Mecatronica aplicada al riego por goteo

Introducción

Este trabajo se trata de una investigación acerca de la mecatronica aplicada al riego por goteo del maíz en Culiacán, en la cual se puede ver las formas en que la mecatronica puede ser usada para automatizar distintos procesos y ayudar en las áreas agrónomas como es en la siembra del maíz, además de incluir los conceptos necesarios para conocer la mecatronica de forma general junto a los sistemas de riego por goteo y las propiedades del maíz junto junto con las características climatológicas de Culiacán.

Índice

Planteamiento del problema 1

Objetivos 2

Hipótesis 3

Justificación 3

Marco teórico 5

Recursos y limitaciones 15

Bibliografía 16

Planteamiento del problema

El maíz es una planta que tiene una alta importancia en la cultura de Culiacán y en su gastronomía es por eso que es necesario mejorar el proceso del riego por goteo del maíz en Culiacán o implementarlo, ya que mediante el riego por goteo en un invernadero es posible controlar los niveles de humedad y temperatura óptimos para el maíz, esto daría como resultado una aceleración en los procesos de producción del maíz además de la mejora de la calidad de producción. Además implementando un sistema de riego inteligente hecho por la mecatronica no será necesario depender de las lluvias de temporal y se podrá cosechar durante todo el año.

El maíz es uno de los alimentos básicos más importantes que conoce el ser humano ya que en torno a él se pueden realizar gran cantidad de preparaciones así como también pueden obtenerse de él numerosos productos derivados (por ejemplo, harinas, aceites, etc.). Subsecuentemente, el maíz es altamente utilizado como alimento de gran parte de los ganados que luego son consumidos o utilizados como productores de alimento, por lo cual su importancia es enorme. La agricultura consume el 70% del agua dulce y eso hace que el desafío para los productores sea utilizar de manera eficiente el recurso para producir más con menos agua.

Los sistemas convencionales de la siembra del maíz son basados en la dependencia de las lluvias de temporal, esto da como resultado que en caso de una sequía por falta de lluvias el maíz no pueda ser producido y se genere una perdida en la siembra del maíz dando como consecuencia una perdida en la inversión llevada a cabo, es por eso que la implementación de un sistema de riego por goteo controlando la humedad y temperatura en un invernadero nos daría como resultado una alta producción de maíz sin importar las condiciones climatológicas en las que se encuentre el cultivo.

Uno de los problemas de la siembra convencional en vez de la siembra en los invernaderos es la temperatura, la cual es un factor importante de la fecha de siembra en el ciclo del maíz, si se siembra demasiado temprano, las plantas sufren temperaturas bajas propias del invierno durante las primeras etapas de su desarrollo que les ocasiona retrasos en el crecimiento y desarrollo; si la siembra es muy tardía, las plantas estarán expuestas a altas temperaturas diurnas y nocturnas en la etapa de llenado de grano, que les aumenta sus tasas respiratorias y reduce su rendimiento de grano. Este tipo de problemas pueden ser evitados implementando un sistema de riego en un invernadero controlando los niveles de temperatura y humedad.

Objetivos

General

Diseñar un sistema de riego por goteo automatizado, para el maíz en Culiacán, utilizando los conocimientos en la mecatronica

Específicos

• Diseñar un prototipo de sistema de riego por goteo del maíz en Culiacán con el fin de mejorar los sistemas de producción

• Generar una perspectiva acerca de las ventajas que tendría la inversión de este tipo de sistema de riego aun teniendo en cuenta el gasto económico que este implicaría

• Simular las funciones del prototipo para poder observar cómo se comportaría en distintas condiciones de trabajo

• Optimizar el prototipo con el fin de mejorar su calidad para lograr un funcionamiento eficaz y optimo

Hipótesis

llegar a diseñar un sistema de riego por goteo automatizado para el maíz en Culiacán aplicando los conocimientos de la mecatronica, todo esto para poder mejorar los sistemas de producción del maíz acelerando los procesos de producción.

Justificación

Como se ha dicho el maíz es una planta que posee mucha importancia en la gastronomía de Culiacán y en su cultura es por eso que diseñar un sistema de riego por goteo proveerá numerosas ventajas debido a que el riego por goteo es un medio eficaz de aportar agua a la planta. Este sistema de riego presenta diversas ventajas desde los puntos de vista agronómicos, técnicos y económicos, derivados de un uso más eficiente del agua y de la mano de obra. Además, permite utilizar caudales pequeños de agua.

El sistema de riego por goteo traerá una reducción significativa de las necesidades de agua al hacer un uso más eficiente gracias a la localización de las pequeñas salidas de agua, donde las plantas más las necesitan. No se puede hablar de una reducción en lo que se refiere a la transpiración del cultivo, ya que la cantidad de agua transpirada es una característica fisiológica de la especie. Otra ventaja consiste en la posibilidad de automatizar completamente el sistema de riego, con los consiguientes ahorros en mano de obra.

El control de las dosis de aplicación es más fácil y completo, Se pueden utilizar aguas más salinas que en riego convencional debido al mantenimiento de una humedad relativamente alta en la zona radical, es más fácil una adaptación más fácil en terrenos rocosos o con fuertes pendientes, se reduce la proliferación de malas hierbas en las zonas no regadas, permite el aporte controlado de nutrientes con el agua de riego sin perdidas por lixiviación con posibilidad de modificarlos en cualquier momento del cultivo, además permite el uso de aguas residuales ya que evita que se dispersen gotas con posibles patógenos en el aire.

Además al aplicar los conocimientos de la mecatronica en el campo de la automatización será posible controlar automáticamente el proceso de control de temperatura y humedad, esto es importante ya que el maíz es una de las plantas más consumidas a nivel mundial y en lo que respecta a Culiacán de crearse invernaderos monitoreados por sistemas inteligentes de control de temperatura y humedad se podrá cosechar durante todo el año sin importar las lluvias de temporal. Eso daría como resultado que en las épocas en las que generalmente no se cosecha el maíz por falta de lluvia y se importa de otros lugares se pueda prescindir de esa necesidad.

Marco teórico

La mecatronica es una ingeniería que combina distintos tipos de ingeniería como son la mecánica, electrónica, informática y control. Sirve para diseñar y desarrollar productos que involucren sistemas de control para el diseño de productos o procesos inteligentes, lo cual busca crear maquinaria más compleja para facilitar las actividades del ser humano. La Mecatrónica abarca disciplinas muy amplias y complejas podemos decir que tiene muchos campos de aplicación. De hecho, la Mecatrónica pretende ser esa disciplina o Ingeniería en la que los productos se fabriquen teniendo en cuenta todas las ingenierías y no estando separadas.

(Guzman, 1998) Para poder describir más ampliamente lo que es la ingeniería mecatronica hay que describir lo que es ingeniería en términos generales. La ingeniería es la profesión en la cual se aplican los conocimientos matemáticos de las ciencias naturales obtenidos a través de la observación, estudio, experiencia y práctica. Los conocimientos son aplicados con criterio y conciencia. Tienen que aplicarse con responsabilidad social y basada en una ética profesional. Toda acción realizada debe ser en beneficio de la humanidad. Su función principal es el de desarrollar soluciones tecnológicas a necesidades sociales, industriales y económicas. Para ello, el ingeniero debe de identificar los posibles obstáculos que pueden suceder un futuro para realizar un buen diseño.

Para la parte de la automatización nos basaremos en los conocimientos de control y automatización. . (Astorga, 2005) La Ingeniería de control es una disciplina que se focaliza en modelizar matemáticamente una gama diversa de sistemas dinámicos y el diseño de controladores que harán que estos sistemas se comporten de la manera deseada. Aunque tales controladores no necesariamente son electrónicos y por lo tanto la ingeniería de control es a menudo un subcampo de otras ingenierías como la mecánica.

(Covarrubias, 2006) El control aplicado en la industria se conoce como control de procesos. Se ocupa sobre todo del control de variables como temperatura, presión, caudal, entre otras cosas en un proceso químico de una planta. Se incluye como parte del plan de estudios de cualquier programa de ingeniería química. Emplea muchos de los principios de la ingeniería de control. La ingeniería de control es un área muy amplia y cualquier ingeniería puede utilizar los mismos principios y técnicas que esta utiliza.

(James, 2008) El riego por goteo, igualmente conocido bajo el nombre de es un método de irrigación utilizado en las zonas áridas pues permite la utilización óptima de agua y abonos. El agua aplicada por este método de riego se infiltra hacia las raíces de las plantas irrigando directamente la zona de influencia de las raíces a través de un sistema de tuberías

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