dc.contributor.author | Valenzuela ojeda, Christian Alexander | |
dc.coverage.spatial | Colombia,Nariño,Cumbal | |
dc.date.accessioned | 2024-02-01T13:50:47Z | |
dc.date.available | 2024-02-01T13:50:47Z | |
dc.date.issued | 2023-01-20 | |
dc.date.submitted | 2024-02-01 | |
dc.identifier.citation | citas textuales y paráfrasis | es_ES |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14112/28112 | |
dc.description.abstract | En Colombia se cultiva papa en latitudes que van desde los 2.000 hasta los 3.500 m.s.n.m. La altura del cultivo es determinante en la temperatura ambiente que puede afectar en el desarrollo de la planta y su rendimiento. Para el año 2013 en Colombia se produjeron 2.788.050 toneladas, siendo Cundinamarca el principal departamento productor con 1.001.376 ton, Boyacá con 709.000 ton, Nariño con 509.400 ton y Antioquia con 168.172 ton. Globalmente la automatización en procesos agrícolas está siendo más requerida por parte de pequeños, medianos y grandes agricultores, una de las principales razones es que el agricultor se enfrenta a varios inconvenientes que se presentan en su localidad, tales como el suministro irregular de agua. En Colombia la agricultura ha experimentado una baja tecnificación en comparación con otros países y en gran parte de la agricultura colombiana, el conocimiento sobre el tema es empírico; la falta de información por parte de los agricultores, ocasionan pérdidas tanto económicas como ecológicas durante el proceso del cultivo. Por consiguiente, resulta esencial el empleo de herramientas tecnológicas precisas que aborden los inconvenientes derivados de la ineficiencia de los sistemas manuales de riego que se utilizan de manera frecuente.
En el departamento de Nariño, se dispondrá de una finca ubicada en el municipio de Cumbal, teniendo esta zona como área de prueba para la validación del prototipo. Se buscará una solución al uso indiscriminado del agua que se presenta en el cultivo, para ello se implementará el uso de mecanismos electrónicos, mecánicos y de comunicación mediante la IoT, que cumplirán distintas funciones, entre las que se incluye la medición del nivel del tanque destinado al riego, la evaluación de la humedad presente en el cultivo y la monitorización de la temperatura ambiental. Un componente fundamental de su operatividad radica en la implementación de un controlador PID (Proporcional, Integral, Derivativo). Este controlador opera de manera dinámica, ajustando la cantidad de riego en respuesta a las lecturas de humedad del suelo, asegurando así un riego preciso y adaptable a las condiciones cambiantes. Además, se integra un sensor ultrasónico para supervisar el nivel de agua en el tanque, facilitando decisiones informadas en torno al riego. Este enfoque inteligente no solo garantiza un suministro de agua adecuado, sino que también previene desbordamientos y fomenta un uso eficiente de este recurso vital. El objetivo de este proyecto es mejorar la eficiencia y la gestión del riego en el cultivo apoyándose en la implementación un sistema IOT, que recopilara de una manera rápida la transmisión de los valores de humedad en el cultivo, temperatura ambiente y el nivel de agua almacenados en un tanque, en tiempo real permitiendo un monitoreo continuo y una toma de decisiones basada en información actualizada. Así mismo se implementó un algoritmo de control PID que será utilizado por el sensor de humedad YL-69, para medir la variable a controlar, de modo que se actúe sobre el sistema de riego, y así mantener esta variable en los niveles deseados. Además, un PID adicional utilizado para controlar el llenado de agua del tanque de consumo para el riego, que controlará una mini bomba, la cual tendrá la función de mantener el tanque en valores óptimos. La implementación exitosa de este sistema ha demostrado una reducción efectiva en el consumo de agua antes de utilizar el prototipo se consumía 7875 Litros de agua ahora se consume 496 litros, alcanzando un equilibrio óptimo sin comprometer la humedad del suelo los cuales antes de hacer el riego eran del 28 % al 32% y al terminar el riego fueron de 55% al 63%. Estos resultados prometedores resaltan la capacidad de la tecnología propuesta para potenciar la eficiencia hídrica en el cultivo de papa, consolidando su viabilidad como una solución práctica y sostenible para la gestión del agua en la agricultura | es_ES |
dc.description.sponsorship | Universidad Mariana | es_ES |
dc.description.tableofcontents | Contenido
Introducción 14
1. Resumen del proyecto 16
1.1 Descripción del problema 17
1.1.1 Formulación del problema 18
1.2 Justificación 18
1.3 Objetivos 20
1.3.1 Objetivo general 20
1.3.2 Objetivos específicos 20
1.4 Marco referencial 21
1.4.1 Marco de antecedentes 21
1.4.2 Marco teórico 24
1.4.2.1 La agricultura. 24
1.4.2.2 Agricultura en Colombia. 25
1.4.2.3 Nariño y los cultivos de papa. 25
1.4.2.4 Riego y tipos. 26
1.4.2.4.1 Riego por goteo. 26
1.4.2.4.2 Riego por aspersión. 27
1.4.2.4.3 Riego por Microaspersión. 28
1.4.2.4.4 Riego por surcos. 29
1.4.2.4.5 Riego por fajas o melgas. 29
1.4.2.5 Implementación del control PID. 30
1.4.3 Marco Conceptual 32
1.4.3.1 Sensores y actuadores. 32
1.4.3.2 Qué es Arduino. 33
1.4.3.3 Arduino mega. 33
1.4.3.4 IOT. 35
1.4.3.5 Módulo ESP32. 36
1.4.3.6 Sistema operacional del ESP32. 37
1.4.3.7 Programación ESP32. 37
1.4.3.8 Distribución de pines. 37
1.5 Marco metodológico 40
1.5.1 Descripción metodológica 44
1.5.2 Enfoque de la investigación 45
1.6 Alcance de la investigación 45
1.7 Validez de los resultados 45
1.7.1 Validez interna 46
1.7.2 Validez externa 46
2. Resultados 48
2.1 Determinar condiciones asociadas a las variables de humedad 48
2.1.1 Condiciones del cultivo 49
2.1.2 Sistema de Riego 50
2.1.3 Clases de mini moto bombas sumergibles 52
2.1.4 Driver L298N 53
2.1.5 Sensores del prototipo 53
2.1.6 Calibración de sensores 57
2.1.6.1 Calibración del sensor de temperatura DC18b20. 57
2.1.7 Calibración sensor de humedad YL-69 65
2.1.8 Calibración sensor de proximidad HC-SR04 72
2.2 Construcción de un sistema de control y monitoreo 74
2.2.1 Trabajo y accionamiento de los sensores 74
2.2.2 Sensor de humedad 74
2.2.3 Sensor de temperatura 75
2.2.4 Sensor de proximidad ultrasónico 75
2.2.5 Estructura física y mecánica 76
2.2.6 Cálculos de la estructura del prototipo 80
2.2.7 Circuito electrónico 81
2.2.8 Componentes electrónicos 81
2.2.9 Tarjeta Electrónica 84
2.2.10 Programación 85
2.2.11 Interfaz gráfica 87
2.3 Verificar el funcionamiento del prototipo de riego 90
2.3.1 Integración del sistema construido 90
2.3.2 Resultados de verificación interna 91
2.3.3 Resultados de verificación externa 93
2.3.3.1 Diseño y control PID. 93
2.3.4 Pruebas de humedad con el prototipo 94
2.3.5 Pruebas de temperatura ambiente del prototipo 97
2.4 Resultados de la verificación externa 100
2.4.1 Consumo de agua 100
2.4.2 Medición de humedad de suelo 103
2.4.3 Soil tester 5 en 1 s-2 104
3. Conclusiones 106
4. Recomendaciones 107
Referencias bibliográficas 108
Anexos 112
Índice de Tablas
Tabla 1. Características y Detalles del Arduino Mega 2560 34
Tabla 2. Características y detalles del módulo Esp32 Dev Kit V1 39
Tabla 3. Matriz metodológica 41
Tabla 4. Mini moto bomba sumergible 52
Tabla 5. Sensores de Temperatura 54
Tabla 6. Sensores de Proximidad 55
Tabla 7. Sensores de Humedad 56
Tabla 8. Calibración sensor de temperatura 64
Tabla 9. Datos de humedad tomadas con el sensor 68
Tabla 10. Resultado de la ecuación polinómica de tercer orden 69
Tabla 11. Resultado de la ecuación polinómica de potencia 70
Tabla 12. Medición de distancia en centímetros 72
Tabla 13. Consumo de energía del prototipo 82
Tabla 14. Consumo de agua riego no tecnificado por aspersión 100
Tabla 15. Consumo de agua aplicando la fórmula de caudal 101
Tabla 16. Consumo de agua del prototipo 101
Tabla 17. Caudal durante el riego 102
Tabla 18. Escalas de humedad del sensor 103
Tabla 19. Medición de humedad con el detector 105
Índice de Figuras
Figura 1. Riego por goteo 27
Figura 2. Riego por aspersión 28
Figura 3. Riego por micro aspersor 28
Figura 4. Riego por surcos 29
Figura 5. Riego por melgas 30
Figura 6. Arduino mega 34
Figura 7. Esp32 Dev Kit V1 38
Figura 8. Diagrama de flujo del riego 51
Figura 9. Mini moto bomba sumergible JT-DC3V-3 52
Figura 10. Driver L298N 53
Figura 11. Sensor DS18B20 55
Figura 12. Sensor HC-SR04 56
Figura 13. Sensor YL-69 57
Figura 14. Toma 1 de datos de la pagina 58
Figura 15. Toma 2 de datos de la pagina 58
Figura 16. Toma 3 de datos de la pagina 59
Figura 17. Toma 4 de datos de la pagina 59
Figura 18. Toma 5 de datos de la pagina 60
Figura 19. Toma 1 de datos del sensor 60
Figura 20. Toma 2 de Datos del sensor 61
Figura 21. Toma 3 de datos del sensor 61
Figura 22. Toma 4 de datos del sensor 62
Figura 23. Toma 5 de datos del sensor 62
Figura 24. Comparación de los datos del sensor y la página 63
Figura 25. Pruebas de humedad en el laboratorio 66
Figura 26. Curva de relación entre la humedad del suelo y el voltaje del sensor 68
Figura 27. Ecuación polinomial de tercer orden enfoque de línea de tendencia 69
Figura 28. Ecuación de potencia de enfoque lineal 70
Figura 29. Resultado de la humedad del suelo mediante la ecuación polinómica 71
Figura 30. Resultado humedad del suelo mediante la ecuación potencial de acercamiento 71
Figura 31. Calibración sensor de proximidad 72
Figura 32. Diagrama de bloques de conexión principal del prototipo 73
Figura 33. Diagrama principal de conexiones de los componentes 75
Figura 34. Puntas de inserción para el suelo 76
Figura 35. Viga superior con motor 77
Figura 36. Tornillo helicoidal 78
Figura 37. Estructura física y mecánica del prototipo 78
Figura 38. Carcasa del mecanismo 79
Figura 39. Medidas de la estructura del prototipo 80
Figura 40. Fuente de alimentación 82
Figura 41. Pantalla LCD 83
Figura 42. Motor Nema PaP 83
Figura 43. Tarjeta electrónica 84
Figura 44. Caja de proyectos con la tarjeta electrónica 85
Figura 45. Diagrama de bloques programación 86
Figura 46. Diagrama de bloques programación sensor 87
Figura 47. Panel de temperatura 88
Figura 48. Panel de humedad 88
Figura 49. Panel interactivo de llenado 89
Figura 50. Diagrama de bloques control de humedad 89
Figura 51. Panel del tanque de agua 90
Figura 52. Parámetros de control 93
Figura 53. Sintonización 94
Figura 54. Prueba 1 de humedad con el prototipo 94
Figura 55. Prueba 2 de humedad con el prototipo 95
Figura 56. Prueba 3 de humedad con el prototipo 95
Figura 57. Prueba 4 de humedad con el prototipo 96
Figura 58. Prueba 5 de humedad con el prototipo 96
Figura 59. Prueba 1 de temperatura con el prototipo 97
Figura 60. Prueba 2 de temperatura con el prototipo 97
Figura 61. Prueba 3 de temperatura con el prototipo 98
Figura 62. Prueba 4 de temperatura con el prototipo 98
Figura 63. Prueba 5 de Temperatura con el prototipo 99
Figura 64. Comparación de humedad con respecto a la temperatura 99
Figura 65. Control de riego hecho por el prototipo 103
Figura 66. Sensor de humedad S-2 104
Figura 67. Prueba de humedad con el Soil tester 104
Índice de Anexos
Anexo A. Extracción de muestra de suelo del cultivo 112
Anexo B. Pruebas de humedad en el laboratorio 113
Anexo C. Ensamble de la segunda caja de proyecto suministro de agua 114
Anexo D. Pruebas de humedad en el cultivo 115
Anexo E. Instalación medidora de caudal 116
Anexo F. Pruebas de caudal del riego manual y prototipo 117
Anexo G. Código del prototipo e interfaz gráfica 118
Anexo H. Interfaz interactiva 123
Anexo I. Presupuesto 124
Anexo J. Cronograma 126 | es_ES |
dc.format.extent | 127 paginas | |
dc.format.mimetype | application/pdf | es_ES |
dc.language.iso | spa | es_ES |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.title | Prototipo inteligente de control de riego tecnificado en cultivos de papa | es_ES |
dc.title.alternative | Intelligent prototype of technified irrigation control in potato crops | es_ES |
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oaire.resourcetype | http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f | es_ES |
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dc.contributor.tutor | Chamorro Enríquez Jorge Andrés | |
dc.identifier.instname | Universidad Mariana | es_ES |
dc.identifier.reponame | Repositorio Clara de Asís | es_ES |
dc.publisher.discipline | Psicología | es_ES |
dc.publisher.place | Pasto - Nariño | es_ES |
dc.publisher.sede | Sede 1 | es_ES |
dc.relation.citationEdition | 127 | es_ES |
dc.rights.accessrights | info:eu-repo/semantics/closedAccess | es_ES |
dc.rights.cc | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional | * |
dc.subject.keywords | PROTOTIPO,CONTROL,RIEGO | es_ES |
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dc.type.spa | Tesis | es_ES |