglas en inglés, el cual sirve para mantener una comunicación bidireccional con una página en Internet, donde se despliegan la información de cada uno de los sensores de temperatura y humedad del suelo.
Fig. 5: Componentes de la unidad remota de información. La URI cuenta hasta con dos relevadores, que son activados por el microcontrolador coordinador con un tiempo proporcional al riego requerido; y bombas de corriente directa, para suministrar el agua a los cultivos con una presión de hasta 8 psi, bombeando el agua desde sus respectivos depósitos; así como de una batería recargable de ciclo profundo de 100 Amper-hora a 12 voltios, la cual suministra la potencia requerida para alimentar a los circuitos electrónicos y las bombas. La batería de ciclo profundo es cargada por un panel fotovoltaico de 130 Watts a través de un controlador de carga.
El microcontrolador coordinador tiene programado el algoritmo de monitoreo de riego automatizado, que permite accionar las bombas a partir de los datos recibidos de cada unidad de sensores inalámbrico. La función principal del algoritmo es recibir los datos de temperatura y humedad del suelo, y en comparación con los valores programados de umbral mínimo de humedad o máximo de temperatura se controla el encendido de las bombas por un periodo determinado, el cual depende del tipo de cultivo. La activación de cada bomba se realiza por medio de un interruptor tipo relevador.
Fig. 6: Bombas de corriente directa y depósitos de agua. El algoritmo también se encarga de registrar en una memoria de estado sólido los valores registrados de temperatura y humedad de cada USI, así como la hora y tiempo de activación de cada bomba, generando una base de datos local. Estos datos son transmitidos a Internet mediante el módem de radio transmisión de paquetes generales, para ser desplegados en el panel de control que es una página web en tiempo real. Este enlace es bidireccional, por lo que a través de una interfaz gráfica de usuario en la página web se pueden establecer los valores umbrales de temperatura y humedad, los tiempos de riego en modo autónomo, o bien la opción de realizar un riego remoto. Los componentes electrónicos son resguardados en una caja hermética de plástico con una tapa transparente dispuesta de un interruptor para el
encendido/apagado de la URI; un interruptor tipo de botón para accionar manualmente las bombas por un tiempo determinado; un conector serial por el cual se establece una comunicación serial entre una computadora y el microcontrolador coordinador para supervisar cada una de las acciones de este microcontrolador, así como para descargar la información guardada en la memoria de estado sólido; un conector glándula que permite el acceso de los cables de alimentación que proviene de la batería recargable; y dos conectores glándula para la alimentación de las bombas que provienen de cada uno de los relevadores.
Fig. 7: Vistas de la URI.
Panel de control El panel de control (Fig. 9) puede ser consultado vía Internet a través de una computadora o un dispositivo móvil. Los datos se muestran en la interfaz gráfica en tiempo real para cada uno de los sensores, al mismo tiempo que se crea una base de datos en formato tipo texto o bien de una hoja de cálculo para su análisis posterior. Adicionalmente, el panel de control puede enviar alarmas o un reporte diario al usuario(s) interesado(s) vía un correo electrónico, con lo que se genera un respaldo de la base de datos generada por el sistema.
Fig. 8: Pantalla del panel de control con gráficas de temperatura y humedad del suelo.
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LOS RIEGOS. SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN La posibilidad de realizar el riego de un jardín de forma automática supone numerosas ventajas para la persona encargada de éste, que podrá dedicar su tiempo a otras operaciones con la seguridad de realizar un adecuado control y manejo de la instalación de riego. Frente a estas ventajas, la automatización de una instalación de riego también presenta algunos inconvenientes, relacionados, sobre todo, con el aspecto económico.
VENTAJAS
INCONVENIENTES
-Permite un mayor control y un mejor ajuste de las dosis de riego a aplicar.
-Supone un incremento del coste de la
- Consigue una mayor eficiencia de riego,
instalación, que en algunos casos puede
lo que se traduce en un ahorro de agua.
resultar poco rentable.
- Reduce el empleo de mano de obra, al
- Requiere una formación adecuada por
ser posible el control automático de parte de los usuarios para poder realizar determinados riegos,
procesos
facilitando
su
durante
los un uso correcto del sistema instalado. ejecución y - Necesita, en la mayoría de los casos,
disminuyendo posibles errores humanos. - Permite la programación de otras operaciones relacionadas con los riegos, como son la limpieza de filtros y la fertirrigación. - Permite programar los riegos en las
energía eléctrica, lo que supone una limitación en zonas no electrificadas, además de un coste adicional, por consumo eléctrico y por la necesidad de instalar baterías o placas solares, que
horas en las que la energía es más aseguren el funcionamiento en caso de barata, dando lugar a una reducción de un corte en el suministro eléctrico. los costes. - Permite programar los riegos en los momentos de menor interferencia con el aprovechamiento y uso del jardín. - Facilita la realización del control de las anomalías que pudieran ocasionarse durante el funcionamiento del sistema, permitiendo al usuario la posibilidad de variar las condiciones de trabajo de los elementos de la instalación. - Permite el control de parámetros relacionados con la calidad química del agua aportada para evitar obturaciones y mejorar la nutrición de las plantas.
SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN El control automático de los riegos puede realizarse utilizando varios parámetros distintos: el tiempo, en este caso se habla de automatización por tiempos; el volumen, en el caso de automatización por volúmenes; y parámetros relacionados con el agotamiento del agua en el suelo, en la automatización a demanda. Los sistemas de automatización por tiempos se basan en la determinación y programación del tiempo de duración del riego, para que el sistema suministre el volumen de agua necesario para el mantenimiento en condiciones óptimas del jardín. El cálculo del tiempo de riego se realiza en función de las necesidades de las plantas, del área mojada por los emisores y el caudal que éstos suministren Una vez transcurrido este tiempo, se detiene la ejecución del riego.
Programador por tiempos.
Por otro lado, en los sistemas de automatización por volúmenes se programa el volumen de agua que el sistema debe aplicar en cada riego. La cantidad de agua que se deberá aplicar corresponde con las necesidades brutas de la zona a regar (ver Unidad Didáctica 2). El riego no se detendrá hasta que no se haya aplicado la totalidad de la cantidad programada. Estos sistemas permiten diversos niveles de automatización, desde la apertura manual de las válvulas a las que previamente se les ha fijado la cantidad de agua que deben dejar pasar durante el riego, hasta los que emplean equipos más sofisticados, con programadores que permitan realizar todas las operaciones de forma automática.
Ambos sistemas no sólo se diferencian en los parámetros empleados para llevar a cabo la programación de los riegos, sino también en la forma de realizarla y en los equipos que utilizan. En este sentido, los sistemas de automatización por tiempos son más cómodos y fáciles de manejar, ya que para la programación basta con indicar en el programador la hora de inicio y de finalización del riego. Por su parte, los sistemas de automatización por volúmenes requieren, la determinación de la hora de comienzo del riego y del volumen de agua que ha de circular por cada válvula. En los niveles de automatización más básicos, esto se hará de forma manual, y a medida que se avanza de nivel, la programación puede hacerse con un programador, una consola de programación, o un ordenador. En la actualidad, a la hora de programar los riegos de parques, jardines, campos de deporte, etc.,la automatización por tiempos es la más utilizada. Sin embargo, si se desea realizar un aporte de agua lo más adecuado posible, en función de las necesidades brutas de las plantas a regar, se debe realizar una programación por volúmenes. El motivo es tan sencillo como que la programación por tiempos no garantiza el suministro completo del agua que se debe aporta, ya que pasado el tiempo establecido el riego se detiene. Si durante su ejecución surge alguna incidencia, como una reducción de la presión de trabajo del sistema o del caudal circulante por el mismo, la cantidad de agua aplicada será inferior a la prevista. Además, la existencia en el mercado de equipos como electroválvulas, que permiten la medición del caudal circulante, y de programadores adecuados, que posibilitan la realización de una programación cómoda y sencilla de los volúmenes de agua a aportar por el sistema, está contribuyendo a que este tipo de automatización se vaya implantando en las instalaciones de riego de jardines. El riego a demanda basa su funcionamiento en la colocación de sensores en lugares clave de la zona a regar. Cuando se sobrepasan los niveles establecidos de agotamiento de agua en el suelo, el programador recibe una señal e inicia la sesión de riego. La finalización se puede determinar por parámetros volumétricos o por otro sensor colocado en el nivel inferior del suelo en el límite del perfil que se quiere mojar. Su implantación en jardinería tropieza con la dificultad de resolver problemas de temporalidad, es decir, no
accionar el riego en el momento exacto de producirse la demanda, sino contemplar la oportunidad de realizarlo en función a otros horarios no coincidentes con los usos del jardín. Esto es esencial en riegos por aspersión que pueden mojar espacios ocupados por personas o producir derivas incómodas para el disfrute el jardín.
Elementos utilizados en los sistemas de Automatización Los elementos más básicos que se utilizan en los sistemas de automatización son las electroválvulas y los programadores. Pero junto a éstos, y a medida que el nivel de automatización de la instalación aumenta, pueden emplearse otros equipos que permitan la programación de otras actividades relacionadas con el riego, como la fertirrigación, o la limpieza de los fi ltros. En el mercado existe una amplia gama de electroválvulas, de programadores, y de otros elementos utilizados en la automatización de una instalación de riego, lo que puede dificultar la elección del equipo más adecuado. En caso de dudas se debe recurrir al consejo y a la opinión de una persona experta en el tema, y elegir el modelo que más se adecue a la instalación que se quiera automatizar, sin olvidar que en la mayoría de los casos lo mejor no es lo más caro.
Distintos modelos de programadores y electroválvulas.
AUTOMATIZACIÓN POR TIEMPOS Electroválvulas Las electroválvulas, también conocidas como válvulas solenoide, son dispositivos que controlan la circulación del agua en función de una serie de impulsos eléctricos enviados desde el programador de riego. Se componen principalmente de dos elementos: un diafragma, que permite o impide el paso del agua a través de la electroválvula, y un solenoide, que recibe los impulsos eléctricos, y que a su vez acciona la apertura o el cierre de la membrana.
Representación esquemática de una electroválvula
Según su funcionamiento, pueden distinguirse dos modelos de electroválvulas: normalmente abiertas y normalmente cerradas. Una electroválvula es normalmente abierta cuando el impulso eléctrico que actúa sobre ella provoca el cierre del diafragma, y es normalmente cerrada, cuando este impulso provoca su apertura. La utilización de un modelo u otro va a depender de la duración de los riegos, de forma que si son de larga duración, se recomienda el uso de electroválvulas normalmente abiertas, mientras que si son riegos cortos, se deben utilizar las normalmente cerradas. Las electroválvulas consumen energía durante todo el tiempo de funcionamiento. Esto puede suponer una limitación, por ejemplo, en el caso de zonas verdes donde la disponibilidad de energía eléctrica no sea suficiente para el abastecimiento del sistema de automatización. En estos casos se pueden utilizar electroválvulas LACH, que sólo consumen energía durante el
acto de apertura y cierre de la misma, y que además pueden funcionar con baterías o pilas. Las electroválvulas se localizan a la entrada de cada sector de riego, y deben colocarse en el interior de una arqueta encastrada, que las proteja de la acción de agentes externos y de posibles manipulaciones indebidas. Es recomendable rellenar el interior de las arquetas con grava para que en caso de producirse una fuga, el agua pueda drenar con facilidad evitando que las electroválvulas se inunden.
Programadores Los programadores son los elementos encargados de dirigir el sistema de automatización de una instalación de riego. En general, se encargan de la apertura y cierre de las electoválvulas, aunque también se podrían programar para la puesta en marcha y parada de otros equipos, como las bombas y los inyectores de fertilizante, o para realizar la limpieza de los filtros. Según la fuente de alimentación, los programadores pueden funcionar con energía eléctrica, con energía solar o a pilas.
Programador a pilas (a la izquierda) y programador alimentado por corriente eléctrica.
Una característica de los programadores es que pueden tener una o varias estaciones, es decir, una o varias salidas con las que alimentar una o más electroválvulas o cualquier otro elemento del sistema. Esto significa que con un solo programador pueden controlarse más de un sector de riego del jardín. Además, algunos modelos pueden alimentar más de una electroválvula por estación, esto significa que con un programador con una sola estación capaz
de alimentar dos electroválvulas, se podrían controlar dos sectores de riego distintos. La variedad de programadores existente en el mercado es muy amplia, lo que da lugar a un gran abanico de posibilidades a la hora de introducir los datos de programación, hora de inicio, duración del riego, hora de finalización, días que se desea regar, etc. En cuanto a la determinación de los días de riego, los programadores convencionales permiten señalar los días que se desea regar o los que no, dentro de una semana. Para realizar una programación de los riegos con carácter mensual o anual, se debe recurrir al uso de ordenadores con programas específicos para ello.
Tipos de programadores En la programación por tiempo de riego se distinguen principalmente los siguientes tipos de programadores: Programadores
horarios con mandos mecánicos: van dotados de un reloj,
que permite el establecimiento del tiempo de riego, y de una serie de mandos e interruptores para determinar el orden de apertura y cierre de los equipos conectados a los canales de salida, en caso de tener más de uno. Programadores
digitales por tiempo: son un poco más complejos que los
anteriores. Constan de un reloj digital, que permite el almacenamiento de los datos de programación en caso de que falle la alimentación eléctrica del equipo. Disponen de varias salidas, para establecer el control del riego, de los fertilizantes y la limpieza de los filtros. Programador
digital por tiempo con registro de caudal: son similares a los
anteriores, pero incorporan un contador de caudal instantáneo, que permite la medición del volumen de agua y fertilizantes aportados, así como los valores totales acumulados. Cuentan también con entradas de alarma que, al recibir información de anomalías a través de sensores presentes en la instalación, detienen el funcionamiento del sistema. Programador a pilas con o sin válvula incorporada: dispone de un dispositivo electrónico que le permite controlar la apertura y cierre de la válvula. Los hay de dos clases, aquellos que pueden ser programados mediante un pulsador, o los de programación mediante teclado. Ambos son de fácil manejo y de bajo consumo eléctrico (con la carga de una pila pueden funcionar de 1 a 2 años).
Programador a pilas con salidas a válvulas LATCH: presentan varias salidas de 12 voltios para el control de válvulas LATCH. Para el adecuado funcionamiento de los programadores se requiere un emplazamiento cubierto, sin humedad, de fácil acceso y protegidos frente a la acción de agentes desfavorables. A excepción de los programadores a pilas, los programadores suelen ir conectados a la red eléctrica, por lo que se deben instalar en las proximidades de una toma de corriente. Como para su funcionamiento requieren tensiones bajas (12 ó 24 voltios), necesitan de un transformador eléctrico que reduzca la tensión procedente de la red a valores adecuados. En caso de que el programador no disponga de transformador interno, habrá que conectarlo a uno exterior para que lleve a cabo dicha reducción.
Los programadores suelen instalarse en el interior o a la intemperie, en una caja.
En el caso de los programadores a pilas, éstos suelen colocarse en las arquetas donde se disponen las electroválvulas que controlan.
AUTOMATIZACIÓN POR VOLÚMENES Los elementos utilizados en automatización por volúmenes, varían en función del nivel de automatización alcanzado en la instalación. Los sistemas que presentan un nivel más bajo, emplean fundamentalmente válvulas hidráulicas y volumétricas para el control del agua aplicada durante los riegos. A medida que el nivel de automatización va aumentando, se utilizan sistemas con programadores y electroválvulas, parecidos a los empleados en automatización
por tiempos, pero dotados con mecanismos que permitan program ar en función del caudal aplicado.
Válvulas hidráulicas Las válvulas hidráulicas son dispositivos que abren o cierran el paso del agua mediante el accionamiento de un pistón, cuando éste recibe una señal de naturaleza hidráulica. Las válvulas hidráulicas se denominan normalmente abiertas, cuando impiden el paso del agua al recibir la señal, y normalmente cerradas, en caso contrario.
Válvulas volumétricas Las válvulas volumétricas son válvula hidráulica que llevan incorporadas un contador tipo Woltmann. Cuentan con un selector donde se marca de manera manual la cantidad de agua que se pretende que pase por la válvula, de forma que una vez contabilizado dicho volumen, el contador transmite una señal a la válvula hidráulica, que cierra el paso del agua. Durante su funcionamiento puede modificarse la cantidad de agua que debe pasar a su través, e incluso es posible su cierre manual si se desea.
Válvula volumétrica
Electroválvulas Las electroválvulas utilizadas en automatización por volúmenes a diferencia de las utilizadas en la programación por tiempos, disponen de un contador volumétrico, encargado de transmitir impulsos a un programador, en el que previamente se habrá indicado el valor en volumen de cada impulso. De esta manera se tiene una medida del volumen circulante por el interior de la
electroválvula, que se cerrará tras una señal del programador, en el momento que haya pasado a su través el volumen de agua programado.
Programadores Los programadores presentan características muy parecidas a los utilizados en automatización por tiempos, ya que generalmente se encuentran preparados para poder funcionar en ambos tipos de sistemas, al contar con programas que permiten elegir el tipo de automatización a realizar. Además del control de la cantidad de agua aplicada, algunos de est os modelos incorporan programas que permiten llevar a cabo el control volumétrico de las dosis de fertilizantes empleadas y la limpieza de los filtros cuando sea necesario.
DISEÑO DE UN SISTEMA HIDRONEUMÁTICO La red de abastecimiento de agua potable es un sistema de obras de ingeniería, concatenadas que permiten llevar hasta la vivienda de los habitantes de una ciudad, pueblo o área rural relativamente densa, el agua potable.
MANTENIMIENTO DE JARDINES Origen del agua Los sistemas de abastecimiento de agua potable se pueden clasificar por la fuente del agua, de le que se obtienen:
Agua de lluvia almacenada en aljibes
Agua proveniente de manantiales naturales, donde el agua subterránea aflora a la superficie;
Agua subterránea, captada a través de pozos o galerías filtrantes;
Agua superficial, proveniente de ríos, arroyos, embalses o lagos naturales;
Agua de mar.
Según el origen del agua, para transformarla en agua potable deberá ser sometida a tratamientos, que van desde la simple desinfección, hasta la desalinización.
Componentes del sistema de abastecimiento
El sistema de abastecimiento de agua potable más complejo, que es el que utiliza aguas superficiales, consta de cinco partes principales:
Almacenamiento de agua bruta
Captación
Tratamiento
Almacenamiento de agua tratada;
Red de distribución.
APLICACIÓN DE HIDRONEUMATICA La información que se va a suministrar es la creación de un proyecto de un sistema de hidroneumático en particular, que no es más la distribución de agua para edificios o instalaciones. Diseñar la capacidad de un sistema hidroneumático para una edificio de 4 plantas, de 8 apartamentos por plantas tomando en cuenta que en cada apartamento viven 5 personas y que la dotación para cada persona es de 400 lts/ personas. Calculando un Qtotal de todas las personas que habitan. Entre los diferentes sistemas de abastecimiento y distribución de agua en edificios e instalaciones, los Equipos Hidroneumáticos han demostrado ser una opción eficiente y versátil, con grandes ventajas frente a otros sistemas; este sistema evita construir tanques elevados, colocando un sistema de tanques parcialmente llenos con aire a presión. Esto hace que la red hidráulica mantenga una presión excelente, mejorando el funcionamiento de lavadoras, filtros, regaderas, llenado rápido de depósitos en excusado, operaciones de fluxómetros, riego por aspersión, entre otros; demostrando así la importancia de estos sistemas en diferentes áreas de aplicación. Así mismo evita la
acumulación de sarro en tuberías por flujo a bajas velocidades. Este sistema no requiere tanques ni red hidráulica de distribución en las azoteas de los edificios (evitando problemas de humedades por fugas en la red) que dan tan mal aspecto a las fachadas y quedando este espacio libre para dif erentes usos.
Los Sistemas Hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad o elasticidad del aire cuando es sometido a presión, funcionando de la siguiente manera: El agua que es suministrada desde el acueducto público u otra fuente, es retenida en un tanque de almacenamiento; de donde, a través de un sistema de bombas, será impulsada a un recipiente a presión (de dimensiones y características calculadas en función de la red), y que posee volúmenes variables de agua y aire. Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel de agua, se comprime el aire y aumenta la presión, cuando se llega a un nivel de agua y presión determinados (Pmáx.), se produce la señal de parada de bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red; cuando los niveles de presión bajan, a los mínimos preestablecidos (Pmín.) se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente. Como se observa la presión varía entre y Pmáx y Pmín, y las bombas prenden y apagan continuamente. El diseño del sistema debe considerar un tiempo mínimo entre los encendidos de las bombas conforme a sus especificaciones, un nivel de presión (Pmín) conforme al requerimiento de presión de instalación y un Pmáx, que sea tolerable por la instalación y proporcione una buen calidad de servicio.
Usualmente los encargados de los proyectos consideran un diferencial de presión de 10 mca, lo que puede resultar exagerado, ya que en el peor de los casos la presión varía permanentemente entre 5 y 15 mca. Este hecho es el que los usuarios notan, ya que estas variaciones en la presión se traducen en fluctuaciones del caudal de agua. Además, el sistema de calentamiento de agua variará su temperatura en función del caudal. En efecto, el caudal de 15 mca es un 35% superior al que se tiene, si la presión es de 5 mca. Una instalación con sistema hidroneumático, calculado según lo anterior, consumirá
un 18 % más de agua por el hecho de tener que aumentar la presión sobre el mínimo, este aumento conlleva a una pérdida de energía i mportante. Mientras mayor sea el diferencial de presión y menor el tiempo entre partidas de los motores, más pequeña resulta la capacidad del estanque de presión. Las bombas estarán funcionando entre dos puntos de operación de presión y por consiguiente de caudal, por lo que al no ser un punto único, no podrá estar permanentemente en su punto óptimo de eficiencia.
Las Bombas
Cuando se selecciona el tipo o tamaño de bomba, se debe tener en cuenta que la bomba por si sola debe ser capaz de abastecer la demanda máxima dentro de los rangos de presiones y caudales, existiendo siempre una bomba adicional para alternancia con la (o las) otra (u otras) y cubrir entre todas, por lo menos el 140% de la demanda máxima probable. Además debe trabajar por lo menos contra una carga igual a la presión máxima del tanque. Cuando se dimensiona un tanque se debe considerar la frecuencia del número de arranques del motor en la bomba, llamados Ciclos de Bombeo. Si el tanque es demasiado pequeño, la demanda de distribución normal extraerá el agua útil del tanque rápidamente y los arranques de las bombas serán demasiado frecuentes, lo que causaría una desgaste innecesario de la bomba y un consumo excesivo de potencia. El punto en que ocurre el número máximo de arranques, es cuando el caudal de demanda de la red alcanza el 50% de la capacidad de la bomba. En este punto el tiempo que funcionan las bombas iguala al tiempo en que están detenidas. Si la demanda es mayor del 50%, el tiempo de funcionamiento será más largo; cuando la bomba se detenga, la demanda aumentada extraerá el agua útil del tanque más rápidamente. La potencia de la bomba puede calcularse, de la siguiente manera: HP = Q (l/s) H (m) /75 * n %/100
Dónde: HP: Potencia de la bomba en caballos de fuerza Q: Capacidad de la bomba n: Eficiencia de la bomba, Para efectos de cálculos teóricos se supone de un 60%. Los equipos hidroneumáticos sirven para mantener la presión constante en las tuberías de aguas blancas, dentro de una casa, oficina y planta purificadora de agua. Estos aparatos permiten que el agua salga a la presión y flujo adecuado, sin importar lo retirado que estén los diferentes puntos de agua de la entrada principal del inmueble.
USO EN EL MANTENIMIENTO DE JARDINES Los sistemas hidroneumáticos son versátiles y sus aplicaciones incontables, por lo cual el riego de plantaciones es una de las más utilizadas después del uso habitacional, ya que como se mencionó en el inciso anterior, puede prescindirse de bastante personal, ya que al tener un control de volumen de agua, de presión y podérsele conectar a un temporizador, cumple con los horarios y presión para el cultivo que sea, sobre todo en cultivos con micro aspersión y goteo, ya que mantiene la presión constante y permite un riego uniforme en áreas de tamaño constante, con lo cual se consiguen cosechas adecuadas y sin que hayan sectores faltos de humedad.
V.
CONCLUSIONES.
Se conoció los controles automáticos de riego que se utiliza en jardines con sus diferentes formas de tecnología existentes Se identificó los tipos de sensores que se utilizan en riego, que van en las electrobombas y para la programación de cada uno de ellos. El sistema de riego es un sistema de lazo abierto. Los elementos que componen el automatismo de un sistema de riego son Electroválvulas, Programador, Aspersores, tuberías, acoples giratorios y accesorios.
Las aplicaciones que se encontró
para jardines se detalla en los
anexos, que esta explicado de forma secuencialmente.
VI.
BIBLIOGRAFÍA.
www.hunterindustries.com/global
www.rainbird.eu
www.territorioverde.cl
Construcción,
Mantención
y
Reparación de Sistemas de Riego
Manual de Riego de Jardines Autores: Antonio Martín Rodríguez, Ricardo Ávila
Alabarces1 Mª del Carmen Yruela
Morillo2 Rafael Plaza Zarza2 Ángel Navas Quesada2 Rafael Fernández Gómez.
Manual sistema inteligente de riego-proemisa
