Automatización
snake51216 de Abril de 2015
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La automatización En el manejo de un sistema de riego es fundamental determinar el momento más adecuado para regar y la cantidad de agua a aplicar (dosis bruta) en función, entre otros factores, del estado de humedad del suelo o de la planta (Fig. 1) y de la uniformidad en el reparto de agua del sistema.
Para el óptimo manejo del riego es conveniente disponer de sistemas automáticos de control, que pueden ayudar a conseguir mejoras sustanciales como: ahorro de mano de obra, agua y energía, mayor eficiencia de riego, control de operaciones anexas al riego (facturación del agua consumida), reducción de costes de instalación y mantenimiento (detección de fallos y la protección de los diferentes componentes del sistema de riego), posible aumentos de producción, reducción del uso de productos químicos, así como frutos y plantas más equilibradas en todos los sentidos. La automatización del riego puede hacerse a varias escalas y en distintas partes de las instalaciones:
1. Automatización individual del riego en parcela, normalmente con un programador (Figs. 2 y 6) y un conjunto de válvulas hidráulicas o electroválvulas (Fig. 4).
2. Automatización general de una red de riego a la demanda y su gestión, normalmente con un ordenador central y una red en anillo de unidades de campo que controlan cada uno de los hidrantes o unidades de control remoto (Fig. 2)
3. Regulación y control de la estación de bombeo para adaptar la demanda de caudal y presión a las necesidades de la red (reduce el coste energético)
4. Automatización integral del sistema para programar los riegos, la fertirrigación, etc.
La Automatización del Riego
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SIAR Castilla-La Mancha
Nº 13 HOJA INFORMATIVA OCTUBRE 2006
UNIVERSIDAD CASTILLA-LA MANCHA
Figura 3. Sensores: Equipo EnviroScan para medida indirecta de la humedad en el suelo
Figura 4. Actuador: Válvula hidráulica con regulador de presión y caudal
2. Nivel de automatización
La elección del nivel de automatización debe hacerse siguiendo criterios técnicoeconómicos, según las características de la explotación y las preferencias del agricultor. El mínimo nivel de automatización sería la apertura y cierre de válvulas hidráulicas para realizar las posturas de riego. El máximo nivel sería el control total de la instalación, de la humedad del suelo, del estado hídrico de la planta, del clima (Fig. 7), etc., incluyendo los sistemas de adquisición de datos para una adecuada gestión del regadío. Estos niveles condicionan también la cualificación profesional del personal que la maneje y la dependencia de un servicio técnico que solucione los posibles problemas de la instalación.
3. Sistemas de control
Los componentes de los sistemas de control son:
• Sensores y/o transductores, como: tensiómetros, manómetros, presostatos, medidores de caudal, detectores de nivel (Fig. 3), etc. • Actuadores, como: interruptores, electroválvulas (Fig. 4), válvulas motorizadas, bombas (de agua y fertilizante), variadores de velocidad, arrancadores electrónicos (Fig. 10), etc. • Acondicionadores de señal, para que la entienda el sistema.
• Unidades de control (programadores, ordenadores (Fig. 2), etc.)
Además es necesario desarrollar sistemas de protección (para el caso de tormentas, sobretensiones, etc) y alarmas, que avisen de cualquier tipo de anomalía en el funcionamiento.
Los sistemas de control utilizados para el riego pueden ser en bucle abierto o en bucle cerrado (Fig. 5). La diferencia entre ellos es que en los de bucle cerrado se establece una comunicación recíproca entre el controlador y los sensores, tomando decisiones y aplicándolas al sistema de riego. Los sistemas abiertos simplemente ejecutan una acción, como ocurre por ejemplo al programar la secuencia temporal de los riegos.
PROCESO
PERTURBACIONES
PERTURBACIONES
A C T U A D O R E S
SISTEMA DE CONTROL EN BUCLE ABIERTO SISTEMA DE CONTROL EN BUCLE ABIERTO
UNIDAD DE CONTROL
CONDICIONES DESEADAS
•LA SALIDA NO TIENE EFECTO SOBRE EL CONTROL • LA PRECISION DEPENDE DE LA CALIBRACION • LAS PERTURBACIONES MODIFICAN EL PROCESO •EJEMPLO: APERTURA DE UN HIDRANTE
PROCESO
PERTURBACIONES
PERTURBACIONES
A C T U A D O R E S
PROCESO
PERTURBACIONES PERTURBACIONES
PERTURBACIONES PERTURBACIONES
A C T U A D O R E S
SISTEMA DE CONTROL EN BUCLE ABIERTO SISTEMA DE CONTROL EN BUCLE ABIERTO
UNIDAD DE CONTROL
CONDICIONES DESEADAS
UNIDAD DE CONTROL
CONDICIONES DESEADAS
•LA SALIDA NO TIENE EFECTO SOBRE EL CONTROL • LA PRECISION DEPENDE DE LA CALIBRACION • LAS PERTURBACIONES MODIFICAN EL PROCESO •EJEMPLO: APERTURA DE UN HIDRANTE
SISTEMA DE CONTROL EN BUCLE CERRADO SISTEMA DE CONTROL EN BUCLE CERRADO
UNIDAD DE CONTROL
CONDICIONES DESEADAS
•RELACION PREESTABLECIDA ENTRE LA SALIDA Y ALGUNA ENTRADA DE REFERENCIA • PUEDEN RESULTAR SISTEMAS INESTABLES • EJEMPLO: REGULACIÓN ESTACIONES DE BOMBEO
PROCESO
PERTURBACIONES
PERTURBACIONES
A C T U A D O R E S
S E N S O R E S
SISTEMA DE CONTROL EN BUCLE CERRADO SISTEMA DE CONTROL EN BUCLE CERRADO
UNIDAD DE CONTROL
CONDICIONES DESEADAS
UNIDAD DE CONTROL
CONDICIONES DESEADAS
UNIDAD DE CONTROL
CONDICIONES DESEADAS
•RELACION PREESTABLECIDA ENTRE LA SALIDA Y ALGUNA ENTRADA DE REFERENCIA • PUEDEN RESULTAR SISTEMAS INESTABLES • EJEMPLO: REGULACIÓN ESTACIONES DE BOMBEO
PROCESO
PERTURBACIONES
PERTURBACIONES
A C T U A D O R E S
S E N S O R E S
PROCESO
PERTURBACIONES PERTURBACIONES
PERTURBACIONES PERTURBACIONES
A C T U A D O R E S
S E N S O R E S
Figura. 5 Esquema de un sistema de control en bucle abierto y en bucle cerrado
A) Sistemas de control abiertos
Son los más utilizados en la actualidad, controlando básicamente el tiempo en el que se produce el riego o el volumen de agua a aplicar, pero sin tener en cuenta los restantes factores que influyen en el riego como nivel de humedad en el suelo, estado de las plantas, condiciones de viento, etc. Comúnmente se les conoce como programadores de riego (Fig. 6).
El programador conecta o desconecta el sistema de riego en función del "programa" que establezca el usuario, en el que se fijan: las horas y los días en que deben iniciarse los riegos y la duración de los mismos (automatización por tiempo), el volumen de agua que tiene que descargar el sistema (automatización por volumen) o una combinación de los mismos (automatización por volumen y tiempo).
Figura 6. Programador de riego en parcela
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL PRINCIPAL
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL SECUNDARIA
UNIDAD DE CONTROL PRINCIPAL
Figura 8. Esquema de disposición en anillo
Los sistemas de control en bucle abierto tienen la ventaja de que no son muy caros. Su principal inconveniente es que no responden automáticamente a los cambios de las condiciones ambientales o del cultivo, necesitando reajustes de forma permanente para alcanzar altos niveles de eficiencia.
B) Sistemas de control en bucle cerrado
En este caso el usuario define una estrategia general de control para que, basándose en ella, el sistema elabore y ejecute las decisiones en cuanto al momento adecuado para el riego y la cantidad de agua a
aportar. Este tipo de sistemas requieren la comunicación permanente de los sensores con el controlador (Fig. 7) (lo que permite conocer cómo se desarrolla el proceso) y del controlador con los actuadores (lo que permite tomar la decisión de riego y ejecutarla en caso necesario). El controlador del sistema suele ser un ordenador con los programas (algoritmos) empleados para la elaboración de decisiones.
Los sistemas de control en bucle cerrado requieren la adquisición de datos y de parámetros ambientales tales como, temperatura del cultivo, humedad del suelo, temperatura del aire, radiación, velocidad del viento, humedad relativa, etc. (Fig. 7). El estado del sistema (por ejemplo la medida del estado hídrico del suelo o de la planta) es comparado con un estado de referencia y se elabora una decisión y, en su caso, una actuación sobre la base de esa comparación.
Figura 7: a) Dendómetro, medidor indirecto del estado hídrico en la planta, b) Watermark, medidor indirecto de la humedad en el suelo; c) Estación agro meteorológica
La principal limitación de estos sistemas de control es que hay que encontrar la mejor localización de los sensores de suelo, de planta, o de la estación climática para que sea representativo del sistema a partir del cual realizar su control.
4. Disposiciones de los sistemas de control en el riego
Dependiendo de la extensión y características de la instalación se necesita la disposición de una o más unidades de control. Las principales disposiciones
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