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CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

El marco referencial de la presente investigación, contiene los

antecedentes relacionados con la variable de estudio, por medio de las
cuales se da fundamentación del problema. Se definen los conceptos
básicos que fundamentan el estudio, las variables que se derivan de las
áreas según la teoría consultada y las características propias de un sistema
de control.
2.1. Antecedentes de la Investigación.

Para realizar una aproximación acertada y verídica a la investigación,

por medios bibliográficos se obtuvo información acerca de otros estudios
realizados por autores relevantes, los cuales sirven como antecedentes
relacionados con la problemática planteada: Sistema de automatización de
riego por goteo apoyado con energía solar fotovoltaica para cultivo de tomate
(solanum lycopersicum).
Se tomó como referencia la tesis Salcedo Torres Abio (2014); que
tiene por título “Diseño de un sistema automatizado para riego por goteo
para Palta Hass” Tesis para optar el título de ingeniero electrónico, que tuvo
como objetivo general diseñar un sistema automatizado para riego por goteo,
el cual podrá ser utilizado en el distrito de Abelardo Pardo Lezameta,
provincia de Bolognesi, departamento de Ancash; para que permita mantener
el nivel requerido de agua en la zona radicular del cultivo de palta Hass con
la posibilidad de mejorar la productividad de la parcela y reducir el consumo
del mencionado recurso hídrico.

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El resultado de la investigación que es de tipo descriptiva permitió

desarrollar el algoritmo de control en lenguaje C. Se logró realizar la
comunicación serial del sistema, a una velocidad de transmisión de 9600
baudios, con un computador personal de propósito general, utilizando como
interfaz con el usuario una pantalla de visualización y algunos indicadores
que proporcionan la información necesaria del sistema de riego.

La estrategia de control aplicada combinada con el sistema de riego

por goteo para este sistema particular permite ahorrar teóricamente 85 % del
total de agua que se emplea en el riego por inundación durante las 5 horas
que dura el proceso de riego.

La metodología se realizó estableciendo cuatro niveles de

comunicación. El primer nivel consiste en la información que se obtiene de
los sensores ultrasónicos inalámbricos que permite obtener el nivel de agua
que se aplicó al cultivo. Luego, la segunda etapa viene dada por el
controlador, ya que este recibe la señal de los sensores, las procesa y envía
la señal de corrección a los actuadores, bombas, para que ajuste y regule el
nivel de agua que ingresa a los cultivos. Dicha señal también es conocida
como variable controlada. La tercera etapa de comunicación se da entre el
controlador y el sistema de monitoreo. Por tal motivo, se empleó el sistema
SCADA para la supervisión y monitoreo del riego tecnificado. La cuarta y
última etapa es la comunicación entre el sistema de supervisión y el usuario,
en el cual mediante aplicaciones le permite al usuario realizar un seguimiento
adecuado al proceso de riego, con el objetivo de identificar algún problema
que pueda surgir.
El estudio de esta tesis es importante para el desarrollo de la presente
investigación ya que proporcionó información importante para fundamentar el
planteamiento del problema, la identificación de variables y posterior
formulación de los objetivos, además brinda información importante sobre el
diseño metodológico y la definición de cada una de las fases de la misma.
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Ansón Fernández Santos y Martínez Tudela Juan. (2013).

“Instalación eólico-fotovoltaica para suministro eléctrico a un sistema
de riego por goteo para uso agrícola.”, Tesis para optar título de ingeniero
eléctrico, desarrollada en Cartagena de Indias Colombia, que tuvo como
objetivo: Calcular y dimensionar una instalación solar fotovoltaica y eólica
móvil para un grupo de Impulsión horizontal de un sistema de riego por goteo
para una plantación de tomates.

Mostrando como resultados la Implementación de riego por goteo en

una parcela de que se va a dedicar al cultivo del tomate en una plantación de
0’5 x 0’9 m, logrando una evapotranspiración durante el período de cultivo de
6’5 mm/día.

Esta investigación de tipo descriptiva experimental proporcionó

información relevante en cuanto la automatización del sistema de riego por
goteo en cultivos de tomate, brindando una cantidad considerables de
conceptos y métodos que dan información importante para solucionar la
problemática que nos ocupa.

Abdi Eslí Gonzales Rivera.(2012). “Diseño de un sistema de riego

por goteo para maíz y soya en zamorano, honduras abdi eslí gonzales
rivera Zamorano, honduras.”, Tesis para optar título de Ingeniero
Agrónomo, Desarrollada para el uso de las personas del país de Honduras y
en general a todas las personas involucradas en el tema, con el objetivo de
diseñar un sistema de riego por goteo para la unidad de granos y semillas de
la escuela Agrícola Panamericana, Honduras.

Mediante la implementación se concluyó que el sistema de riego

diseñado tiene la capacidad de satisfacer la demanda hídrica del cultivo de
maíz y soya en cualquier época del año, y que La implementación del
sistema es factible desde el punto de vista económico. Es importante el
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aporte de este antecedente ya que nos da luces sobre el diseño del sistema
de riego automático.

Castro popocha (2008) “Sistema de riego automatizado en tiempo

real con balance hídrico, medición de humedad del suelo y lisímetro”,
Publicado en Agricultura Técnica en México Vol. 34 Núm. 4 Octubre-
Diciembre 2008 p. 459-470, cuyo objetivo fue desarrollar un sistema de riego
automatizado en tiempo real para determinar el momento oportuno y
cantidad de riego, monitoreado por medio de tecnologías de información (TI).

El estudio se realizó en el Colegio de Postgraduados del Campus

Montecillo, del 10 de junio al 11 de septiembre de 2006.Esta investigación de
tipo comparativa ya que se implementaron tres estrategias de riego
(lisímetro, TDR y balance hídrico climático).

El período de prueba del sistema de riego automatizado se realizó del

10 de junio al 11 de septiembre de 2006. El ciclo total del cultivo de calabaza
cultivar zucchini grey (cucurbita spp.) fue de 94 días y se realizó el registro de
la información de cada riego para cada una de las estrategias.

La aplicación del agua se realizó en riegos manuales (fertirrigación,

cuando no se necesitaba agua, pero existió la demanda del fertilizante, que
ocurrió cuando hubo lluvia) y automático (que consistió en un riego inicio,
fertirrigación y riego complementario).

Esta investigación es importante en esta investigación ya que

proporciona información importante sobre la comunicación del sistema de
sensores con dispositivos móviles y páginas web; así como datos acerca de
las estrategias de riego automatizado.

2.2. Bases Teóricas

A continuación, se presentan las bases teóricas que fundamentan la
presente investigación, con el fin de comprender de la mejor manera los
conceptos y definiciones relacionadas con la misma. De tal forma que se
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diseñe un sistema utilizando técnicas actuales de automatización, además de

la escogencia adecuada del sistema de riego, así como las partes que lo
integran

2.2.1. Sistemas de riego

El riego se puede definir como la aplicación de agua de forma artificial,

no producto de la lluvia, a un determinado terreno con el fin de que este
recupere un nivel de humedad que sea aprovechable por las plantas que en
él están arraigadas permitiéndoles vivir y desarrollarse. (Leonardo,
2001).Según (Santos Pereira Luis, 2010) El riego es un componente esencial
del desarrollo agrario sustentado, la escasez de agua constituye una
importante limitación para el desarrollo agrícola en las regiones áridas y
semiáridas.
Los sistemas de riego son producto de la unión de componentes
primarios que permiten desplazar el agua de su lugar de origen o
almacenamiento hasta el terreno donde es requerida para el aumento de la
humedad en favor del bienestar del cultivo. Según las características propias
del terreno, el clima, el tipo de suelo o el cultivo se puede optar por un
sistema de riego específico, entre los sistemas de riego más eficientes y
utilizados, podemos mencionar: el riego californiano, aspersión,
microaesperción y por goteo o gota a gota; en esta investigación se va a
trabajar con este último, por lo que se hará énfasis en su definición y
descripción.

2.2.1.1. Sistema de Riego por Goteo

El sistema de riego por goteo permite aplicar agua filtrada y

fertilizantes directamente sobre la zona radicular de cada una de las plantas

del cultivo, lo que se convierte en una de sus mayores fortalezas, ya que se

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optimiza el consumo de agua al aplicar el agua directamente sobre la raíz de

la planta.

Ilustración 1 Sistema de riego por goteo

Fuente:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4e/Dripirrig
ation.png/800px-Dripirrigation.png (2016)

El agua es transportada a través de una extensa red de tuberías hasta

cada planta donde abandona la línea por emisores que disipan la presión del
sistema por medio de un orificio de pequeño diámetro o por un laberinto de
largo recorrido en forma de gotas, dichos emisores reciben el nombre de
goteros; que tienen como función es entregar caudales de forma lenta y
uniforme, Leonardo (2011)
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Ilustración 2 Elementos sistema de riego por goteo.

Fuente:http://campuscurico.utalca.cl/~fespinos/leonardo_gaete_vergara
.pdf (2016)

Cuando sale del gotero, producto de la gravedad el agua de distribuye

a través de todo el perfil del suelo gracia a su movimiento normal. Las
principales ventajas que podemos encontrar en los sistemas de riego por
goteo son Leonardo(2011):

 Eficiencia de riego entre el 90 y 95%, siendo la más alta entre

los sistemas de riego
 Los intervalos de la aplicación de riego se pueden ajustar según
el tipo de suelo y cultivo
 El sistema no necesita supervisión constante
 El agua llega de forma directa a las raíces del cultivo evitando el
crecimiento de malezas y pérdidas de agua.
 Se pueden aplicar fertilizantes y pesticidas solubles a través del
riego.

Entre sus desventajas podemos encontrar:

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 Su alto costo en inversión ya que se requiere un gotero por

planta, además de complejos sistemas de control y
abastecimiento.
 El sistema debe poseer un eficiente sistema de filtrado,
evitando taponamientos en los goteros lo que provoca entregas
irregulares de caudal.

2.2.2. Energía Solar Fotovoltaica.

Fotovoltaico etimológicamente significa electricidad producida a través

de la luz, se basa en la capacidad que tienen algunos semiconductores,
como el silicio de generar energía eléctrica al exponerse a la radiación solar.
La conversión de la radiación solar en energía eléctrica tiene lugar en la
célula fotovoltaica, que es el elemento base del proceso de transformación
de la radiación solar en energía eléctrica.
La luz está formada por partículas, los fotones, que trasportan energía.
Cuando un fotón con suficiente energía golpea la célula, es absorbido por los
materiales semiconductores y libera un electrón. El electrón, una vez libre,
deja detrás de sí una carga positiva llamada hueco.Por lo tanto, cuanto
mayor será la cantidad de fotones que golpean la célula, tanto más
numerosas serán las parejas electrón-hueco producidas por
efectofotovoltaico y por lo tanto más elevada la cantidad de corriente
producida. (TENERIFE, 2016).

Ilustración 3 Célula fotovoltaica

FUENTE: (TENERIFE, 2016).
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2.2.3. Cultivos de Tomate.

El tomate (Solanum lycopersicum) es la hortaliza más importante en

muchos países del mundo, su fruto fresco se destina principalmente para
consumo directo, así como materia prima para elaborar derivados, tales
como pastas, sopas y deshidratados. Colombia se encuentra en el puesto
No. 34 en la producción mundial de Tomate, aunque es importante aclarar
que los diez primero productores concentran más del 70% de la producción
tanto para consumo fresco como para la industria (Corpoica, 2005).

PRINCIPALES PAISES PRODUCTORES DE TOMATE EN EL AÑO 2011

No. País Producción (Ton) Observaciones

1 China 48.576.853 *
2 India 16.826.000
3 Estados Unidos de América 12.624.700
4 Turquía 11.003.400
5 Egipto 8.105.260
6 Irán (República Islámica del) 6.824.300 Im
7 Italia 5.950.220
8 Brasil 4.416.650
9 España 3.821.490
10 Uzbekistán 2.585.000 *
34 Colombia 595.299

Tabla 1 Principales productores de tomate

* = Cifras no oficiales | [ ] = Datos oficiales | F = Estimación FAO | Im =
Datos de FAO basados en una metodología de imputación | M = Datos
no disponibles

Fuente: FAOSTAT | © FAO Dirección de Estadística 2013 | 21 enero 2013

2.2.3.1. Producción Y Zonas De Producción.

La temperatura óptima para el desarrollo del tomate está comprendida

entre 21 y 24°C en promedio, las máximas no deben ser mayores a 37°C y

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mínimas de 15°C. Requiere abundante suministro de humedad

(Precipitación: 1.000 a 1.500(mm/año), el déficit o falta de la misma produce

desordenes fisiológicos y aumenta el riesgo de enfermedades.

Los suelos arenosos y arcillosos son los propicios para cultivar tomate,

con mayores rendimientos en los de textura franco arenosa y franco limosa,

profundos y muy bien drenados con pH entre 5,5, y 6,8. La duración del ciclo

está determinada por el tipo de variedad y las condiciones del clima, las

fases de desarrollo vegetativo de la planta, comprende cuatro subetapas que

inician desde la siembra en semillero, la germinación, la formación de tres a

cuatro hojas verdaderas y finalmente el trasplante a campo con una duración

aproximada de 30 a 35 días.

La fase productiva que incluye las etapas de floración se inicia a los

25-28 días después del trasplante, formación y llenado del fruto, hasta la

madurez para la cosecha se da a los 85 a 90 días después del trasplante, la

duración de esta etapa es de 180 días, el ciclo total es de siete meses

aproximadamente. La humedad relativa óptima oscila entre un 60% y 80%,

es importante mantener la humedad controlada, ya que el aumento de la

misma favorece el desarrollo de enfermedades, agrietamiento del fruto y

dificulta la fecundación; así como la humedad relativa baja dificulta la fijación

del polen el estigma de la flor.

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2.2.4. Sistemas de riego automatizado.

El sistema de riego automatizado permite optimizar el uso de agua en

cultivos a través de sensores que miden el porcentaje de humedad en la

zona radicular de las plantas y la temperatura, garantizando mejores

productos agrícolas Joaquin (2012)

Ilustración 4 Sistema de riego con energía solar

Fuente: (Joaquín, 2012)

Para el tomar la información del cultivo se utilizan sensores de

humedad en la zona radicular y la temperatura del cultivo, con el fin de

validar si es oportuno regar o no.

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Operacionalización de variables

Objetivo General

Proponer un sistema automatización de riego por goteo apoyado en energía

solar en fotovoltaica cultivos de tomates (Solanum lycopersicum)

Objetivo General
Objetivos Específicos Variable Área Subarea Elementos
Taxonomía.
Caracterizar los cultivos
Fisiología de los cultivos de Fenología.
de tomate. Cultivos de Tomate
tomate. Crecimiento Vegetativo.
Crecimiento reproductivo.
Determinar parámetros y parámetros y Parámetros para un sistema de Humedad del suelo
requerimientos para un requerimientos para un automatización de riego por Humedad relativa.
sistema de sistema de goteo Temperatura.
automatización de riego automatización de riego Caudal.
por goteo apoyado en por goteo apoyado en requerimientos para un sistema Tuberías.
energía solar fotovoltaica energía solar fotovoltaica de automatización de riego por Goteros.
en cultivos de tomates en cultivos de tomates goteo Electroválvulas.
(Solanum lycopersicum). (Solanum lycopersicum)
Diseño de sistema de Configuración de los paneles
automatización de riego Diseño del sistema de Diseño Físico solares
por goteo apoyado en automatización de riego Arquitectura del sistema de riego
energía solar fotovoltaica por goteo apoyado con Diagrama de flujo
en cultivos de tomates energía alternativa Diseño Lógico Lenguaje de programación
(Solanum lycopersicum). Automatización de riego
Seleccionar los equipos por goteo apoyado en Paneles solares
e instrumentos para el energía solar fotovoltaica Equipos fotovoltaicos Batería
sistema de en cultivos de tomates Inversores
automatización de riego (Solanum lycopersicum). Sensores
Selección de equipos e
por goteo apoyado en Actuadores
instrumentos
energía solar fotovoltaica controladores
Equipos del sistema automático
en cultivos de tomates
(Solanum lycopersicum).

Validación del diseño del

sistema de
automatización de riego
por goteo apoyado en
energía solar fotovoltaica
en cultivos de tomates
(Solanum lycopersicum) No operacionalizable

Tabla 2 Operacionalización de las variables

Fuente: Elaboración propia (2016)