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Final c c  10-08-2012 Final c c 10-08-2012 Document Transcript

  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II INDICE 1.TÍTULO DEL PROYECTO ......................................................................................... 5 2. OBJETIVO GENERAL .............................................................................................. 5 3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................... 5 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................... 5 5. ANTECEDENTES ..................................................................................................... 6 5.1 OTROS SISTEMAS ............................................................................................ 6 5.1.1 Reforestación Granja Porcon – Cajamarca .................................................. 6 5.1.2 Forestación Piloto Con Tara – Cajamarca..................................................... 8 5.1.3 Reforestación En Las Zonas Alto andinas De Las Provincias San Pablo Y San Miguel – Cajamarca...................................................................................... 10 5.1.4 Proyecto: Reforestación y Forestación De las Cuencas Del Río Villa Rica, Alto Yurinaki y Cacazú en las Comunidades Nativas Yánesha – Selva Central Pasco-Junín) ....................................................................................................... 12 5.1.5 Proyecto de Reforestación José Ignacio Távara (Piura).............................. 13 5.1.6 Proyecto Establecimiento de Plantaciones Forestales y Sistemas Agroforestales en el Área de Influencia del Sub-Proyecto Rodert-Ipala. (Guatemala)......................................................................................................... 15 5.1.7 Proyecto: “Reforestación De La Micro cuenca Del Rio San Fernando “2008 2011 .................................................................................................................... 17 6. MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 19 6.1 CAMBIO CLIMÁTICO ........................................................................................ 19 6.1.1 ¿Qué es el cambio climático? ..................................................................... 19 6.1.2 ¿Qué es la adaptación al cambio climático? ............................................... 20 6.1.3 Viabilidad y Sostenibilidad del Proyecto de Reforestación .......................... 20 6.2 REFORESTACIÓN ........................................................................................... 22 6.2.1 Especies forestales nativas presentes en la región Arequipa y sus posibilidades de uso adecuado ............................................................................ 22 6.2.2 Especies forestales exóticas presentes en la región Arequipa y sus posibilidades de uso adecuado ............................................................................ 22 6.2.3 Características ecológicas de las especies forestales de la región Arequipa para fines de reforestación................................................................................... 25 Reforestación: ..................................................................................................... 25 Objetivos de la reforestación: ........................................................................... 25 Impacto Ambiental: .......................................................................................... 25 6.3 RESERVORIOS PARA ALMACENAR AGUA ................................................... 26 6.3.1 Tipos de Reservorios .................................................................................. 28 6.4 SUELOS............................................................................................................ 41 6.4.1 Concepto de suelo ...................................................................................... 41 6.4.2 fertilidad del suelo ....................................................................................... 41 1
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6.4.3 Propiedades físicas del suelo...................................................................... 41 6.4.4 Propiedades químicas del suelo ................................................................. 42 6.4.5 Propiedades biológicas del suelo ................................................................ 43 a) Funciones celulares de los elementos nutritivos .......................................... 43 b) Reserva Energética..................................................................................... 44 a) Forma Iónica ............................................................................................. 44 b) Salinidad en cultivos agrícolas .................................................................. 44 6.4.6 Métodos de diagnósticos de suelos ............................................................ 45 a) Prueba de diagnóstico de campo .............................................................. 45 b) Análisis de laboratorio para determinar las clases texturales .................... 46 6.4.7 Suelo de Quequeña .................................................................................... 47 6.4.7.1 Relación suelo-agua-planta. ................................................................ 50 6.4.7.2 Pérdida de agua en el suelo ................................................................ 50 6.4.7.3 Régimen de humedad .......................................................................... 50 6.4.7.4 El bulbo húmedo .................................................................................. 51 6.4.8 El caudal de cada emisor. ........................................................................... 51 6.4.9 Cambio de la Temperatura del Suelo con la Profundidad ........................... 53 6.4.9.1 Variación diurna y anual de la temperatura del suelo a diferentes profundidades. ................................................................................................. 53 6.4.9.2 Medición del agua del suelo ................................................................. 54 6.4.9.3 Porcentaje de superficie mojada........................................................... 55 6.5 ÁRBOL DE MOLLE (SCHINUS MOLLE) ........................................................... 56 6.5.1 Distribución Geográfica ............................................................................... 56 6.5.2 Características Morfológicas del Molle ........................................................ 57 6.5.3 Consideraciones Para La Plantación .......................................................... 57 6.5.4 Importancia Económica y Usos ................................................................... 60 6.6 PARA EL PROCESO DE CONTROL ................................................................ 60 6.7 SISTEMAS DE RIEGO POR GOTEO ............................................................... 62 6.7.1 Ventajas...................................................................................................... 62 6.7.2 Desventajas ................................................................................................ 63 6.7.3 Característica De Riego .............................................................................. 63 6.7.4 La Duración de Riego ................................................................................. 64 6.7.5 Los Contaminantes del Agua de Riego ....................................................... 64 6.7.6 Elementos de un Sistema de Riego Por Goteo ........................................... 64 6.7.6.1 Cabezal de Riego ................................................................................. 65 6.7.6.2 Red de Distribución .............................................................................. 66 6.7.6.3 Emisores de Agua ................................................................................ 68 6.7.6.4 Dispositivos de Medida, Control y De Protección ................................. 70 6.7.7 Elementos de Control ................................................................................. 71 6.7.7.1 Regulador de Presión ........................................................................... 71 2
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6.7.7.2 Reguladores de Caudal. ....................................................................... 72 6.7.7.3 Válvulas................................................................................................ 72 6.8 CONTROL......................................................................................................... 73 6.8.1 Tipos de sistemas de control....................................................................... 73 6.8.1.1 Sistemas de control en lazo abierto: ..................................................... 73 6.8.1.2 Sistemas de control en lazo cerrado: .................................................... 74 6.9 AUTOMATIZACION .......................................................................................... 75 6.9.1 Definición: ................................................................................................... 75 6.9.2 Métodos Para la Automatización de Sistemas de Riego Por Goteo ............ 76 6.9.2.1 Agua Del Suelo .................................................................................... 76 6.9.2.2 Agua De La Planta ............................................................................... 76 6.9.2.3 Estimadores de Evapotranspiración ..................................................... 77 6.9.3 Instrumentación y Equipos de Cómputo ...................................................... 78 6.9.4 Sistema Automático. ................................................................................... 79 6.9.4.1 Sistema no secuencial operado eléctricamente con o sin programación ......................................................................................................................... 79 6.10.1 Definición de Redes Inalámbricas: ............................................................ 81 6.10.2 Homogeneidad en la comunicación .......................................................... 83 6.10.3 Infraestructura deradiotransmisión .......................................................... 84 6.10.4 ModelosdeReferencia: .............................................................................. 86 6.10 SUPERVICION................................................................................................ 93 6.10.1 PROPÓSITO DE LA SUPERVISIÓN: ....................................................... 93 6.10.2 SUPERVISIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO ...................................... 93 7.- HIPÓTESIS ........................................................................................................... 97 8.1 Variable Independiente...................................................................................... 97 8.2 Variable Dependiente ........................................................................................ 97 9. DISEÑO DE INVESTIGACION .............................................................................. 97 9.1 UBICACION DEL PROYECTO .......................................................................... 97 9.1 LA REPRESA .................................................................................................... 98 9.2 REPRESAS DE MATERIALES SUELTOS ........................................................ 98 9.3 CALCULOS DE LA REPRESA .......................................................................... 99 9.3.1 Capacidad De La Represa .......................................................................... 99 9.3.2 Cálculos de La Geomenbrana................................................................... 100 9.3.3 Volumen de Tierra a Retirar ...................................................................... 100 9.4 PRECIPITACIONES ........................................................................................ 101 9.4.1 Cantidad de Litros Recolectados .............................................................. 102 9.5 SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO ................................................................ 102 9.5.1 Cabezal de Riego ..................................................................................... 103 9.5.2 Red de Distribución ................................................................................... 104 A) SISTEMA DE TUBERIAS .......................................................................... 104 3
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II B) MEDIDAS DE LAS TUBERIAS: ................................................................. 104 C) TUBERIAS UTILIZADAS ........................................................................... 105 D) EMISORES DE AGUA............................................................................... 106 E) RELACION DE CAUDAL Y PRESION EN EL GOTERO AUTOCOMPENSANTE: ................................................................................. 106 9.5.3 Comportamiento de La Presión y el Caudal ............................................. 106 10. INGENIERIA DEL PROYECTO .......................................................................... 108 10.1 DISPOSITIVOS DE MEDIDA, CONTROL Y DE PROTECCIÓN.................... 108 10.2 ELEMENTOS DE CONTROL ........................................................................ 120 10.2.1 Regulador de Presión ............................................................................. 120 10.2.2 Reguladores de Caudal. ......................................................................... 121 10.2.3 Válvulas .................................................................................................. 121 10.2.4 Precios .................................................................................................... 122 10.3 NÚMERO Y POSICIONAMIENTO DE SENSORES ...................................... 122 10.4. DISEÑO DE LA RED INDUSTRIAL .............................................................. 124 10.5. DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA DE CONTROL: ............................... 125 10.6. SUPERVICION DEL PROYECTOS, SISTEMAS Y EQUIPOS DE RIEGO AUTOMATIZADO .................................................................................................. 125 FIGURA 71. Posición de sensores............................................................................ 130 11. PLAN DE TRABAJO ........................................................................................... 131 12. CRONOGRAMA ................................................................................................. 131 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 133 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 134 4
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II DISEÑO DE UN SISTEMA DE CONTROL, AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE RIEGO PARA LA ARBORIZACIÓN EN LOS CERROS DE QUEQUEÑA – AREQUIPA 1.TÍTULO DEL PROYECTO Diseño de un sistema de control, automatización y supervisión de un sistema de riego para la arborización en los cerros de Quequeña - Arequipa 2. OBJETIVO GENERAL Diseñar un sistema controlado yautomatizado para el riego por goteo de 20 has. Con el árbol Molle Blanco en los cerros del distrito de Quequeña. 3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Identificar las características y problemas del área de cultivo, y elegir el tipo de árbol para dicha zona geográfica.  Determinar la cantidad de árboles y el número de hectáreas a cultivar  Determinar la cantidad de agua necesaria, y a partir de ello determinar la fuente de adquisición, formas de traslado y distribución del agua.  Definir las variables de entrada y salida a controlar para el sistema de riego por goteo en dicha zona geográfica.  Realizar un sistema de control automático para el riego por goteo.  Diseñar la estación de control, así como también determinaruna ubicación, para poder realizar una supervisión adecuada. 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En las últimas décadas, nuestro medio ambiente se ha visto afectado por el calentamiento global, debido a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), los cuales producen una alteración en el ciclo biológico de las distintas zonas geográficas, produciendo sequias en determinadas zonas, así como inundaciones en otras. En el poblado de Quequeña, se ubican torrenteras, las cuales desembocan en los ríos aledaños, pero también provocan destrozos en temporadas de lluvia; así mismo también hay cerros cercanos, los cuales presentan condiciones para el cultivo de productos como árboles, cactus, tunas, etc. Pero no hay una forma recolectar el agua de las torrenteras, y tampoco un medio de distribución adecuado 5
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II durante el año para poder irrigar esos cerros de una forma óptima, en la cual se pueda aprovechar al máximo el recurso hídrico. 5. ANTECEDENTES 5.1 OTROS SISTEMAS El impacto ambiental negativo causado por el efecto invernadero es un problema creciente de carácter mundial, causado principalmente por las emisiones de gases causados por las industrias en todo el mundo. Una de las soluciones a este problema que se planteó en la convención de Kioto es el de la reforestación. Consecuentemente a esta propuesta es que se crean los bonos de carbono, los cuales han abierto las puertas hacia un mercado de captación de en el ambiente. La destrucción de los bosques debido a la agricultura migratoria y a la tala indiscriminada de madera son los principales problemas en varias regiones del Perú. Estas actividades no solo impiden que los bosques naturales, a través del proceso de la fotosíntesis, capturen el dióxido de carbono del aire, sino también provocan una mayor emisión de gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global. A continuación se presenta un análisis sobre distintos proyectos sobre reforestación que se realizaron o se están realizando en distintos departamentos del Perú: 5.1.1 Reforestación Granja Porcon – Cajamarca DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO En los años 1970 en la región de Cajamarca se realiza el proyecto multisectorial PRODESCA con el apoyo del gobierno belga, entre uno de sus puntos se encontraba el de Reforestación con especies de crecimiento rápido (Eucaliptus globulus y Pinus radiata).Años más tarde para dinamizar la economía regional, se ideo en colaboración con industriales de la pulpa de papel (Sociedad Paramonga Ltda.), la reforestación de 180,000 ha por realizarse en 18 años, mediante campañas anuales de 10,000 ha. Para echar las bases técnicas de un proyecto de esta magnitud, se inició en 1976, un proyecto de investigación y demostración forestal que luego de la creación del CICAFOR - Cajamarca "Centro de 6
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Investigación y Capacitación Forestal (Nov.1976), fue transferido a esta institución. En base a los logros alcanzados se decidió establecer un macizo forestal piloto de 6,000 ha. (Proyecto Piloto de Forestación), financiado por la Unión Europea. Los trabajos se iniciaron en Granja Porcon en 1982 para terminarse en 1989. Este mismo año se fusionaron CICAFOR y el Proyecto Piloto de Reforestación para crear la Asociación Civil ADEFOR y continuar las actividades de investigación y desarrollo forestal. Con el Proyecto Piloto de Forestación se logró establecer lo siguiente: 60ha de terrazas de cultivo cuyo talud y plataforma se van formando progresivamente, apoyándose sobre hilera de Polylepsissp. 120ha de pastos irrigados, complementando los canales principales existentes por una red de distribución diseñada especialmente. Un vivero forestal compuesto de El Rejo 0,90 ha (capacidad anual 200,000 plantas) y El Tinte 6,5ha (capacidad anual 1'200,000 plantas). 3,572ha de reforestación según el siguiente esquema - Valores redondeados: Se efectuaron trasplantes con 5 especies de Pino, 2 de ciprés, 2 de Eucalipto2 especies nativas según el cuadro siguiente: Tabla 1 Extensión en ha CONCLUSIONES La instalación del macizo forestal cumplió su papel piloto, ya que inversionistas continuaron el establecimiento de bosques con fines 7
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II industriales, y otras empresas campesinas luego de visitar Granja Porcon se decidieron a celebrar contratos de reforestación (SAIS J.C. Mariategui). La instalación de terrazas de cultivos de formación lenta, juega un papel reconocido por los socios sobre la conservación de los suelos y el aumento de producción. La instalación de campos fijos permitió la apertura de carretera de acceso y la construcción de casas para que el personal agrícola se proteja de la lluvia y tome cómodamente sus alimentos. La instalación de pastos mejorados produjo un aumento sensible e inmediato de los ingresos por venta de leche dando a la Cooperativa mayores posibilidades financieras. La presencia de los bosques de pino condujo al abandono de la quema de los pastos naturales. Un aspecto interesante es el constante desarrollo de la carpintería de la Cooperativa, que a la fecha aun teniendo maquinaria y personal no puede todavía abastecer a la creciente demanda de muebles de parte de los habitantes de Cajamarca. 5.1.2 Forestación Piloto Con Tara – Cajamarca DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO En los últimos años, se ha despertado el interés por el cultivo de la tara aplicando técnicas agroforestales adecuadas en vías de incrementar su productividad, pues en su hábitat la tara crece en forma silvestre. El Perú es actualmente el primer productor y exportador mundial de los derivados de la tara. La tara tiene las siguientes caracteristicas: precio por tonelada de 2000 soles, venta bruta anual de 62000 soles, plantones por hectarea de 625, inicio de produccion en 4 años, produccion de toneladas por año de 5 – 31 y no nesecita riego. Este proyecto piloto de forestación con tara se lleva a cabo en el departamento de Cajamarca (años 2008 al 2009), distrito de San Juan, caserío de Cachilgón, cuya población cuenta con 40% de adultos analfabetos quienes se dedican a la agricultura de productos de pan llevar y se apoyan económicamente con la recolección de la vaina de tara que crece en forma silvestre. Para demostrar a los pobladores la 8
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II facilidad del manejo agroforestal de la tara y su rentabilidad económica, se viene desarrollando el proyecto piloto de forestación con 1546 plantones de tara, requiriendo una inversión inicial de 12 234 soles, un costo anual referencial de 4720 soles y recuperando toda la inversión en el año 2012. En el cuadro 12, se presenta una estimación de la producción bruta de la tara. TABLA 2. Producción de tara del Proyecto Piloto COSTOS DEL PROYECTO TABLA 3. Bienes tangibles para la reforestación piloto de la tara 9
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II CONCLUSIONES El proyecto piloto se está realizando con una inversión de S/.12 234 y durante los 2 años de manejo agrícola se han invertido S/. 9996, toda la inversión se podrá recuperar en el año 2011. Aprovechando que los arbustos de tara están pequeños, dentro del mismo terreno, se pueden sembrar cultivos menores como la lechuga y el culantro. En temporada de sequía, el agua en el caserío de Cachilgon-Calani es abastecido por manantiales, los pobladores no tienen cultura de usar el agua en forma adecuada, el riego que utilizan es por inundación. Por los resultados, se puede adelantar que para el crecimiento de la tara no se requiere mucha agua comparada con otras plantas del lugar, pues las plantas en el terreno secano se encuentran en mejor estado que las plantadas en zona de riego. 5.1.3 Reforestación En Las Zonas Alto andinas De Las Provincias San Pablo Y San Miguel – Cajamarca DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El objetivo del proyecto es el incremento de la cobertura forestal en zonas de las cabeceras de las cuencas ubicadas en los ríos San Miguel y San Pablo mediante plantaciones forestales en rodales en terrenos comunales de comunidades campesinas legalmente constituidas, empleando para ello especies forestales nativas y exóticas. Se realizarán acciones comprendidas en 3 componentes: Instalación de Plantaciones forestales de Protección, Manejo y Mantenimiento de las Plantaciones, Capacitación y Asistencia Técnica. La ejecución del Proyecto, contempla una duración de 30 meses. En la ejecución del Proyecto se invertirá: S/. 3, 984,254.65, dicho presupuesto será financiado por el Gobierno Regional de Cajamarca (Canon y Sobre canon). Según análisis de costos por componentes del proyecto, Protección: se tiene: Instalación S/.2,272,949.05; de Manejo Plantaciones y Forestales Mantenimiento de de las Plantaciones: S/. 159,600.00; Capacitación y Asistencia Técnica: S/.655,311.00; haciendo un total de Costos Directos: S/. 3, 087,860.05; y como Costos indirectos tenemos: Gastos Generales S/. 678,516.00, Imprevistos (1% CD) S/.30,878.60 Estudios Definitivos (Expediente 10
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Técnico) S/.47,000.00. Supervisión S/.105,000.00. Liquidación S/.20,000.00. El proyecto instalará 1´650,000 plantones forestales de las especies: Akmlnusacuminata, Pinus radiata y Pinus radiata, con lo cual se reforestará 1500 hectáreas en cinco (05) Comunidades Campesinas beneficiarias directas del Proyecto, localizadas en las cabeceras de las cuencas de los ríos San Miguel y San Pablo, ubicadas en los Distritos de Llapa, Calquis, Tongod y San Pablo. La modalidad de ejecución será por Administración Directa, a cargo de la Gerencia Regional de Recursos Naturales y Gestión del Medio Ambiente (RENAMA) El personal para la mano de obra no calificada, será del ámbito comunal, el personal Profesional y técnico contará con amplia experiencia en la ejecución de proyectos forestales, a fin de garantizar que el proyecto concluido sea de óptima calidad. TABLA 4. Avance físico y localización 11
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II TABLA 5. Avance financiero y ejecución Inicio hasta marzo 2012 5.1.4 Proyecto: Reforestación y Forestación De las Cuencas Del Río Villa Rica, Alto Yurinaki y Cacazú en las Comunidades Nativas Yánesha – Selva Central Pasco-Junín) DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO La localización geográfica del proyecto está en las micro cuencas: Río Villa Rica, Río Alto Yurinaki y Río Cacazúen las Comunidades Nativas Yánesha – Selva Central Distritos: Pasco-Junín. 2009 – 2011 realizado por la Confederación de Nacionalidades Amazónicas del Perú –CONAP aliado con el Equipo de Promoción y Capacitación Amazónica PROCAM El proyecto contempla la construcción de 6 viveros volantes con capacidad instalada para 10,000 plantones forestales y agroforestales c/uno dando un total de producción de 60,000 plantones anuales listos para campo en épocas de invierno. El restante 40,000 plantones anuales serán comprados a las instituciones municipales y viveros comunitarios para impulsar la reforestación en la Selva central ya sea con diferentes fines; caso nuestro: conservación y protección del suelo y las micro cuencas. El proyecto tendrá una duración de 3 años calendario, donde se aprovecharán los 3 periodos de invierno (para la reforestación). Quiere decir que se producirán al término del proyecto: 180,000 plantones forestales y agroforestales y se contribuirá a la actividad con la compra de 120,000 plantones para impulsar el negocio forestal en las comunidades nativas de la Selva Central. 12
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Se beneficiarán con el proyecto un aproximado de 300 familias de los distritos de Villarrica y Perené. El área a reforestar es aproximadamente 450 has. Siendo las áreas ribereñas, erosionadas, desgastadas, taladas, abandonadas serán utilizadas para el proyecto. El proyecto utilizará a las siguientes especies forestales:  Protección ribereña: Bobinsana, Cetico, Lupuna, Nogal, Cedro de altura, ambú,Buchilla  Separación de linderos: Bolaina blanca, Capirona.  Sombra café y cacao: Tornillo, Moena, Palo peruano, pino Chuncho, Roble Alcanfor, Huayruro.  Especie a introducir: Shihuahuaco, Cedro Rosado, Pino y Eucalipto. La reforestación con especies nativas y utilización de plantas perennes agroforestales como el cacao y café necesitan de una asistencia técnica. El proyecto contempla dentro de sus actividades la asistencia técnica en construcción de viveros y en todas las labores que involucra. La puesta en campo de las plantas también tendrá una asistencia técnica permanente por parte del staff. Se realizarán además pasantías a viveros grandes de la zona. La educación ambiental a través de talleres de concientización involucrará aún más a la población directamente beneficiada del proyecto. Se buscará crear lazos de unión entre los anexos y caseríos para el trabajo en equipo. Nuestra experiencia en campo nos ha servido para identificar las debilidades del agricultor colono y nativo de estas zonas en particular. En la perspectiva de informar, orientar, sensibilizar y comprometer a las autoridades locales y la población objetiva se empleará una estrategia de comunicación efectiva a través de la utilización de los medios de comunicación radial y televisivo local, mediante la difusión de microprogramas alusivas a los objetivos del proyecto. 5.1.5 Proyecto de Reforestación José Ignacio Távara (Piura) DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El proyecto "Reforestación, producción sostenible y secuestro de carbono en los bosques secos de la comunidad campesina José 13
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Ignacio Távara, Piura", se convirtió en el primer plan de bosque seco en el mundo expedito para ser inscrito como proyecto de captura de carbono en el marco del Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) del Protocolo de Kyoto.dicho mecanismo fue aprobado por el Ministerio del Ambiente (Minam) en junio de 2008 y superó un exigente proceso de validación internacional. Quince mil familias de la comunidad campesina José Ignacio Távara Pasapera, en el distrito de Chulucanas, Piura; han asumido el reto de manejar de manera sostenible 8 mil 980 hectáreas de bosques secos con especies nativas de algarrobo y zapote (especie que crece en zonas desérticas), empleando la técnica de riego por goteo artesanal como parte de un proyecto de reforestación que generará alrededor de 158 mil 340 días / hombre anuales durante sus primeros cinco años, y cerca de 2 millones de días-hombre durante los próximo 40 años. Este primer proyecto peruano de reforestación que ha sido registrado recientemente por la Junta Ejecutiva de las Naciones Unidas para el Cambio Climático ante el “Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) del Protocolo de Kyoto”, permitirá la venta de Certificados de Reducción de Emisiones (CERs) de Carbono, que actualmente se cotizan a precios competitivos en el mercado de carbono internacional. Este logro es importante para el Perú ya que en la actualidad, a nivel mundial, solo hay 10 proyectos de forestación y reforestación que han logrado el registro del MDL: cinco de Asia, tres de América Latina, uno de África y uno de Europa del Este. De estos 10 proyectos registrados, solo 4 son de gran escala, es decir, reducen emisiones por encima de las 15 mil toneladas de carbono al año. Se estima que el proyecto de reforestación José Ignacio Távara –que cuenta con la aprobación del Ministerio del Ambiente- durante sus primeros 20 años de ejecución, reducirá emisiones por un total de 973 mil 788 toneladas de carbono, lo que implica una reducción aproximada de 46 mil 689 toneladas de carbono al año; con lo cual contribuirá a mitigar los efectos del cambio climático. El proyecto contempla la reforestación de 9 mil 500 hectáreas, la recuperación de áreas de bosque seco degradado como un medio de combate a la desertificación y el cambio climático. En la reforestación 14
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II se emplearán especies nativas tales como algarrobo (Prosopispallida) y zapote (Capparisscabrida), mediante siembra directa bajo riego por goteo artesanal. El proyecto está diseñado para obtener especies que provean madera de calidad y forraje para el ganado. La comunidad obtendrá, ahora, ingresos adicionales por la venta de Certificados de emisiones reducidas La comunidad beneficiaria de este proyecto se dedica a la agricultura temporal y producción de ganado caprino y ovino, apicultura y extracción de algarrobina. A través de esta iniciativa verán incrementadas sus posibilidades laborales y económicas en la zona. Esta iniciativa es parte del Portafolio Nacional de Proyectos MDL de FONAM desde el 2004, y tiene por objetivo no solo contribuir a mitigar los efectos del cambio climático, sino el de mejorar el nivel de vida de las familias campesinas del bosque seco, mediante la reforestación y el aprovechamiento de los recursos maderables y diferentes de la madera. Este proyecto contará con la asesoría técnica de la Asociación para la Investigación y el Desarrollo Integral, AIDER y el Fondo Nacional del Ambiente, FONAM, fondo vinculado al Ministerio del Ambiente. 5.1.6 Proyecto Establecimiento de Plantaciones Forestales y Sistemas Agroforestales en el Área de Influencia del Sub-Proyecto Rodert-Ipala. (Guatemala) DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Este proyecto fue ejecutada por el Proyecto de Desarrollo Rural Sostenible de zonas de Fragilidad Ecológica en la Región del Trifinio – PRODERT-, durante el año 2003. Su objetivo general fue contribuir a incrementar la cobertura forestal a través de plantaciones y sistemas agroforestales en el área de influencia del PRODERT sub-proyecto Ipala. El Proyecto se desarrolló en las comunidades: La Esperanza, El Sauce, Horcones, San Francisco, Chagüiton, Chaparroncito, Cofradías, San Isidro, Jicamapa, Cececapa, Cruz de Villeda, El Obraje, Poza de la Pila y el Suyate del municipio de Ipala, Chiquimula El proyecto fue ejecutado por una empresa que PRODERT contrato para el efecto, desarrollando los componentes siguientes: Producción 15
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II de especies forestales en vivero ubicado en el área, establecimiento de cerca vivas y plantaciones. El proyecto contempló la Capacitación y asistencia técnica a los productores agroforestales en el establecimiento y manejo de viveros, plantaciones y sistemas agroforestales. Dentro de las principales características tenía como prioridad:  Establecer un vivero comunitario para la producción de 30,000 plantas de las especies de: casuarina, eucalipto, cedro mundani, cedro común, arípin y paraíso.4,000 plantas de Cedro común, 8,000 plantas de Casuarina, 10,000 plantas de Cedro mundani, 3,000 plantas de Paraíso y 4,000 plantas de Eucalipto.15,000 plantas de confieras Pinusoocarpa, Pinusmaximinoii, con fines de aprovechamiento para la extracción de madera, compradas en un vivero comercial.  Establecer 60 kilómetros de cercas vivas dentro los cuales se pretende proteger 6 embalses de agua, con el objeto de reforestar un perímetro total de 2.4 Km. Y la protección de 4 Km. de cauces de agua.  Establecer 13.2 hectáreas de plantación de pino Pinusoocarpa para aserrío.  Establecer y manejar un vivero escolar para producir 1,000 plantas de especies forestales.  Desarrollar las capacidades cognoscitivas de los productores mediante eventos de capacitación  Compra de 500 plantas de cítricos (Mandarina, Limón persa y Naranja) para el establecimiento de huertos frutales familiares.  2 eventos de capacitación, 1 curso-taller y 1 gira de campo intercomunitaria ointersubproyectos. Las estrategias de reforestación fueron:  Establecimiento de viveros forestales en el área.  Compra de confieras en viveros comerciales.  Vivero Forestal escolar. 16
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II  Eventos de capacitación y giras educativas.  Donación de frutales.  Ejecución del Proyecto por Contrato Administrativo (Empresa ejecutora).  Asistencia técnica.  Sensibilización.  Costo del Proyecto: Q. 204,049.30. Como el proyecto ya fue realizado se pudo obtener el siguiente gráfico sobre el cumplimiento de las metas del proyecto: Establecimiento desplantaciones forestales y sistemas agroforestales en el área de influencia del Subproyecto. Tabla nº6. Cumplimiento de las metas del proyecto PRODERT-Ipala.Ejecutado por –PRODERT-, en el año 2003. Año de evaluación 2004. De la información mostrada se puede observar que los proyectos que tienen una duración de periodos grandes, se les va dejando de lado ya que en el cumplimiento de sus metas no llega a un 100% de su ejecución. 5.1.7 Proyecto: “Reforestación De La Micro cuenca Del Rio San Fernando “2008 2011 Fuente: Gobierno regional de Junín Proyecto: “REFORESTACION DE LA MICROCUENCA DEL RIO SAN FERNANDO “ REGION : Junín PROVINCIA : Huancayo y Concepción 17
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II DISTRITO : Santo Domingo de Acobamba y Andamarca El objetivo del proyecto: Reforestación de 1,000 ha. de especies forestales y 150.98 ha. de frutales en la micro cuenca del Río San Fernando. Instalación de un vivero de producción forestal y frutícola de capacidad para 350,000 plantones. Producción de 1’050,000 plantones forestales y frutícolas. Reforestación de 1,000 ha con especies forestales y frutícolas. Capacitación a 400 agricultores en técnicas de manejo forestal y frutícola. Elaboración y aprobación de Planes de manejo Forestal en las zonas reforestadas. Población Beneficiada: 15,009 habitantes Distritos de Santo Domingo de AcobambaAndamarca. La sostenibilidad del proyecto está dada por el compromiso de la Municipalidad Distrital de Santo Domingo de Acobamba y la Municipalidad Distrital de Andamarca, las cuales mantendrán los viveros una vez finalizado el proyecto, además de que se concientizará a la población para que continúen con los trabajos de cultivo de plantones y reforestación en los terrenos de protección. RESULTADOS TABLA 7. Resultados del proyecto 18
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6. MARCO TEÓRICO 6.1 CAMBIO CLIMÁTICO El agua que se destinara a este proyecto está utilizando golpe de ariete para poder llegar de la mayoría de zonas de la geografía de Arequipa y esta también se usara del excedente que quede del uso agrícola que tiene la prioridad en el uso del agua Artículo 54.- Requisitos de la solicitud de licencia de uso, Artículo 55.- Prioridad para el otorgamiento en el uso del agua de la Ley de Recursos Hídricos LEY Nº 29338. 6.1.1 ¿Qué es el cambio climático? Según la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático se debe entender como cambio climático al cambio del clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observado durante períodos de tiempo comparables. El ser humano es considerado, en los últimos años, uno de los agentes climáticos de importancia. Su influencia en la naturaleza comenzó desde que inicia sus tareas de caza y de recolección. Cuando empieza a modificar sus hábitos de consumo y comienza a ejercer más presión sobre los recursos naturales, origina nuevas formas de producción y tecnologías, muchas de ellas con un impacto devastador sobre los ecosistemas, produciendo desequilibrio y modificaciones del hábitat de diversas especies. Desde la era moderna hasta la era de las grandes industrias, se han realizado actividades que han originado un incremento en el consumo de energía y de combustibles fósiles, lo que sumado a la tala de bosques, ha determinado un aumento sustancial en la emisión de gases que producen efecto invernadero en el largo plazo. Actualmente, tanto las emisiones de gases como la deforestación se han incrementado hasta tal nivel que parece difícil que se reduzcan en el corto y mediano plazo, por las implicaciones técnicas y económicas asociadas a pasar a un modelo de desarrollo bajo en carbono. Actividades humanas que causan los efectos negativos del Cambio Climático: 19
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 1. Actividades humanas que causan los efectos negativos del Cambio Climático: http://www.solucionespracticas.org.pe/publicaciones/pdf/CAMBIO%20CLIMATICO%20PERU.pdf 6.1.2¿Qué es la adaptación al cambio climático? Adaptación se refiere a las políticas, prácticas y proyectos orientados a hacer frente al cambio climático, a fin de prevenir daños potenciales, aprovechar oportunidades y lidiar con las consecuencias. Se traduce en iniciativas y medidas encaminadas a reducir la vulnerabilidad de los sistemas naturales y humanos ante los efectos reales o esperados de un cambio climático. Existen diferentes tipos de adaptación, por ejemplo: preventiva/reactiva, privada/pública, y autónoma/planificada. Algunos ejemplos de adaptación son: la construcción de diques fluviales o costeros, la sustitución de plantas sensibles al choque térmico por otras más resistentes, la implementación de cobertizos para proteger a los animales del frío, en algunas regiones de la sierra, la sustitución de cultivos por otros que necesitan menos agua, el cambio del periodo de siembra para aprovechar mejor el agua de las lluvias, etc. 6.1.3 Viabilidad y Sostenibilidad del Proyecto de Reforestación 1. Financiación del carbono: mercados de carbono y cambio climático 20
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Existen numerosas vías y esfuerzos en marcha para reducir las emisiones de carbono y promover actividades que ayuden a almacenar y eliminar carbono. Esto ha hecho del carbono un valioso producto básico. Con el fin de encontrar una unidad de medida común para esta mercancía, todos los GEI se convierten en equivalentes del CO (CO -eq)1. Los CO2-equivalentes se comercian en los mercados de carbono, que funcionan de forma parecida a los mercados financieros. La moneda utilizada son los créditos de carbono. En el mercado de carbono, simplificando, se alcanza un acuerdo entre un comprador y un vendedor de créditos de carbono. Quienes reducen emisiones o secuestran carbono reciben pagos y quienes tienen que reducir sus emisiones pueden comprar créditos para compensar sus emisiones. “La compensación de carbono” conlleva compensar las emisiones que no pueden evitarse pagando a alguien para que ahorre -secuestre- GEI. Los precios recibidos por una tonelada de CO2 varían mucho y dependen del tipo de mercado y del tipo de proyecto de compensación de carbono. Durante 2009, los precios abarcaban desde 1,90 a 13 euros (€) por tonelada de CO2-eq. En los últimos años han surgido numerosos instrumentos financieros, mecanismos y mercados. Financiar carbono quiere decir: ¿cómo se puede conseguir dinero usando créditos o mercados de carbono? 2. Mercados de carbono: Existen dos tipos de mercados de carbono: los de cumplimiento regulado y los voluntarios. El mercado regulado es utilizado por empresas y gobiernos que, por ley, tienen que rendir cuentas de sus emisiones de GEI. Está regulado por regímenes obligatorios de reducción de carbono, ya sean nacionales, regionales o internacionales. En el mercado voluntario, en cambio, el comercio de créditos se produce sobre una base facultativa. Las dimensiones de los dos mercados difieren notablemente. En 2008, se comerciaron en el mercado regulado 119.000 millones de dólares estadounidenses (US$), y en el voluntario, 704 millones US$ (Hamilton et al., 2009). Los tres mecanismos del Protocolo de Kyoto son muy importantes para el mercado regulado: el Mecanismo para un Desarrollo Limpio (MDL), la Ejecución Conjunta (JI, siglas en inglés) y el Régimen para el comercio de derechos de emisión de GEI de la Unión Europea (ETS, siglas en inglés). Algunos países no han aceptado legalmente el Protocolo de Kyoto, pero tienen 21
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II otros esquemas de reducción de GEI vinculantes legalmente, a nivel estatal o regional2. Los países en desarrollo sólo pueden participar en el MDL. En general, para proyectos AFOLU a pequeña escala en países en desarrollo, el mercado voluntario es más interesante que el regulado, porque el mercado de MDL tiene unos mecanismos y procedimientos bastante complejos para el registro de proyectos, que excluyen a la mayoría de proyectos agrícolas, forestales y de reducción de las emisiones derivadas de la deforestación y degradación de los bosques (REDD). 6.2 REFORESTACIÓN 6.2.1 Especies forestales nativas presentes en la región Arequipay sus posibilidades de uso adecuado TABLA 8. Especies forestales nativas presentes en la región Arequipa Leyenda 1. Madera 2. Leña 3. Carbón 4. Ornamental 5. Frutal 6. Apicultura 7. Estabilización Talud 8. Control erosión 9. Cercos vivos 10. Silvopasturas 11. Artesanía 6.2.2 Especies forestales exóticas presentes en la región Arequipay sus posibilidades de uso adecuado TABLA 9. Especies forestales exóticas presentes en la región Arequipa 22
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Fuente: Diagnóstico Forestal Región Arequipa Leyenda 1. Madera 2. Leña 3. Carbón 4. Ornamental 5. Frutal 6. Apicultura 7. Estabilización Talud 8. Control erosión 9. Cercos vivos 10. Silvopasturas 11. Artesanía 23
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II TABLA 10. Características de los árboles comunes de la región Arequipa 24
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6.2.3 Características ecológicas de las especies forestales de la región Arequipa para fines de reforestación. Reforestación: Se llama reforestación a la plantación más o menos masiva de árboles, en áreas donde estos no existieron, por lo menos en tiempos históricos recientes (igualmente, unos 50 años). Conjunto de técnicas que se necesitan aplicar para crear una masa forestal, formada por especies leñosas. Objetivos de la reforestación: La reforestación puede estar orientada a:  Mejorar el desempeño de la cuenca hidrográfica, protegiendo al mismo tiempo el suelo de la erosión.  Producción de madera para fines industriales.  Crear áreas de protección para el ganado, en sistemas de producción extensiva.  Crear barreras contra el viento para protección de cultivos.  Crear áreas recreativas. Para la reforestación pueden utilizarse especies autóctonas (que es lo recomendable) o especies importadas, generalmente de crecimiento rápido. Las plantaciones y la reforestación de las tierras deterioradas y los proyectos sociales de siembra de árboles producen resultados positivos, por los bienes que se producen y por los servicios ambientales que prestan. Si bien se puede decir que la reforestación en principio es una actividad benéfica, desde el punto de vista del medio ambiente, existe la posibilidad que también produzca impactos ambientales negativos. Impacto Ambiental: Las reforestaciones y sus componentes que contemplan la siembra de árboles para producción o para proteger el medio ambiente tienen impactos ambientales positivos y también negativos. 25
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Impactos positivos: Reducción del uso de bosques naturales como fuente de combustible: Las plantaciones ofrecen la mejor alternativa a la explotación de los bosques naturales para satisfacer la demanda de madera y otros productos combustibles. Incremento de los servicios ambientales: Al restablecer o incrementar la cobertura arbórea, se aumenta la fertilidad del suelo y se mejora su retención de humedad, estructura y contenido de nutrientes.Al incorporar los árboles a los sistemas agrícolas, pueden mejorarse las cosechas, gracias a sus efectos positivos para la tierra y el clima. Sensibilización ambiental:Impulsa la acción ciudadana en defensa del medio ambiente, participando en acciones forestales, sensibilizando a la población, incentivando la participación social y promueve la educación ambiental. Impactos negativos: Las plantaciones son bosques artificiales: los árboles se manejan, esencialmente, como cultivos agrícolas de ciclo largo. Como tales, muchos de los impactos agrícolas negativos que son inherentes en la agricultura, ocurren también en la plantación forestal. La magnitud del impacto depende, en gran parte, de las condiciones existentes en el sitio antes de plantarlo, las técnicas de preparación, las especies sembradas, los tratamientos que se dan durante la rotación, la duración de la misma y los métodos de explotación. Algunas especies producen toxinas que inhiben la germinación de las semillas de las otras especies. Las plantaciones con riego pueden causar conflicto con los demás usuarios del agua y causar otros impactos ambientales y sociales que son comunes en los proyectos de riego. 6.3 RESERVORIOS PARA ALMACENAR AGUA El almacenamiento de agua en reservorios permite tener, al productor agropecuario, un suministro de agua de buena calidad en el verano o durante las sequías o veranillos que se presentan en invierno. Los reservorios se pueden construir para almacenar aguas de escorrentía provenientes de quebradas y ríos, o para capturar aguas llovidas, lo que se puede definir como cosecha de agua de lluvia. En ese sentido, Nasr (1999) define la cosecha de agua como “la recolección del agua de escorrentía para su uso productivo”, mientras que, según la FAO (2000), la captación de agua de lluvia está definida como “la recolección de escorrentía superficial para su uso 26
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II productivo, y que puede lograrse de las superficies de tejados, así como de corrientes de agua intermitentes o efímeras”. Tomando en cuenta la relación entre el área de recolección y el área de depósito del agua se pueden anotar las siguientes categorías para cosecha de lluvia: Cosecha de agua para consumo animal Cosecha de agua inter–lineal Captación de mediana escala o macrocaptación Captación de gran escala (áreas de captación con muchos kilómetros cuadrados, necesitan estructuras muy complejas y grandes redes de distribución). Las características principales de los sistemas de macrocaptación son: Escorrentía superficial almacenada en el perfil del suelo. Área de captación, generalmente de 30 a 200 metros de radio. El área objetivo o de uso del agua (agricultura, uso doméstico o industrial). 1. RESERVORIOS PARA ALMACENAR AGUA El almacenamiento de agua en reservorios permite tener, al productor agropecuario, un suministro de agua de buena calidad en el verano o durante las sequías o veranillos que se presentan en invierno. Los reservorios se pueden construir para almacenar aguas de escorrentía provenientes de quebradas y ríos, o para capturar aguas llovidas, lo que se puede definir como cosecha de agua de lluvia. En ese sentido, Nasr (1999) define la cosecha de agua como “la recolección del agua de escorrentía para su uso productivo”, mientras que, según la FAO (2000), la captación de agua de lluvia está definida como “la recolección de escorrentía superficial para su uso productivo, y que puede lograrse de las superficies de tejados, así como de corrientes de agua intermitentes o efímeras”. Tomando en cuenta la relación entre el área de recolección y el área de depósito del agua se pueden anotar las siguientes categorías para cosecha de lluvia: Cosecha de agua en techos Cosecha de agua para consumo animal Cosecha de agua inter–lineal Microcaptación 27
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Captación de mediana escala o macrocaptación Captación de gran escala (áreas de captación con muchos kilómetros cuadrados, necesitan estructuras muy complejas y grandes redes de distribución). Las características principales de los sistemas de macrocaptación son: Captación de aguas de escorrentía superficial, laminar y de arroyos. Escorrentía superficial almacenada en el perfil del suelo. Área de captación, generalmente de 30 a 200 metros de radio. Se requiere de suficiente superficie para ubicar las áreas de captación,almacenamiento y siembra. Relación área de captación/área de cultivo, usualmente de 2:1 a 10:1. Vía preparada para el vertedero del exceso de agua. Los principales componentes de un sistema de macrocaptación son: El área de captura, en donde se recolecta el agua para ser transportadahasta el reservorio. El área de almacenaje o reservorio (reservorio artificial, perfil suelo,acuíferos subterráneos). El área objetivo o de uso del agua (agricultura, uso doméstico o industrial). 6.3.1 Tipos de Reservorios Los principales tipos de reservorios aplicables a la zona son Reservorios Dique – represa, con las siguientes variantes: • Reservorios Dique – Represa. • Reservorios Dique – Represa con revestimiento. • Reservorios Dique – Represa con gaviones. Reservorios Excavados, con las siguientes variantes: • Reservorio Excavado. • Reservorio Excavado con revestimiento. Reservorio Estanque, con las siguientes variantes: • Reservorio Estanque. • Reservorio Estanque con revestimiento. • Reservorio Envase. • Reservorio Dique Escalonado. 28 del
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Reservorios Dique – Represa Los embalses de represa almacenan gran parte del agua por encima dela superficie original del terreno. Se construyen en áreas con pendientes suaves a moderadas y donde la represa se puede levantar transversalmente a una depresión. El embalse se llena con agua de escorrentía. Se considera que un estanque es de represa, cuando la profundidad del agua embalsada encima de la superficie sobrepasa 90 cm. El reservorio Dique-represa con revestimiento es necesario cuando los suelos no son arcillosos y se tiene alta infiltración del agua. Los principales tipos de revestimiento son plástico y geomembrana de PVC. La variante con gaviones se puede utilizar donde hay suficiente piedra para armar el dique. En este caso, no es necesario hacer movimientos de tierra en la depresión natural donde se construye el reservorio. FIGURA 2. Reservorio Dique Reservorios Excavados Los reservorios excavados almacenan gran parte del agua debajo del nivel original del suelo. Se construye en terrenos relativamente planos y donde hay sitios adecuados para construir una represa. Se puede llenar, tanto con el agua de escorrentía como por la infiltración de agua subterránea en la excavación. 29
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 3. Reservorio escavado Reservorio Estanque Este tipo de reservorio es muy similar al excavado, con la diferencia que el nivel del agua se puede llevar por encima del suelo, mediante la construcción de paredes, principalmente de concreto. Se recomienda para zonas donde otros materiales de construcción no se encuentren disponibles. Cuando los suelos no son arcillosos, el piso se puede revestir con concreto, plástico o geomembrana de PVC. FIGURA 4. Reservorio estanque Reservorio Envase Son envases de diferentes tipos y tamaños. Pueden ser, por ejemplo, envases plásticos, estañones de metal o cisternas construidas de concreto. Normalmente, este tipo de reservorio se utiliza para capturar aguas de techos. Puesto que la capacidad de almacenaje no es grande, el agua se utiliza, principalmente, para regar huertas caseras, escolares, entre otros. FIGURA 4. Reservorio envase 30
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Reservorio Dique Escalonado Es una variación del reservorio dique – represa con el cual se aprovecha la pendiente del terreno para construir diques en serie y, de esta forma, rebajar costos por movimientos de tierra. FIGURA 5. Reservorio dique escalonado 2. ELEMENTOS POR CONSIDERAR PARA LA CONSTRUCCIÓN DE RESERVORIOS Los elemente básicos por ser tomados en cuenta a la hora de construir un reservorio son. FIFURA 6. Elementos necesarios para construir un reservorio Selección del sitio El diseño y construcción adecuados de los reservorios son indispensables para asegurar el éxito de estas obras, además de hacerlos más fáciles de cuidar, más seguros y económicos. Es ideal considerar en los aspectos constructivos del reservorio el punto más alto de la finca, de modo que el agua pueda llegar desde este punto hasta cualquier lugar de la 31
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II propiedad. Sin embargo, no siempre es posible tener las condiciones adecuadas para lograr lo anterior. Si la estructura solo puede ubicarse en un punto muy bajo, será necesario considerar la implementación de bombeo. La selección del sitio adecuado es clave para el éxito del reservorio. Debe tomarse en cuenta la topografía del terreno, la textura del suelo, el destino donde se usará el agua y la disponibilidad de la fuente de agua; estos factores se detallan a continuación. FIGURA 7. Selección de lugar para un reservorio Topografía La ubicación ideal para un reservorio es una depresión natural ancha yplana con una garganta estrecha en el extremo inferior, que permita embalsar el agua con una represa transversal. El sitio más económico es el que permite represar la mayor cantidad de agua, con profundidad suficiente, usando la represa de menor tamaño y con el mínimo movimiento de tierra. Deben evitarse sitios poco profundos, donde sea difícil controlar malezas, que podrían perjudicar la calidad del agua, debido a la descomposición de las malezas, así como áreas con nacientes de agua, quebradas o ríos permanentes. Para estanques excavados se escogen áreas planas, tomando en cuenta que por cada metro cúbico de agua almacenada, es preciso excavar y retirar un metro cúbico de tierra. 32
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Una alternativa para aumentar la capacidad de almacenamiento sin incrementar la excavación, es usar la tierra removida para construir diques laterales, debidamente compactados, que permitan almacenar agua por encima del nivel natural del terreno. También, es importante considerar la presencia de piedras, especialmente para el caso de la construcción de un reservorio tipo dique-represa con gaviones. FIGURA 8. Topografía del lugar Textura del suelo Es preferible construir los estanques en suelos de texturas arcillosas, que al compactarse adquieren cierta impermeabilidad y estabilidad; sin embargo, si se emplean geomembranas de PVC o plástico, pueden construirse en suelos de texturas francas y arenosas. Los afloramientos de rocas, grava o arena, pueden causar problemas por la excesiva infiltración y por el debilitamiento de las estructuras, por lo que deben evitarse en lo posible, o bien, recubrirse con materiales impermeables y resistentes antes de construir el embalse. Ubicación Debe procurarse la ubicación más ventajosa, de acuerdo con el uso del agua, para evitar la necesidad de bombeo. Si el estanque es para abastecer abrevaderos o agricultura, es ideal utilizar la gravedad para el transporte del agua, por lo que conviene ubicarlo en una zona elevada de la finca, pero con suficiente área de captación para llenarlo en invierno. En fincas extensas y en áreas planas es inevitable el uso de bombas. En caso de querer utilizar un reservorio, cuya fuente de agua sea un techo, es conveniente ubicarlo cerca de la construcción, para reducir costos en las tuberías de 33
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II transporte del agua. De igual forma, el reservorio debe estar ubicado lo más cerca posible del lugar donde se utilizará el agua. Fuente de agua y área de drenaje Si el estanque se llena con agua de escorrentía, es preferible que ésta provenga de pastizales cercados, con buena cobertura, para reducir el arrastre de sedimentos. En caso que la cantidad de sedimentos arrastrados sea alta, puede construirse una caja de sedimentación a la entrada del embalse. Otra manera de contener los sedimentos es realizando prácticas de controlde erosión en el terreno, como es el establecimiento de barreras de contorno, montículos en contorno o medias lunas, barreras vivas, entre otros. Para evitar la contaminación, debe evitarse el ingreso de agua proveniente de corrales y alcantarilla, así como la entrada de animales. Definición del volumen de agua posible de capturar La posibilidad de capturar agua de lluvia combina muchas variables. Destacan la pendiente del terreno, que idealmente no debe ser menor de 3 ó 5 por ciento, la precipitación acumulada anual caída en el sitio, el área de captación de aguas y la posibilidad de almacenamiento. Preliminarmente, se puede determinar el área de captación requerido por una actividad dada mediante la ecuación: FIGURA 9. Ecuación del área de captación Esta estimación preliminar permite conocer el posible volumen por almacenar para tiempos cortos de uno a tres meses (Frasier y Myers 1983). Para conocer la precipitación media mensual y la precipitación mediaanual acumulada, es necesario consultar las bases de datos del Instituto Meteorológico Nacional o cualquier otro ente afín. Se presenta algunos ejemplos sobre el tema. No toda la lluvia que cae en un área determinada puede ser capturada y almacenada, debido a pérdidas por infiltración, según el tipo de suelo y la evaporación. 34
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Teniendo en consideración este fenómeno, en el Cuadro 1 se presenta valores de eficiencia del escurrimiento del agua en distintas coberturas de suelo. TABLA 11. Eficiencia de escurrimiento en superficies Entonces, el volumen de agua posible por utilizar está dado por: FIGURA 10. Ecuación del volumen de agua Cálculo del Área de Influencia de Escorrentía El área que se requiere para logar llenar el reservorio o área de influencia debe contar con al menos 3 ó 5 % de pendiente para que sea posible elescurrimiento del agua; ésta consiste en el área en la cual toda el agua delluvia tiene un punto común de salida y que será aprovechada para llenar elreservorio. En muchos de los casos, esta área puede ser identificada en campo, pero si la extensión o la cobertura no lo permiten, puede utilizarse el método del parte aguas1 para lograr identificarla. El cálculo del área de influencia se determina marcando el punto central donde se va a realizar el reservorio, luego, éste se ubica en la hoja cartográfica correspondiente, y se traza el área al chequear las curvas de nivel de manera manual, de modo que se dibuja la minicuencade escorrentía. Para estimar el área con precisión, se puede utilizar un planímetro o ser asistido con programas de dibujo o sistemas de información geográfica como AUTOCAD o ArcGIS. Para áreas de captación mayores a 10 hectáreas2 y con varios usos del suelo, se recomienda utilizar el método racional (ver Anexo 2 y 3) para estimarla cantidad de agua que puede llegarse a aprovechar. 35
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Capacidad de almacenamiento Para determinar el volumen de agua requerido, debe tenerse en cuenta el uso que se le dará a ella, así como las pérdidas por evaporación e infiltración y el agua de reserva. Si el estanque es de forma geométrica no hay ninguna dificultad para calcular el volumen, ya que se usan los cálculos de geometría general, si es de forma irregular, se debe hacer el levantamiento topográfico (con teodolito o estación total) para posteriormente estimar el volumen. Es necesario considerar la evacuación del exceso de aguas dentro del reservorio, de lo contrario, existe el riesgo del rebalse y, por lo tanto, daño a la infraestructura. En caso de áreas de captación grandes, es decir, superiores a dos hectáreas, es necesario utilizar el llamado Método Racional, el cual es bastante complejo, y requiere de conocimientos técnicos en hidrología. Si se quiere profundizar en el tema, se puede consultar el Anexo 2. En el caso de reservorios con áreas de captación pequeñas (menos de dos hectáreas), se puede solventar la posibilidad de los rebalses, dejando previstas tuberías de drenaje. Para este caso, se recomienda la instalación de tubos de 150 mm (6”) o mayores. Tubería de conducción del reservorio a la zona de cultivo Se recomienda utilizar tubería de conducción para evitar pérdidas por infiltración que se pueden dar en un canal abierto, ya sea en tierra o revestido. La idea de la tubería es maximizar el uso del agua, por lo cual, para este tipo de estructura siempre es recomendable. La tubería puede ser en PVC o mangueras de poliducto. Es importante considerar el diámetro de conducción, es decir, que tengala capacidad de llevar la cantidad de caudal que se necesita en el diseño, además de la cédula o el grosor (SDR), para soportar la presión a que va a ser sometido. El Cuadro 2 muestra por diámetro de tubería las cantidades de tubos con SDR (grosor) diferente, que pueden soportar diferentes presiones, las cuales están en unidades PSI o libras por pulgada cuadrada (pounds per scuareinch). Puesto que las PSI son medidas de presión del sistema inglés, es necesario convertirlas al sistema métrico (a metros de columna de agua, mca). 36
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 11. Instalación de tuberías de drenaje Ejemplo: Las siguientes relaciones son equivalentes entre unidades depresión: — 1 atmósfera = 14,695 964 PSI. — 1 atmósfera = 1,013 25 bar. — 1 atmósfera = 10,332 58 mca (metros de columna de agua). Si tenemos un tubo de 2 plg, SRD 17, de 250 psi (columna 5, fila 1 del Cuadro 2 ). ¿Cuántos metros de columna de agua soporta éste? 250/14,69 = 17.01 atmósfera (presión del tubo en atmósferas). 17,01 X 10,32 = 170 mca (presión del tubo en metros de columna de agua). El tubo puede soportar hasta 170 m de presión, más de ésta sería arriesgado y se podría romper el tubo por exceso de presión. 37
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II TABLA12. Diámetros de tuberías Evaporación La evaporación es el cambio de estado del agua de líquido a vapor. La cantidad de agua evaporada depende de la radiación solar, temperatura, viento y área de espejo de agua. Se recomienda embalses profundos y de menores dimensiones para reducir la evaporación, así como el empleo de coberturas (sarán y otros) para aminorar el efecto de los factores ambientales. Para calcular el volumen evaporado se utiliza la siguiente ecuación: Vevap. = 10 * S * E Donde: S: área de espejo de agua, en ha. E: evaporación, en mm/mes. Infiltración La infiltración es el proceso en el cual el agua almacenada atraviesa el fondo y paredes del embalse y se profundiza en el suelo, alimentando las aguas subterráneas. Es decir, es el flujo de agua desde el suelo hacia las zonas no saturada y saturada. Los factores que afectan la infiltración son: 38
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II • Tipo de cubierta vegetal. • Características hidráulicas del suelo. • Estado de humedad del suelo. • Intensidad de la lluvia o cantidad de agua de riego. • Calidad del agua. • Formación de costras superficiales. • Trabajos agrícolas. Las pérdidas por infiltración varían según la textura del suelo y las prácticas de construcción. Sin embargo, en un estanque bien construido, éstas deben ser insignificantes en suelos pesados, y no deben pasar de un 5% en suelos más permeables. Una alternativa para reducir la infiltración al mínimo, es el empleo de geomembranas, plásticos, o concreto, aunque su uso debe responder, tanto a criterios técnicos como económicos. En nuestro país, el porcentaje de suelos pesados es muy poco (5%), por lo que impermeabilizar los suelos, normalmente es una práctica necesaria para evitar pérdidas por infiltración. Agua de reserva Mantener un volumen de agua de reserva evita que el estanque se seque demasiado y se agriete (si es de suelo) y además, si hay cobertura plástica o de geomembrana, es factible extraer los sedimentos con un grado de humedad, sin que le hagan daño a la cobertura. La profundidad del agua de reserva varía, según el uso deseado y la cantidad de sedimentos esperada. Sedimentador El sedimentador sirve para la separación parcial de partículas sólidas suspendidas en un líquido por acción de la gravedad. Siempre que sea posible, es adecuado instalar un sedimentador a la entrada del reservorio, con el fin de evitar que muchas partículas entren al estanque, con su consecuente problema de acumulación en el fondo e, inclusive, contaminación de aguas y obstrucción de tuberías. Suele haber diferencias entre la sedimentación de partículas finas y gruesas, ya que, en el primer caso, se producen interacciones importantes entre las partículas, que dan lugar a estados coloidales de difícil sedimentación. A la hora de elegir un sedimentador hay que tener en cuenta los siguientes factores: • Caudal por tratar. • Carga de sólidos y concentración. • Superficie y altura. 39
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II • Carga superficial, que relaciona el flujo horizontal con la superficie y se expresa en m3/día/m2. Un sedimentador consta de los siguientes componentes: a) Zona de entrada: Estructura hidráulica de transición, que permite una distribución uniforme del flujo dentro del sedimentador. b) Zona de sedimentación: Consta de un canal rectangular con volumen, longitud y condiciones de flujo adecuados para que sedimenten las partículas. La dirección del flujo es horizontal y la velocidad es igual en todos los puntos. c) Zona de salida: Constituida por un vertedero, canaletas o tubos con perforaciones que tienen la finalidad de recolectar el efluente, sin perturbar la sedimentación de las partículas depositadas. d) Zona de recolección de lodos: Constituida por una tolva con capacidad para depositar los lodos sedimentados, y una tubería y válvula para su evacuación periódica. CONSTRUCCIÓN DE UN RESERVORIO La construcción de un reservorio involucra básicamente dos tipos de diseños: a) Estructural: se refiere al sistema de muro (pantalla) que se va a utilizar como presa y cuya función es detener el cauce natural en una zona tras la cual se forma una represa (el estanque o piscina para almacenar agua). Este muro, dependiendo del tamaño de la represa, especialmente, su altura o profundidad del reservorio, podrá ser desde lo más elemental (un tabique en madera o un muro armado en tierra o piedra) hasta una gran pantalla en concreto reforzado como se utiliza en las grandes represas para generación de energía. b) Hidráulico: determina las dimensiones requeridas para tuberías de conducción y manejo de los niveles de almacenamiento del agua. En esto es importante conocer los Índices de lluvia propios de la zona donde se ubica la represa y disponer de sistemas de válvulas o vertederos, o combinaciones, para manejar el nivel del reservorio y evitar la sobrecarga de la presa. Para un reservorio de riego se debe tener en cuenta el volumen de agua que se requiere almacenar, según la extensión de tierras que se desea regar. Después de esto, se debe proceder a buscar un punto adecuado para la ubicación de la presa (el muro), que se construirá transversalmente a la dirección de la corriente y en una ubicación donde las condiciones geológicas sean las adecuadas, es decir, que no tenga paredes con cocas fragmentadas o con lastre, lo que implicaría aumentos en costos por revestimientos con cemento, geomembranas; etc. Se debe buscar una posición para el muro, de manera que éste se pueda construir sin tener que hacer mucha inversión en su cimentación y anclajes contra el fondo y 40
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II paredes del cauce, respectivamente. El muro debe quedar al final de un tramo de la depresión, donde el agua se pueda represar formando un estanque suficientemente grande para la reserva que se requiere; y donde no haya peligro de derrumbe o desbordamiento en las paredes laterales del cauce. Lo mejor es tratar de encontrar una zona rocosa o donde el suelo tenga propiedades arcillosas y rocosas combinadas. Para evitar las filtraciones de agua por el fondo y taludes, es recomendable compactar el área de reservorio y proteger con polietileno (Perotti 2004). La zona de trabajo en cada etapa deberá estar tan seca como sea posible durante la construcción. También, las paredes deben contar con aliviadores de presión, los cuales son sistemas de válvulas y tuberías que permiten que la corriente atraviese el muro, sin generar mucha presión, antes de terminar todo el muro. Si la represa se construye aguas arriba del lugar de riego, se puede usar la presión por gravedad para riego. De otra forma, se requerirá bombeo para poder realizar actividades de riego La construcción del estanque empieza con la remoción de la vegetación presente y de la capa de suelo superficial, que no es apta para construir los diques, porque no es estable. 6.4 SUELOS 6.4.1 Concepto de suelo “Suelo: Es un ente natural, tridimensional, trifásico, dinámico, sobre el cual crecen y se desarrollan la mayoría de las plantas”. Es un ente, porque tiene vida; tridimensional, porque es visto a lo largo, ancho y profundidad; trifásico, porque existe fase sólida, líquida y gaseosa; dinámico, porque dentro del suelo ocurren procesos que involucran cambios físicos y reacciones químicas constantemente. Además es el medio natural donde crecen las plantas, por tanto sirve como soporte. 6.4.2 fertilidad del suelo La Fertilidad del Suelo es una cualidad resultante de la interacción entre las características físicas, químicas y biológicas del mismo y que consiste en la capacidad de poder suministrar condiciones necesarias para el crecimiento y desarrollo de las plantas. 6.4.3 Propiedades físicas del suelo Textura: El término textura, se refiere la proporción de arena, limo y arcilla expresados en porcentaje. 41
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II En la fracción mineral del suelo, son de interés edafológico solamente las partículas menores de 2mm de diámetro. A las partículas mayores de 2 mm de diámetro se les denomina “modificadores texturales”, dentro de este concepto también se incluyen los carbonatos, la materia orgánica, las sales en exceso, etc., consecuentemente: % arena + % limo + % arcilla = 100%. a) Estructura: Es la manera como se agrupan las partículas de arena, limo y arcilla, para formar agregados, NO debe confundirse “agregado” con “terrón”. El terrón es el resultado de las operaciones de labranza y no guarda la estabilidad que corresponde a un agregado. b) Porosidad: La porosidad, no es otra cosa que el porcentaje de espacios vacíos (o poros) con respecto del volumen total del suelo (volumen de sólidos + volumen de poros). A su vez, la porosidad incluye macro porosidad (poros grandes donde se ubica el aire) y la micro porosidad (poros pequeños, que definen los capilares donde se retiene el agua). 6.4.4 Propiedades químicas del suelo a) Reacción del suelo (pH).- Es una propiedad que tiene influencia indirecta en los procesos químicos, disponibilidad de nutrientes, procesos biológicos y actividad microbiana. A la mayoría de especies cultivadas, les favorece pH entre valores de 5.5 a 7.5, pero cada especie y variedad tiene un rango específico donde se desarrolla mejor. Normalmente entre pH 6.5 y 7.0 es el rango que se maneja especialmente para cultivos bajo técnicas de fertirrigación. FIGURA 12. Disponibilidad de los nutrientes 42
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Relación de algunos cultivos y el pH óptimo para su desarrollo TABLA 13. Relación de cultivos y PH FIGURA 13. Daños por reacción 6.4.5 Propiedades biológicas del suelo La cantidad de materia orgánica (MO), está ligada a la cantidad, tipo y actividad microbiana. De este modo el mantenimiento de la “fertilidad biológica” sugiere inalterabilidad del ambiente sobre todo microbiológico del suelo. Son variadas las ventajas y actividades de los microorganismos del suelo, participando en  Procesos de humificación y mineralización de la materia orgánica.  Procesos de fijación bilógica de N (simbiótica y libre).  Solubilización de componentes minerales del suelo (asociación micorrítica).  Reducción de Nitratos y Sulfatos.  Hidrólisis de la úrea. a) Funciones celulares de los elementos nutritivos Constituyentes de Moléculas Orgánicas a.1) Nitrógenos (N):Formas parte de la estructura de aminoácidos y proteínas, bases nitrogenadas y ácido nucleicos, enzimas y coenzimas, vitaminas, glico y lipoproteínas, pigmentos. 43
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Constituyente y activador de todas la enzimas. Interviene en procesos de, absorción iónica, fotosíntesis, respiración, síntesis multiplicación y diferenciación celular, herencia. a.2) Azufre (S):Forma parte estructural de los aminoácidos (cisterna, cistina, metionina, taurina), todas las proteínas, vitaminas y coenzimas, esteres con polisacáridos. Constituyente del grupo sulfidrilo y ditiol, activo en enzimas y coenzimas, ferrodoxinas. Interviene en losprocesos de fotosíntesis, fijación de CO2, respiración, síntesis de grasas y proteínas, fijación simbiótica de nitrógeno. b) Reserva Energética b.1) Fósforo (P): Forma parte estructural de ésteres de carbohidratos, fosfolípidos, coenzimas, ácidos nucleicos. Interviene en los procesos de almacenamiento y transferencia de energía, fijación simbiótica de nitrógeno y en otros procesos con el nitrógeno. b.2) Boro (B): Forma parte estructural de complejos difenólicos, carbohidratos y azúcares-P. Constituyente de la ATPase de membranas celulares, ATP=ADP+P, UDPG + R = UDP + R – G. Interviene en los procesos de síntesis de ácidos nucleicos y proteínas. a) Forma Iónica c.1) Potasio (K): Predominantemente iónica. Constituyente de quinasa pirúvica, síntesis de glutatión, síntesis de succinilCoA, síntesis de glutamilcisteína, síntesis de NAD+, deshidrogenasa aldehido, etc. Interviene en procesos osmóticos, apertura y cierre de estomas, fotosíntesis y transporte de carbohidratos, respiración, fijación simbiótica de nitrógeno, etc. b) Salinidad en cultivos agrícolas La salinización y la alcalinización (sodicación) de los suelos agrícolas son quizás losproblemas más serios que enfrenta la agricultura en nuestros días. La aceleración deestos procesos se debe a la intensificación global de la desertificación, al bombeo indiscriminado del agua para riego en zonas cercanas al mar y a la introducción masiva de sistemas de riego, sin asegurar que el destino final del drenaje sea el mar. Estos procesos provocan una disminución en el desarrollo y la producción de varios cultivos. En 44
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II el caso de cultivos sensibles como aguacate, frutales y cítricos está en peligro su existencia. Dentro de los rangos normales de salinidad, la sensibilidad de la planta está determinada sobre todo por la composición de las sales y no por la concentración total de éstas. c.1) Sales La idea es muy sencilla: un suelo es salino si tiene una cantidad excesiva de determinadas sales (Cloruros, Sulfatos, etc.). No es frecuente, pero puede ocurrir que tu suelo fuera salino. En climas húmedos, donde llueve mucho, es raro que haya suelos salinos, puesto que las sales son lavadas en profundidad y no afectan a la zona de las raíces. En climas secos, son más típicos ya que no existen esas lluvias abundantes que arrastren las sales. Provoca que las raíces no puedan absorber el agua. Es curioso, pero a pesar de que el suelo está regado, la planta da síntomas de pasar sed. Esto se debe a la ósmosis. El caso es que tiene humedad pero como si no la tuviera. El agua no puede entrar dentro de los pelos radiculares debido a la alta concentración en sales del agua. 6.4.6 Métodos de diagnósticos de suelos a) Prueba de diagnóstico de campo Prueba de lanzamiento de bola.- Contiene los siguientes pasos: Tome una muestra de suelo humedecido y oprímala hasta formar una bola. Lance la bola creada al aire, hasta unos 50cm aproximadamente y deje que caiga de nuevo en la mano. Si la bola se desmorona el suelo es pobre y contiene demasiada arena. Si la bola mantiene su cohesión, probablemente sea un suelo bueno con suficiente arcilla Prueba de compresión de la bola.- Contiene los siguientes pasos: Tome una muestra de suelo y humedézcala un poco hasta que comience a hacerse compacta teniendo cuidado de que no se pegue en la mano. Oprímala con fuerza y déjela abriendo la mano. Si el pedazo de suelo se mantiene como la forma de la mano, probablemente contenga arcilla suficiente como para poder producir un sembrío. 45
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Si el suelo no mantiene la forma de la mano, es que contiene demasiada arena. Cómo determinar las proporciones aproximadas de arena, limo y arcilla Esta es una prueba sencilla que dará una idea general de las proporciones de arena, limo y arcilla presentes en el suelo. Prueba de la botella.- Podemos realizar los siguientes pasos Coloque 5 cm de suelo en una botella y llénela de agua. Agítela bien y déjela reposar durante una hora. Transcurrido este tiempo, el agua estará transparente y observará que las partículas mayores se han sedimentado. En el fondo hay una capa de arena; En el centro hay una capa de limo; En la parte superior hay una capa de arcilla. Si el agua no está completamente transparente ello se debe a que parte de la arcilla más fina está todavía mezclada con el agua; En la superficie del agua pueden flotar fragmentos de materia orgánica; Mida la profundidad de la arena, el limo y la arcilla y calcule la proporción aproximada de cada uno. FIGURA 13. Procedimientos para la sedimentación b) Análisis de laboratorio para determinar las clases texturales Si necesita definir con mayor precisión la clase textural de su suelo, debe llevar muestras de suelo alterado a un laboratorio de análisis La figura que mostramos a continuacion es un formato de una evaluacion de suelo. 46
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 14. Formato de evaluación de suelos El método del triángulo textural para determinar las clases texturales básicas El método del triángulo textural se basa en el sistema que aplica el USDA según el tamaño de las partículas, en el que se emplea la clasificación siguiente: FIGURA 15. Trángulo tectural Nosotros a traves de las pruebas realizadas en el laboratorio y con el empleo del triángulo podemos determinar la textura del suelo de una manera confiable y con el menor margen de error previsible. 6.4.7 Suelo de Quequeña Observamos que tiene una zona de topografía relativamente plana en el límite colindante con el río Yarabamba, con altitudes del orden de los 2470 m.s.n.m., los cerros que dominan estas 47 zonas son de considerable altura.
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Longitudinalmente la pendiente del valle interandino en la parte baja es suave, a diferencia de las partes altas en que es considerablemente abrupta. Materia orgánica.- Para la materia orgánica podemos observar que el porcentaje obtenido hace que haya por lo menos 10 mm/ 10cm de agua disponible en promedio. Recordemos también que la materia orgánica de los suelos está representada en promedio por diversas otras constituyentes tales como son: Del 75 – 90 % de los restos orgánicos están constituidos por agua. Carbohidratos.- Ayudan a enlazar partículas inorgánicas y estimulan a la germinación de semillas. Los amino ácidos.- Son la base de las proteínas Grasas ceras y resinas.- Sustancias de reservas. Ligninas.- Componentes básicos de los tejidos leñosos. A continuación podemos observar el total de materia orgánica que se encuentra en el distrito de Quequeña en contraste con los demás suelos de la provincia de Arequipa. Como se puede observar la materia orgánica de Quequeña es BAJO. Con un porcentaje relativo entre 0 y 8. Fósforo.- En la mayoría de las plantas estos síntomas aparecen cuando la concentración del fósforo en las hojas es inferior al 0,2%. Como se puede observar en el siguiente gráfico sólo el distrito de Quequeña posee un nivel bajo de fósforo con valores que oscilan entre 0 a 2 ppm, en contraste con el resto de la Región Arequipa. K2O disponible.- El potasio hace que la planta tenga mejores frutos y que sea resistente a las enfermedades. Como podemos observar en el siguiente gráfico los porcentajes de potasio en el distrito de Quequeña con altos con números que son mayores a 600Kg.Ha como en toda la región Arequipa. Niveles de PH.- El mejor pH para la mayoría de las plantas oscila entre 6,5 y 7, es decir, neutro. Algunas, llamadas acidófilas, lo prefieren inferior a 6, y otras (calcícolas), son felices con un pH superior a 7. Como se puede observar en promedio en todo el distrito de Quequeña el PH es ligeramente alcalino. Sales.- Como podemos observar la conductividad eléctrica en el distrito de Quequeña es alta, es decir sus suelos son salinos y sus números se encuentran entre 4 y 8 (ms/cm). En resumen obtenemos el siguiente cuadro: 48
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II M.O. Quequeña 1.56B fósforo K2O PH 6.57b 874.69A 7.58 C.E 6.00S Donde según los expertos nos dice que es un lugar en el que se va a obtener resultados promedios para la cosecha y además recomiendan el Molle como mejor opción para reforestar la zona y hasta lugares aledaños. a) TEXTURA El análisis de campo efectuado nos da como resultado la textura aquí mencionada: El siguiente gráfico resume la textura del suelo del distrito de Quequeña por nivel de suelo e incluso con aproximación de capas. Los valores tomados son aproximados, no rige exactamente al meztrado realizado, más bien nos indican una idea del suelo promedio del distrito de Quequeña. El primer nivel nos revela un suelo franco, cuya característica principal es tener una buena retención del agua y que para la mayoría de cultivos es muy beneficioso. El segundo nivel de arriba hacia abajo es un suelo franco-arenoso que tiene por característica que posee deficiencias del suelo arenoso, es decir que son ligeros y calientes de buen drenaje interno, baja capacidad de retención de agua y abonos y que además poseen baja productividad. b) NIVEL FRENÉTICO.- La capa freática se encuentra a una profundidad superior a 1.5m, sin embargo los suelos lino – fino – arenosos cuya capa freática puede encontrarse por debajo de los 1.5m, tiene como consecuencia la salinización 49
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II progresiva, y sería perjudicial para los cítricos, sin embargo para nuestro caso no representa peligro serio. 6.4.7.1 Relación suelo-agua-planta. La localización del agua y la alta frecuencia de su aplicación tienen unas repercusiones importantes en las relaciones suelo-agua-planta. 6.4.7.2 Pérdida de agua en el suelo La evapotranspiración comprende las pérdidas de agua ocasionadas por evaporación en el suelo y por transpiración de la planta. En el riego localizado se moja una parte de la superficie del suelo; por lo tanto, las pérdidas por evaporación serán menores que en aquellos sistemas de riego en donde se moja toda la superficie del suelo. En cambio la transpiración puede ser mayor en el riego localizado, debido a que el suelo seco se calienta más que el suelo húmedo y ello provoca un aumento de temperatura del follaje. En términos generales se puede decir que la evapotranspiración en el riego localizado es análoga a la de otros sistemas. Únicamente hay alguna ventaja, a favor del riego localizado, en el caso del cultivo de árboles cuando estos aún son pequeños. El verdadero ahorro de agua, con relación a otros sistemas de riego, consiste en que se eliminan las pérdidas en las conducciones y las ocasionadas por percolación profunda y escorrentía superficial. 6.4.7.3 Régimen de humedad Existe un nivel de agua en el suelo, llamado nivel mínimo, por encima del cual la planta se desarrolla satisfactoriamente. Cuando el agua del suelo desciende por debajo del nivel mínimo, la planta tiene que hacer un esfuerzo mayor para absorber el agua, lo cual se traduce en una menor absorción y, en consecuencia, una menor transpiración y una disminución del rendimiento. El nivel mínimo depende, sobre todo, del tipo de cultivo y de su estado de desarrollo. A su vez, el nivel mínimo se caracteriza por una cantidad de agua existente en un suelo determinado, pero de ninguna manera depende del método de riego utilizado. La respuesta de los cultivos al riego no depende, por tanto, del método de riego, sino del régimen de humedad del suelo que produce ese método. En suelos con poca capacidad de retención de agua (suelos arenosos o poco profundos) el nivel mínimo se alcanza en seguida, con lo cual la producción se resiente si el intervalo de riego se alarga más allá de 3 ó 4 días. Pero estos intervalos tan cortos aumentan el coste de la operación de regar. 50
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6.4.7.4 El bulbo húmedo Se llama bulbo húmedo al volumen de suelo humedecido por un emisor de riego localizado (figura siguiente). El movimiento del agua en el suelo determina la forma y el tamaño del bulbo húmedo, que tiene una gran importancia, ya que en él se desarrolla el sistema radical de las plantas. El agua en el suelo se mueve en todas direcciones, pero en unos casos lo hace con mayor facilidad que en otros, dependiendo de la porosidad del suelo: en los poros grandes el agua circula por su propio peso, desde arriba hacia abajo, mientras que en los poros pequeños el agua circula por capilaridad en todas direcciones. FIGURA 16 La forma y tamaño del bulbo húmedo 6.4.7.5La textura del suelo II En suelos arenosos, con gran cantidad de poros grandes, el agua circula con mayor facilidad hacia abajo, mientras que en suelos arcillosos el agua se extiende con más facilidad hacia los lados. En consecuencia, en suelos arenosos el bulbo tiene forma alargada y en suelos arcillosos tiene forma achatada (figura 17). FIGURA 17. Bubo húmedo según tipo de suelo 6.4.8El caudal de cada emisor. Cuando el agua empieza a salir por un emisor se forma un pequeño charco, a la vez que el suelo empieza a absorber agua en toda la superficie del mismo. El tamaño del charco depende del caudal que sale por el emisor: a mayor caudal corresponde una 51
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II superficie mayor del charco y, por tanto, un bulbo más extendido en sentido horizontal, esta característica junto con la textura del suelo puede ilustrarse en la figura siguiente. FIGURA 18. Relación entre la distancia horizontal y vertical FIGURA 19. Número y disposición de los Emisores La concentración de sales dentro del bulbo va aumentando progresivamente hacia la periferia del mismo, sobre todo en la zona superficial, en donde se presenta con frecuencia una corona blanca de sales (ver figura siguiente). FIGURA 20. Distribución típica de sales en la zona humedecida 52
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6.4.9Cambio de la Temperatura del Suelo con la Profundidad FIGURA 21. Relación de la temperatura con respecto a la humedad. Obviamente, con la temperatura ocurre lo contrario que con la hidrología de los suelos: la primera es bastante estable salvo en los centímetros superficiales, mientras que la segunda varía ampliamente, por lo general (aunque también se producen excepciones, como en los suelos permanentemente encharcados, o en los ambientes hiperáridos, habitualmente secos durante varios años consecutivos). Además de la profundidad, la composición de los materiales del suelo resulta tener una notable influencia, por cuanto según su naturaleza difieren a la hora de trasmitir el calor. El agua o humedad del sistema edáfico, en un momento dado, como veremos es otro elemento a tener en cuenta debido a que posee sus propias peculiaridades a la hora de conducir el calor. La temperatura del suelo está directamente relacionada con la temperatura del aire atmosférico de las capas próximas al suelo. La temperatura del suelo, como la del aire, está sometida a cambios estacionales y diurnos. Estas oscilaciones se van amortiguando hacia los horizontes profundos. La distribución de la temperatura con la profundidad constituye el perfil térmico. La temperatura del suelo es una medida de la que se dispone de muy pocos datos. Se acepta que la temperatura del suelo a 50 centímetros de profundidad es equivalente a la del aire atmosférico más 1 grado centígrado. 6.4.9.1 Variación diurna y anual de la temperatura del suelo a diferentes profundidades. El tema será tratado desde el punto de vista de la transmisión de un pulso de calor desde la superficie hacia abajo, pero los mismos principios son aplicables a los casos en que, la capa superficial se enfría y el calor fluye, y por lo tanto las ondas térmicas 53
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II se desplazan, desde las capas inferiores hacia la superficie. El aumento de temperatura en cualquier nivel del suelo, después que recibe energía en la superficie será: Mayor y tendrá lugar más rápidamente, cuanto más grande sea el pulso de calor en la superficie; pero Menor cuanto mayor sea la capacidad calórica volumétrica, C=rc. Las observaciones de temperatura, aun cuando sólo sean realizadas en un período limitado a un año, revelan claramente que: a) existe una variación diurna de la temperatura en superficie, que se extiende hasta una profundidad de alrededor de un metro, debajo de la cual las variaciones son demasiado pequeñas como para medirlas con un equipo convencional; b) ésta se superpone a una variación estacional en fase con las estaciones. Suponiendo una profundidad de suelo suficiente, la variación estacional se hace desestimable a profundidades entre 5 m a 20 m, según las condiciones y el tipo de suelo. Se podría admitir como razonable una cifra promedio de entre 7 a 10 m de profundidad; c) Las observaciones de la variación diaria y más aun de la variación estacional de la temperatura del suelo, demuestran que: (i) la amplitud de la fluctuación disminuye al aumentar la profundidad; (ii) con el aumento de profundidad los instantes en que se registran el máximo y el mínimo se producen con retardo creciente respecto de los de superficie. 6.4.9.2 Medición del agua del suelo Las lecturas frecuentes indican con cuánta rapidez la humedad del suelo se agota, y por lo tanto, indican cuándo es necesario el riego. Existen algunos aparatos para guardar datos, como el de la Figura 22, que permiten que se realice la lectura de los datos directamente y se registren continuamente. FIGURA 22. Sensores Watermark® conectadosa un sistema de registro de datosWatchDog®. 54
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II También permiten que los datos se descarguen a una computadora portátil. La Figura 23 muestra el movimiento del contenido de agua en el suelo a diferentes profundidades (6, 18 y 30 pulgadas) en los cerros de Quequeña para la plantación de árboles de Molle. Esta plantación de riego por goteo, el riego se aplica cuando el sensor colocado a una profundidad de 18 pulgadas alcanza una lectura de aproximadamente 40 cb. Un riego con una lámina (indicada en la gráfica por un triángulo azul) de alrededor de 0.7 pulgadas satura el suelo. Los sensores sirven para dar seguimiento al riego e indican la tendencia de la humedad del suelo. La lluvia (indicada en el gráfico por los cuadros de color morado) permite que el regador retrase el riego. FIGURA 23. Lecturas del contenido de agua en el suelo realizadas con sensores Watermark®,lecturas de precipitación y láminas de riego en árboles de naranja bajo riego por goteo. 6.4.9.3 Porcentaje de superficie mojada Dado que en riego localizado se moja solamente una fracción del suelo, hay que prever un mínimo de superficie mojada para que el sistema radical se desarrolle normalmente. El porcentaje de superficie mojada (P) viene definido por: FIGURA 24. Porcentaje de suelo mojado 55
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II La superficie mojada se debe medir a 30 cm de profundidad, aunque en caso de cultivo de raíces poco profundas la medición puede hacerse a 15 cm de profundidad. El valor del porcentaje de suelo mojado depende de: - Tipo de cultivo - Clima de la zona de cultivo - Tipo de suelo Valores recomendados de porcentaje de suelo mojado: FIGURA 25. Valores recomendados de suelo mojado También se puede expresar el porcentaje mojado del suelo (P), respecto de la superficie sombreada por el cultivo (Ss). Los valores altos de P dan mayor seguridad, sobre todo en situaciones de apuro (averías, evapotranspiración extrema), pero encarecen la instalación, al exigir mayor número de emisores. Cuanto mayor es el intervalo entre riegos, mayor es el riesgo en caso de un valor de P muy próximo al mínimo. 6.5 ÁRBOL DE MOLLE (SCHINUS MOLLE) El árbol de Molle (Schinus molle) tiene muchas bondades para el hombre, los animales, otras especies vegetales y el medio ambiente en general. Mejora la fertilidad del suelo y aumenta su capacidad de almacigar la humedad. y es una especie de valor económico reconocido 6.5.1 Distribución Geográfica Según Weberbauer Se distribuye naturalmente en las vertientes occidentales, en el piso de cactáceas columnares con reducida vegetación, herbácea, entre 1400 y 3000 msnm. 56
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Según Pulgar indica como el vegetal típico de la yunga, región geográfica entre los 500 y 2500 m de altitud. Según Cerrate se encuentra en todos los valles de la costa y de la sierra desde los 100 hasta los 2800 m de altitud principalmente en ambientes cercanos a los ríos y pequeños cursos de agua de la vertiente occidental. 6.5.2 Características Morfológicas del Molle El molle es un árbol perennifolio de copa irregular, abierta, con abundante follaje y ramillas péndulas; fuste cilíndrico, rugoso, generalmente retorcido aunque a veces recto en su primera troza (según Cerrate y Pretell). En cuanto a su altura total y diámetro los autores presentan datos muy variados Pretell, menciona que este árbol alcanza entre 6 y 8 metros de altura; si las condiciones le son favorables hasta 15 metros y 50 cm de diámetro. En suelos lejos de la influencia de la humedad adopta portes muy arbustivos. (PNUB) en condiciones de sequedad, emite un sistema radicular abundante y profundo .Su espesor es de 6 y 8mm. Exuda una resina lechosa y pegajosa según Pretell. Cerrate describe sus hojas como alternas, de limbo imparipinnado y foliolos lineal lanceolados o falcados. Pretell agrega que las hojas presentan entre 10 y 35 cm de largo con foliolos que miden entre 3 y 6 cm de largo El fruto es una drupa esférica de 5 a 5.5 mm de diámetro Su tronco puede tener un diámetro de unos 1.5 metros en la base y es muy ramificado en la parte superior. 6.5.3 Consideraciones Para La Plantación a)La Altura:La altura de los arboles es un factor determinante en el éxito de la plantación; cuando los árboles son llevados al campo en un programa de reforestación con poco desarrollo, son muy susceptibles a las condiciones ambientales del sitio de plantación, normalmente más rústicos y en condiciones desfavorables, en relación con el vivero, donde están suficientemente protegidos. La altura recomendable para plantaciones comerciales es de 12 a 25cm., tamaños mayores de árboles, pueden ocasionar problemas por un inadecuado desarrollo de la raíz en la bolsa que tiende a doblarse y deformarse, dañando el sistema de anclaje y por los costos que acarrea el transporte y la plantación de los árboles de mayor tamaño: Debe 57
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II correlacionarse son el diámetro. Los tamaños menores han demostrado para muchas especies ser ventajosos para estimular de forma temprana el desarrollo en campo, por ejemplo en pinos se han reportado casos exitosos con plántulas menores de 10 cm. b) Lignificación: Los arboles deben estar lo suficientemente lignificados, es decir, que los tallos se muestren relativamente duros, no deben doblarse con facilidad. Esta es una característica que les confiere mucha resistencia en la plantación, disminuyendo la mortalidad. Cuando no están suficientemente lignificados, es conveniente someterlos a un programa de rusificación en el vivero. c) Parte Aérea: La parte aérea debe tener suficiente follaje, dado que con mayor área foliar se realiza más fotosíntesis, con lo cual se producen cantidades superiores de fotosintetizados, y la planta produce más alimentos y energía, base del vigor. Debe estar libre de plagas y enfermedades. d) Raíz: La Raíz es uno de los principales órganos de la planta, allí se produce energía para la planta y es base del anclaje y la nutrición. Una raíz mal formada, con torceduras o cuello torcido hacia el futuro puede originar problemas de anclaje y eventual volcamiento o mal desarrollo del árbol. El parámetro que mejor indica la calidad de la raíz es su biomasa radicular. La raíz con bajo volumen radicular tiene menor capacidad de absorción o de realizar algún tipo de simbiosis. Los árboles que no han tenido trasplante con poda de raíz generalmente presentan una menor biomasa radicular que influye en bajos prendimientos en campo. Es indispensable evaluar la raíz mediante la eliminación de la bolsa en plántulas de muestreo para determinar eventuales deformaciones, estado de micorrizacion, enrollamiento, cuellos de ganso u otros defectos. Lo ideal es tener plántulas aceptables dentro del menor tiempo y la mayor densidad posible y con capacidad de adaptación para la zona donde van a ser plantadas. No es posible establecer un patrón de árbol ideal general debido a las variaciones propias de cada especie, relacionadas con sus hábitos de desarrollo, arquitectura y demás características biológicas que le son propias. 58
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II e) Vida útil de plantación: Vive alrededor de 100 años. f) Plagas y enfermedades: El Molle es poco tolerante a las bajas temperaturas. En climas más fríos y húmedos, las heladas queman el follaje adquiriendo una tonalidad café oscura, pero con la llegada de la primavera recupera rápidamente su aspecto lozano. Resistente a las termitas. El follaje es atacado por insectos del grupo de los Homóptera los que forman agallas o cecidios de forma lenticular en las hojas y el raquis, con cavidad única, de forma esférica con un solo huésped. g) Poda: Se aconseja practicar poda de formación en árboles jóvenes y poda sanitaria en adultos. Conviene cortar la corteza en primavera para promover su crecimiento. Gran capacidad de rebrote, en tocones cortados a 10-20 cm de altura retoña en forma arbustiva. Responde vigorosamente a las podas y desmoches altos. En Perú y en otros países en que existe tradición en el cultivo del pimiento, se recomienda la poda de formación con el objeto de formar un fuste limpio, eliminando las ramas bajas por lo menos a una altura de 1,5 m. También se aplican tratamientos de consolidación y aprovechamiento en etapas juveniles del árbol. En individuos de 2,0-2,5 m de altura y 10 cm de diámetro se recomienda la aplicación de desmoche alto, consistente en la poda a 1,5 -2,0 m de altura según convenga. En la zona de corte o muñón se favorece el rebrote o retoñación, la que ocurre a los pocos días de la corta. Los retoños presentan un rápido desarrollo los que pueden alcanzar 2-3 m de longitud y 3 cm de diámetro al primer año. Al final del período seco se cortan los rebrotes anualmente o cada dos años si el crecimiento es más lento que lo esperado Los retoños proveen de madera como soporte de frutales, leña, reparación de corrales. El abundante follaje que no es palatable ni tiene valor forrajero, se utiliza en la preparación doméstica de compost o abono orgánico. h) Riego: Es muy resistente a la sequía y altas temperaturas, el riego es importante en las primeras etapas de crecimiento, su mejor desarrollo lo alcanza con precipitaciones entre 250-600 mm. Puede crecer en zonas bastante secas (con varios meses sin lluvia), y hasta 59
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II con un mínimo de 200 mm por año, por lo que en tales condiciones emite un sistema radicular abundante y profundo que llega hasta tres o más veces la altura del árbol. i) Fertilización:No requiere fertilización. j) Luz: Requiere exposiciones soleadas.se debe sembrar en sitios abiertos, a plena exposición, aunque tolera sombra parcial. 6.5.4 Importancia Económica y Usos Se cultiva como árbol de sombra y/o de ornato. Los taninos de su corteza son aprovechables en la industria de la curtiduría. Sus frutos se venden en mercados como alimento para aves domésticas (Rzedowski y Rzedowski, 1999), y afuera de México como "pimienta roja" como condimento. También es medicinal, se utiliza en padecimientos genito-urinarios, la emulsión de la goma se emplea para curar enfermedades de los ojos como cataratas y manchas en la córnea, y la resina masticada ayuda a fortalecer las encías (Sánchez, 1999). El molle es empleado como combustible en todas las regiones andinas, pre andinas y llamas semiáridas (Flinta).Es un especie melífera de la melaza de los frutos se prepara una bebida dulce, refrescante y diurética llamada “upi” , que si se deja fermentar se convierte en “chicha de molle”;(Pulgar). De la chicha preparada se puede obtener un vinagre de acidez acética baja (Torres) Se ha determinado que las hojas y de los frutos puede obtenerse una esencia con posibilidades de uso como fijador o componentes de perfumes de talcos, Desodorantes jabones, pastas dentales y afines; también, como repelente de insectos y saborizantes de carnes, salsas y embutidos Su madera es empleada, en el medio rural, en obras de ebanistería, confección de mangos de herramientas, marcos de ventanas y puertas (Cerrate) se destaca junto a otras plantas tintoreras en el teñido de la lana. 6.6PARA EL PROCESO DE CONTROL Teniendo en cuenta que el Molle será plantado ya germinado, los datos más importantes a tener en cuenta son: a) El precio del Molle:Los arboles a plantar serán adquiridos ya germinados de un vivero. Indagando entre los viveros más conocidos en la ciudad de Arequipa encontramos que el precio promedio para un Molle bebe, de unos 60
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 15 cm de altura, es 2 nuevos soles. Al consultar por el precio al por mayor, nos dijeron que podrían venderlos hasta a 1 nuevo sol, al pedido y la entrega es de un día para otro. b) Ciclo de Vida del Molle:El Molle es un árbol de rápido crecimiento, gracias a datos recogidos después de consultar algunos libros, artículos de internet y preguntando a especialistas forestales así como a agricultores, pudimos separar el ciclo de vida del Molle en tres etapas: Recién Germinado:Una vez plantado, el Molle tarda en germinar entre 20 y 35 días, luego el crecimiento es muy rápido. Los primeros meses es cuando más cuidado hay que darle al riego, al menos dos veces por semana. Luego de la primera temporada (aproximadamente tres meses), el Molle bebe puede superar ampliamente los 50 cm de altura. La raíz es de tipo pivotante, es decir que crece verticalmente hacia abajo; su crecimiento es rápido, pudiéndose adherir rápidamente en el suelo, esto lo hace difícil de trasplantar. Podría alcanzar entre 20 a 30 cm antes de germinar, y su crecimiento es proporcional una vez germinado. Luego de los 3 primeros meses la raíz puede alcanzar una profundidad entre 50 a 100 centímetros (1 metro). Joven:Después de la primera temporada el crecimiento conserva su rapidez, llegando a medir, luego del primer año, de entre 2 hasta 3 metros de altura. Un detalle interesante son los cambios que sufre la corteza, las ramillas jóvenes la tienen de color verde que poco después pasa a ser rojizo; al desarrollarse un poco más adquiere un color amarronado y sobre la misma aparecen una serie de puntos amarillentos (llamados “lenticelas”). La raíz continúa su crecimiento pivotante, como un tronco vertical, del que pueden salir las demás raíces, tomando una forma radical extendida. Luego del primer año de vida, la raíz puede alcanzar entre 3 a 5 metros de profundidad. El riego en esta etapa es igual de importante que en su fase germinal, pues las raíces no han logrado desarrollarse lo suficiente como para hacer al Molle, podría decirse, independiente. Esta independencia la alcanzara en su etapa adulta, cuando las raíces hayan crecido lo suficiente como para alcanzar las aguas del subsuelo y así sostenerse por sí misma. 61
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Luego del cuarto año de vida, el molle puede alcanzar a medir de entre 4 a 6 metros de altura. Adulto:Un Molle alcanza su madurez cuando el crecimiento deja de ser considerable, esto ocurre aproximadamente entre los 5 y 8 años de vida. La altura que puede alcanzar el Molle es de entre 6 y 8 metros de altura, pero si se les da las condiciones óptimas, puede llegar a medir hasta 15 metros de altura. Su corteza se vuelve rugosa y grisácea. Las raíces en esta etapa habrán crecido lo suficiente como para buscar el agua del subsuelo; dependiendo del suelo y el lugar donde este plantado, las raíces pueden alcanzar a medir entre 20 y 30 metros de profundidad. El tiempo de vida de un Molle es de 100 años aproximadamente. 6.7SISTEMAS DE RIEGO POR GOTEO Elriegoporgoteoes un sistema mecanizadoa presión, quepermite aplicaragua gota agotasobrelasuperficiedelsuelo,produciendounhumedecimientolimitadoy localizado.Elaguasevierteenpequeñosvolúmenesporunidaddetiempoyabaja cualesson absorbidos por las raíces de la planta,aprovechándoseprácticamente ensu totalidad. Loscomponentesdeunsistemaderiegoporgoteo sonprincipalmente:filtros, inyectores, válvulas,medidorde agua,tuberías,conectores,etc. 6.7.1 Ventajas 1.Laeficienciadelriegoporgoteoesmuyalta(90a95%),yladistribucióndelaguaes muyuniforme. 2.Permitelafertirrigaciónconunagraneficiencia,esdecirmezclarelaguaconminerales ocualquiertipodefertilizanteytrasladarlospor manguerasotuberíasdirectamentealas plantaciones. 3.Conestesistemasepuederegarmuyfrecuentementeconpequeñascantidadesde agua,detalmaneraqueelsuelo estésiemprehúmedo,con buenarelaciónentreaguay aire. 4. Elrégimende aplicación(intervalosentreriegosy cantidad deagua),puede ajustarse exactamente de acuerdo con las condiciones del suelo ydel cultivo. 5. Contribuye a facilitar el control de las malezas al humedecer el suelo en forma localizada,yaqueelaguaesentregadadirectamentealladodelasplantasyalolargode lalíneadecultivo,quedandosecalasuperficieentrelaslíneas.Además,elaguaderiego aplica finamente filtrada ylibre de semillas demalezas. 62 se
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6.Estesistemapresentafacilidadesparamanejarcaudalescontrolados,locualpresenta laventajadepoderadministrar,atravésdelriego, fertilizantesy pesticidas solublesen agua. 6.7.2 Desventajas 1.Alto costoinicial de la inversión. 2. Estesistemarequiere deunespecialcuidadoenelfiltrajedelaguay mantenimientode losgoteros,puessonmuysensiblesaltaponamientopor materiaorgánica oimpurezas, tambiénporelcrecimientodealgasenelinteriordelatubería.Porestarazón,losfiltros deben ser limpiados frecuentemente. 3. El riego por goteo, al igual que los demás métodos de riego, no pueden ajustarse a todas las cosechas, sitios y objetivos específicos. 4. Los pequeños goteros se obstruyen fácilmente con partículas de suelo, algas o minerales. 5. La distribución de humedad en el suelo es limitada. El volumen de humedad depende de la descarga del gotero, distancia entre los goteros y el tipo de suelo. 6. Los roedores o insectos pueden dañar algunos componentes del sistema. 7. Se requiere un manejo más cuidadoso que en otros sistemas de riego. 8. La inversión inicial y los costos anuales pueden ser mayores en comparación con otros métodos. 6.7.3 Característica De Riego Características físicas del sistema 1. Descripción del sistema a. Tipo de gotero b. Presión a que opera el sistema c. Razón de flujo d. Patrón del gotero (número por planta) e. Sistema de filtración f. Método de observar el flujo g. Descripción de sistemas de bombeo h. Fuente de agua 2. Uniformidad de aplicación de agua y método usado en su evaluación 3. Volumen relativo de la zona radical 4. Diseño experimental a. Tratamientos 63
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II b. Replicaciones c. Control 6.7.4 La Duración de Riego La duración del período de riego se puede determinar después de conocer lo siguiente: 1. Galones de agua que necesita la planta. 2. Intervalos entre las aplicaciones. 3. Flujo del gotero. La duración del período de riego se puede calcular con la siguiente ecuación: Horas de = [litros de agua por planta por día]/ [flujo riego del gotero en litros por hora] 6.7.5 Los Contaminantes del Agua de Riego Las fuentes de agua varían considerablemente en calidad dependiendo de la época, demanda y lluvia. Los contaminantes del agua pueden ser de tipo físico, químico o biológico. Los contaminantes físicos son la arena, el limo y la arcilla. Los contaminantes químicos incluyen minerales y sales solubles en el agua. Muchos de estos contaminantes se convierten en problemas cuando se precipitan o estimulan el crecimiento de microorganismos. Las algas, bacterias, peces, insectos y hojas forman parte del grupo de contaminantes biológicos. En general, una filtración adecuada y mediante el uso de válvulas, la limpieza y tratamientos químicos pueden prevenir las obstrucciones de los goteros y de las líneas de goteros. 6.7.6 Elementos de un Sistema de Riego Por Goteo Los sistemas de riego constan de los siguientes elementos TABLA. 14 Elementos de un sistema de riego Cabezal de riego. Red de distribución. Emisores de agua. Sistemas de filtrado Tuberías principal secundaria lateral Goteros autocompensantes Dispositivos de medida, Regulador de presión control y de protección Regulador de caudal 64
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6.7.6.1 Cabezal de Riego SISTEMAS DE FILTRADO Uno de los mayores problemas que se presentan en el riego por goteo es la obstrucción de los emisores, producida por materias que van reduciendo progresivamente el paso del agua. La obstrucción de los goteros puede ser producida por materias de distinta naturaleza: Partículas orgánicas: restos vegetales y animales, algas, bacterias. Partículas minerales: arena, limo, arcilla. Precipitados químicos. El mayor o menor riesgo de obstrucción se debe, sobre todo, a las características del agua: sales disueltas, pH, temperatura, etc. La fertirrigación es un riesgo de obstrucción puesto que modifica algunas cualidades del agua de riego. Para combatir las obstrucciones se utilizaremos el tratamiento preventivo que consiste en evitar las obstrucciones mediante filtrado y tratamientos químicos del agua. FILTRO DE ARENA Un filtro de arena consiste en un depósito metálico o de poliéster, de forma cilíndrica, en cuyo interior pasa el agua a través de una capa de arena silícea o granítica. El agua entra por la parte superior del depósito y se recoge en la parte inferior a través de unos colectores que desembocan en la tubería de salida. El depósito lleva una boca de carga de arena en la parte superior y otra de descarga en la parte inferior. El espesor de la capa de arena debe ser, como mínimo, de 45 cm. Se estima que el filtro de arena deja pasar las partículas cuyo tamaño es la décima parte del diámetro efectivo de la arena. Las partículas contaminantes que lleguen a los goteros deben tener un tamaño máximo igual a la décima parte del diámetro del gotero, por lo que el diámetro efectivo de la arena debe ser igual al diámetro de paso de agua del gotero. 65
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Un tamaño mayor de la arena origina un filtrado deficiente, y un tamaño menor da lugar a una rápida colmatación del filtro y, por tanto, a limpiezas de filtro más frecuentes. FIGURA 26. Máquina de filtrado Funcionamiento de un filtro de arena en fase de lavado Precio filtro FIGURA 27. Filtro de arena 6.7.6.2 Red de Distribución La red de distribución conduce el agua desde el cabezal hasta las plantas. La tubería que parte del cabezal se denomina principal. El área a regar se divide en unidades de riego según determinados criterios, superficie, cultivo, suelo, etc., siendo la tubería que abastece cada unidad de riego la denominada secundaria. Las tuberías denominadas laterales (ramales o portaemisores) están abastecidas por una tubería terciaria y es donde se encuentra colocados los emisores de riego localizado. La superficie regada por cada terciaria se llama subunidad de riego. Al conjunto de subunidades de riego que se riegan desde un mismo punto se denomina unidad de riego. 66
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Las tuberías que se utilizan en riego localizado son normalmente de plástico, siendo los materiales más frecuentes el PVC (policloruro de vinilo) y el PE (polietileno). Las tuberías laterales, las terciarias y normalmente las secundarias se instalan de PE, mientras que la tubería principal puede ser de PE o de PVC, dependiendo de su diámetro, cuando se riega cultivos anuales. En el caso de cultivos leñosos, ya que van a estar ocupando el terreno por un largo periodo de tiempo, se instalan tuberías de PVC enterradas (para evitar el deterioro ocasionado por la exposición a la radiación solar) incluidas la terciaria, de las que parten los laterales portaemisores, que suelen ser de PE de baja densidad. LINEA LATERAL Y TUBERIAS LINEA LATERAL Cinta De Riego Por Goteo 100 Metros FIGURA 28. Cinta riego por goteo La longitud de las tuberías laterales está condicionada entre otros factores por la topografía del terreno. En terrenos con pendientes muy elevadas las tuberías laterales siguen las líneas de nivel y las terciario siguen la pendiente, disponiendo de reguladores de presión en aquellos lugares donde se requiera. Si la pendiente es muy acusada o irregular utilizaremos goteros autocompensantes. Usando este tipo de emisores podemos ampliar las longitudes máximas de los laterales de riego. Siempre que sea posible, trataremos de suministrar el agua a la tubería terciaría en el punto más alto para compensar las pérdidas de carga con la pendiente. 67
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Como consecuencia de las pérdidas de carga y de la pendiente del terreno, en cada una de las subunidades de riego se van a producir distintas pérdidas de carga. Por lo tanto a la entrada de cada subunidad de riego la presión de entrada debe ser tal que el emisor que está situado en el punto más desfavorable, reciba la presión suficiente para suministrar el caudal adecuado. Para que la presión de entrada en cada subunidad sea similar y no varié durante el riego, es preciso instalar un regulador de presión al principio de cada tubería terciaria. A mayor diámetro de la tubería reducen las pérdidas de carga pero aumentan los costes de la instalación. El caudal del emisor condiciona la longitud de la tubería lateral, de tal forma que cuanto mayor sea el caudal del emisor, menor será la longitud del lateral. La distancia entre emisores también condiciona la longitud del lateral, de tal manera que cuanto más distanciados estén los emisores, mayor longitud podrá tener la tubería lateral. La distancia entre emisores, el caudal que suministran y la distancia entre tuberías laterales, se determinan en función en función del tipo de suelo, forma del bulbo a humedecer y marco de plantación o siembra, y no se debe modificar por criterios hidráulicos de ahorro de agua o comodidad. 6.7.6.3 Emisores de Agua Los emisores son dispositivos que controlan la salida del agua desde las tuberías laterales. Un emisor debe reunir las siguientes características: 68
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Cuando el caudal varía muy poco con las variaciones de presión, el emisor se llama autocompensante. Goteros El régimen hidráulico de los goteros repercute decisivamente sobre su funcionamiento. El régimen laminar se caracteriza en que las partículas de agua se mueven ordenadamente y a poca velocidad, disipándose la energía por fricción contra las paredes del conducto. Los goteros cuyo régimen se aproxima al laminar son sencillos y baratos, pero son sensibles a las obstrucciones, su caudal varía mucho con los cambios de presión (exponente de descarga próximo a la unidad) y, además, están influidos por la temperatura del agua. Debido a estos inconvenientes, estos goteros están prácticamente en desuso. En el régimen turbulento las partículas de agua se mueven desordenadamente y con rapidez, disipándose la energía por choque entre las partículas y por fricción contra las paredes del conducto. Los goteros de régimen turbulento más o menos perfecto son más resistentes a las obstrucciones, su caudal tiene una sensibilidad moderada con respecto a los cambios de presión (exponente de descarga alrededor de 0,5) y no son prácticamente afectados por la temperatura del agua. Para el proyecto usaremos los goteros autocompensantes: Autocompensante. Este emisor tiene un dispositivo que permite variar el tamaño del conducto con relación a la presión de entrada. El dispositivo es, generalmente, una membrana flexible (diafragma) que se deforma bajo el efecto de la presión, limitando el caudal (figura 10.20). El efecto autocompensante se consigue dentro de una determinada gama de presiones, que debe ser indicada por el fabricante. FIGURA 29. Goteros autocompensantes El caudal más usual es de 4 litros/hora en frutales y de 2 litros/hora en horticultura. 69
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Mantienen el caudal aunque la presión aumente TABLA 15. Descargas Minima presion requerida para elgotero es 7.14psi 6.7.6.4 Dispositivos de Medida, Control y De Protección ELEMENTOS DE MEDIDA Los más usuales suelen destinarse para medir el caudal o el volumen de agua que pasa por un determinado punto de la instalación o bien la presión en cualquier punto del sistema. Son imprescindibles en las instalaciones de riego localizado. MEDIDORES DE CAUDAL. Los medidores de caudal son elementos utilizados para medir la cantidad de agua que pasa por un punto en la unidad de tiempo. También son útiles para descubrir la existencia de obturaciones, roturas o fugas. Además los contadores de volumen, normalmente llamados contadores, permiten realizar un riego controlado, ya que podremos saber la cantidad de agua que se ha aplicado independientemente del tiempo que se esté regando. Los medidores de caudal o volumen más usados son los de turbina y los rótameros. MEDIDORES DE PRESIÓN 70
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Con los medidores de presión podemos saber si algún componente está siendo sometido a presiones de trabajo mayores de las nominales y tiene por tanto riesgos de rotura. También podemos localizar perdidas de carga excesivas (por ejemplo en un filtro muy sucio que necesita una limpieza) Si por el contrario hay una presión insuficiente para que un elemento trabaje correctamente (por ejemplo un ramal de goteros donde no hay suficiente presión para que los emisores goteen). Los elementos que miden la presión se llaman manómetros, y los más utilizados son los llamados tipo Bourdon, que tienen un funcionamiento mecánico. Es imprescindible medir la presión, como mínimo, a la salida del grupo de bombeo (para saber la presión de entrada de la instalación), y a la entrada y salida de filtros. Además es aconsejable medirla en la entrada de las unidades de riego y de las tuberías terciarías. FIGURA30 Manómetros 6.7.7 Elementos de Control 6.7.7.1 Regulador de Presión Los reguladores de presión se utilizan para regular y controlar presión a partir del punto donde se instale. Con estos reguladores podemos evitar sobre presiones que pudieran romper tuberías, emisores etc. Normalmente regulan presiones entre 0,2 y 8 Kg./cm2. 71
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Es muy importante colocar un regulador de presión a la entrada de cada subunidad de riego para mantener la presión constante durante el funcionamiento de los emisores. Su uso es más importante cuanto más accidentado sea el terreno y mayores las diferencias de presión en distintos puntos de la instalación. 6.7.7.2 Reguladores de Caudal. Se utilizan para dejar pasar un caudal determinado. Es muy conveniente colocar un regulador de caudal a la entrada de cada unidad de riego para que pase solo la cantidad de agua que se desea hacia las terciarías y laterales. Los más usuales son los de diafragma, que regulan caudales entre 2 y 50 litros por segundo. Su funcionamiento se basa en un diafragma de material elástico que se deforma abriendo o cerrando la sección de paso y dejando pasar por tanto solo el caudal. FIGURA 31. Medidores de caudal 6.7.7.3 Válvulas Controlan el paso del agua en una tubería. Se clasifican según el tipo de accionamiento (automático o manual). Fuera de esta clasificación están las válvulas antiretorno que impiden que se invierta el flujo y de esta manera, por ejemplo, que se invierta el giro de la bomba (que podría dañarla seriamente). a) Electroválvulas: 72
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Válvula hidráulica a la que se le incorpora un dispositivo electromagnético que acciona el mecanismo que produce la señal hidráulica para cerrarla. Son necesarias cuando se automatiza el riego, siendo el programado quien acciona la electroválvula con un impulso eléctrico. También pueden ser normalmente abiertas o cerradas, pero cuando están accionadas consumen energía. Para evitar grandes pérdidas de agua se instalan las electroválvulas tipo LACH (que solo consumen cuando abren o cierran) 6.8 CONTROL En el manejo de un sistema de riego es fundamental determinar el momento más adecuado para regar y la cantidad de agua a aplicar en función, entre otros factores, del estado de humedad del suelo o la planta y de la uniformidad en el reparto de agua del sistema. 6.8.1 Tipos de sistemas de control. Dependiendo de la manera en que se relacionan los diferentes elementos de un sistema de control se clasifican en dos tipos: 6.8.1.1 Sistemas de control en lazo abierto: denominado también control en lazo abierto o bucle abierto, se trata de un tipo de control en que la salida del sistema depende de la señal de entrada, pero el sistema no comprueba si la señal de salida es igual a la deseada. En este caso el sistema es incapaz de corregir errores no esperados a la salida. A cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fija. Se muestra en la Figura 5 un diagrama de bloques que representa a este tipo de sistema de control. Un ejemplo de este tipo sería un programador con una secuencia temporal de riegos. FIGURA 32 Diagrama de bloques de un proceso de control en lazo abierto. En el caso de los sistemas de riego, los sistemas en bucle abierto controlan básicamente el tiempo (hora del día y duración del riego) en el que se produce el riego 73
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II o el volumen de agua a aplicar, sin tener en cuenta otros factores como el nivel de humedad, estado de las plantas, etc. El sistema conecta o desconecta el riego en función del programa que establezca el usuario y a lo sumo, de alguna señal que provenga del cultivo como la de inicio del riego. La principal ventaja de estos sistemas de control es su precio en comparación con los sistemas en bucle cerrado, existiendo múltiples variantes con distintos grados de flexibilidad en cuanto al número de sectores de riego y las características de la programación. Los sistemas en bucle abierto no responden automáticamente a los cambios de las condiciones ambientales o del cultivo, necesitando frecuentes reajustes para alcanzar niveles de eficiencia elevados. Este tipo de sistemas se utilizan en la mayoría de los sistemas de riego para cultivos al aire libre, donde las condiciones ambientales son difíciles de controlar y manipular. 6.8.1.2 Sistemas de control en lazo cerrado: el control en lazo cerrado o en bucle cerrado es un tipo de control en el que se comprueba la señal de salida y se decide si el nivel de la señal real de salida corresponde con el de la señal deseada o si el nivel real de la señal ha de ser modificado para conseguir el valor objetivo. También se les denomina sistemas retroalimentados o realimentados (Figura 6). El sistema tiende a mantener una relación preestablecida entre la salida y una entrada de referencia. Se comparan estas dos señales y la diferencia (señal de error) sirve de medida de control. Cuando existen perturbaciones, este tipo de control tiende a reducir la diferencia entre el valor deseado y el valor real de salida. Por ejemplo, un sistema de control en lazo cerrado podría ser un sistema de regulación de estaciones de bombeo. Figura 33. Diagrama de bloques de un proceso de control en lazo cerrado. En el caso del riego y la fertilización el usuario define una estrategia general de control para que, según esa estrategia, el sistema elabore y ejecute las decisiones en cuanto al momento adecuado para la fertirrigación y la cantidad de agua y fertilizantes a aportar. Estos sistemas requieren la adquisición de datos y parámetros ambientales y 74
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II del cultivo. Se compara el estado del proceso con el de referencia y se elabora una decisión y una actuación en función de esa comparación. La principal limitación de estos sistemas es encontrar la mejor posición de los sensores en el suelo o de las plantas, debido a la variabilidad espacial de las propiedades del suelo o de desarrollo del cultivo, que puede hacer difícil determinar un lugar representativo de la parcela. Se necesita, además, un conocimiento adecuado de las relaciones agua-suelo-planta, de la dinámica de las raíces o de la evolución y desarrollo de los órganos del cultivo. Este tipo de sistemas se utilizan ampliamente en instalaciones de riego de invernaderos, donde las condiciones ambientales son más controlables y manipulables. También se utilizan sistemas de control en lazo cerrado para cultivos al aire libre, aunque las condiciones ambientales y de control son más difíciles de modificar. 6.9 AUTOMATIZACION 6.9.1 Definición: La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Cualquier interrupción o disturbio en un programa de riego crearía un estrés de agua u oxígeno detrimental al cultivo. Por ello, el control del riego por goteo debe ser automatizado de modo que sea capaz de responder a cambios pequeños y rápidos en el agua del suelo, en el agua de la planta o en la evapotranspiración. Las ventajas de automatizar el sistema de riego por goteo serían las siguientes: Economía del agua ahorro de mano de obra aumento en la producción conservación de energía control efectivo del riego Actualmente existe tecnología disponible para programar el riego usando un análisis real de factores tales como tiempo, etapa de crecimiento del cultivo, estrés de agua deseado en la planta, aereación del suelo, potencial de agua y salinidad del suelo. La computadora es programada para poner en secuencia válvulas solenoide y verificar razones de flujo y presión, viento, temperatura y otras variables indirectas. Se puede lograr una razón mínima de costo-beneficio y la mayor eficiencia con altos rendimientos en la cosecha. Los factores que contribuyen a que se use exceso de agua (control de salinidad, requisito de infiltración, pérdida en el sistema de riego y 75
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II escorrentía) deben eliminarse o reducirse de modo que la aplicación precisa del riego se limiten sólo a lo que necesita la cosecha. 6.9.2 Métodos Para la Automatización de Sistemas de Riego Por Goteo Existen tres métodos en los que se puede basar la automatización de sistemas al programar el riego. Estos son: 6.9.2.1 Agua Del Suelo - mide el potencial de agua del suelo - se utilizan microprocesadores unidos a sensores(tensiómetros, métodos termales, bloques de yeso y termocopaspsicrométricas) - el sensor del suelo debe ser puesto en medio de la zona de raíces. En esta localización la mayor parte de la zona radical estará seca cuando baja el potencial del suelo. - se requiere equipo para:  Tomar muestras automáticamente de varios sensores en secuencia  Comparar la salida de cada sensor a la cual el riego comienza con determinado potencial matrical del suelo  Tener salidas de computadora capaces de controlar el riego aplicado computadoras de mesa y microprocesadores. Hay también equipo comercial disponible para medir el potencial matrical del suelo y controlar sistemas de riego automáticamente. 6.9.2.2 Agua De La Planta - Este sistema es el más utilizado para riego de alta frecuencia - Hay varios métodos disponibles para estimar la condición de agua en la planta. Estos incluyen la determinación del contenido relativo de agua, conducta difusiva de la planta, potencial de agua de la planta y temperatura. - El potencial de agua de la planta obtenido de medidas directas o indirectas es probablemente el mejor indicador del estrés de agua. - El control de respuesta automática de sistemas de riego por goteo puede ser mejorado midiendo el potencial de agua total de la hoja utilizando un psicrómetro de hoja, midiendo la temperatura del área foliar de la planta usando termómetro infrarrojo o el potencial de agua de la hoja indirectamente basado en la medida del diámetro del tallo. 76
  • EPIE – UNSA - Diseño Electrónico II Método del potencial de agua de la hojaLa instrumentación para la calibración y mantenimiento requerida para este sistema es muy costosa y poco viable. - Método de temperatura del área foliar de la planta:Se utilizan medidas de temperatura del follaje dentro del concepto de índice de estrés de agua de la planta para estimar el estrés de agua del cultivo Para medir la temperatura del área foliar de un cultivo, se puede utilizar un termómetro infrarrojo de no contacto (TI). La precisión del TI en medir la temperatura de la superficie del área foliar del cultivo depende del cuidado en la calibración. Las medidas son sensitivas a cambios en la temperatura del ambiente y a interacciones de superficies circundantes, particularmente del suelo, cuando el área foliar del cultivo es pequeña. - Método del diámetro del tallo: El diámetro del tallo y el potencial de agua de la hoja están estrechamente relacionados uno con otro. Las medidas del diámetro del tallo pueden usarse para ver el continuo crecimiento del tallo y la condición de agua de la planta. - La calibración periódica de los cambios de diámetro de tallo versus el potencial de agua de la hoja pudiera obtenerse al menos para cada estado fenológico de las plantas. 6.9.2.3 Estimadores de Evapotranspiración - Este sistema es el más utilizado para riegos de baja frecuencia - La información de la evapotranspiración esencial (E .) requerida para estos tc modelos y el criterio de la decisión para regar incluyen: 1. Evapotranspiración de referencia estimada climatológicamente (ET ). r 2. Índice para relacionar el uso de agua de la cosecha (esperado) con K . (Curva de c coeficiente de la cosecha). 3. Índice para estimar la evaporación adicional del agua del suelo cuando la superficie del suelo está húmeda, E suelo. 4. Índice para estimar el efecto de la pérdida de agua del suelo en la actual razón de ET. 5. Estimación de las cantidades de agua extraíbles del suelo por cultivo específicos, CU. 77
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6. Relación entre rendimiento esperado de la cosecha y uso de agua por la cosecha. 6.9.3 Instrumentación y Equipos de Cómputo Un sistema de control de riego automatizado debe usar sensores de retroalimentación para ver, en base real, funciones importantes tales como: cantidad de agua, razón de flujo, presión de agua y condiciones ambientales tales como velocidad del viento, temperatura del aire, humedad del suelo, radiación solar, lluvia, temperatura del follaje del cultivo, etc. El interés en la automatización de los sistemas de riego por goteo ha resultado en un aumento en la investigación y desarrollo en el campo de la instrumentación y equipo de cómputos necesarios para completar la tarea. Una gran variedad de instrumentación y equipo de cómputos con variadas características están disponibles comercialmente. Estos pueden subdividirse en seis categorías: Controles Los controles reciben retroalimentación (alimentación) acerca del volumen de agua por campo, línea de presión, razón de flujo, data climatológica, humedad del suelo, estrés de agua de la planta, etc., de sensores en el campo. Esta información se compara luego con los límites deseados y el ciclo de riego se modifica de acuerdo a éste. Los controles pueden ser automáticos o puestos mediante comandos manuales para operar válvulas de agua, amplificadores, inyectores para fertilizantes o para tragar aguas, limpieza de filtros, etc., de acuerdo al ciclo de modificado. Válvulas Las válvulas automáticas se activan eléctricamente, hidráulicamente oneumáticamente y se usan para liberar o detener al agua, lavar filtros principales y laterales, continuar el agua de un campo a otro y regular flujo o presión en líneas principales, secundarias o laterales. Las diferencias en las válvulas dependen de su función. Las salidas del control ordenan la operación de la válvula y reciben retroalimentación (información) para verificar la operación correcta Metro de flujo: El equipo para medir flujo permite al programa determinar la razón y volumen de agua aplicada y las recomendaciones que fueron seguidas. Los dos metros de flujo mayormente usados para vigilar el flujo en las tuberías de riego son los tipos propulsor y de turbina. Usualmente las salidas de estos metros son digitales y calibradas para medir volumen de agua aplicada o medir el volumen por unidad de tiempo (metros de la razón de flujo). Sensor ambiental Varios tipos de instrumentos para determinar la humedad del suelo (tensiómetro, bloque de yeso, sensor disipador de calor, psicrómetro de suelo), 78
  • EPIE – UNSA instrumentos Diseño Electrónico II climatológicos (estación climatológica, tanque de evaporación automatizado, etc.), estrés de agua de la planta o temperatura del follaje del cultivo (psicrómetro de hoja, porómetro de difusión estomacal, termómetro infrarrojo y sensor del diámetro del tallo) están disponibles y pueden ser usados en el modo de retroalimentación para el manejo del riego. Sensores de la humedad del suelo se usan comúnmente para anular el sistema de controles. Si el suelo en una estación en particular esta mojado el sensor abre el circuito de la válvula y la estación es desviada. Filtro La obstrucción en los goteros causada por contaminantes física, química o biológica es universal y a un tiempo es considerado el problema más grande en el mantenimiento de sistemas de riego. Los materiales suspendidos eventualmente quedan en los filtros y disminuyen la eficiencia. El lavado automático, está disponible para filtros de arena o de malla. La limpieza se logra mediante el retroflujo de agua, la cual va a moverse a través del filtro en dirección contraria. Esto dependerá del filtro y los sedimentos acumulados. Inyector de químicos Los métodos usados en la inyección de fertilizantes, plaguicidas y otros químicos dentro de las líneas son: (1) Diferencia de presión, (2) Venturi (Vacío) y (3) Bombas de desplazamiento positivo. En todos los casos metro de flujos digitales pueden ser usados en el modo de retroalimentación para la inyección de químicos proporcionalmente a la razón del flujo de agua para mantener una concentración constante de reactivos en el agua del riego. 6.9.4 Sistema Automático. Los sistemas de riego automático pueden ser divididos en tres grupos en base a su modo de operación: Sistema secuencial operado hidráulicamente Sistema secuencial operado eléctricamente “operado hidro-eléctricamente” Sistema no secuencial operado eléctricamente con o sin programación 6.9.4.1 Sistema no secuencial operado eléctricamente con o sin programación Estos sistemas son completamente automáticos y controlados eléctricamente. Estos sistemas no-secuenciales controlan válvulas hidráulicas o eléctricas que operan independientemente una de otra en términos de la cantidad de agua a ser aplicada o 79
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II la frecuencia de riego. Cada unidad puede descargar una cantidad de agua diferente y puede abrir en diferentes momentos en respuesta a un programa determinado o al contenido de agua en el suelo. El panel de control contiene circuitos eléctricos que operan la bomba o válvula principal, añade fertilizante de acuerdo a un itinerario preestablecido y mide la humedad del suelo para conocer los requisitos de riego del cultivo. Tales sistemas son usualmente por control remoto y están diseñados para proporcionar retroalimentación de los datos recibidos del campo, de manera que la regulación automática pueda ser controlada y se puedan hacer ajustes para cambios en presión y razón de descarga en las líneas distribuidoras. Panel central El panel central permite el control completo de todas las operaciones del campo, enviando instrucciones a las válvulas y obteniendo información continua sobre el funcionamiento del sistema de riego. Consiste de una unidad de riego programada, una unidad para transmisión de información, una unidad para el control de laterales de riego y una unidad de advertencia. Panel de campo El panel de campo es colocado centralmente y operado por control remoto. Las señales del panel principal se envían por un canal de comunicación individual y éstas se transmiten a puntos de control individual en el campo, además, de recoger información de los contadores de agua y los transmite al panel principal. Uso de sensores para programar el riego Dos instrumentos que poseen una amplia aplicación comercial son los tensiómetros y los bloques de yeso por su sencilla forma de operación y su bajo costo. Un tercero basado es la dispersión de neutrones y conocido como sonda de neutrones. Es el más preciso, pero como es bastante costoso se usa principalmente en la investigación. Uso de bloques de yeso y tensiómetros Los bloques de yeso son capaces de medir la tensión de la humedad del suelo entre 1-15 atm. Hay dos electrodos dentro del bloque y los cambios en la humedad del suelo se miden a base de variaciones en la resistencia a una corriente eléctrica generada por una batería externa. La precisión de este método es reducida debido a la temperatura, concentración de sales en la solución del suelo, características físicas del yeso usado para fabricar el bloque y la fuga de corriente eléctrica hacia el suelo. 80
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II A bajas tensiones se prefiere el uso de tensiómetros en vez de uso de bloques de yeso que son ineficaces a tensiones menores de una atm. El tensiómetro (Figuras 13 a 15) es el único instrumento que mide la tensión y la lectura es dada directamente en unidades de energía. Por lo tanto, este instrumento registra las medidas de humedad en el suelo en una unidad, ya que la tensión de humedad a capacidad de campo es la misma para todos los tipos de suelos, al igual lo es el punto de marchitéz, aunque los por cientos de humedad sean diferentes. La principal desventaja del tensiómetro es la tensión crítica relativamente baja la cual el aire penetra a la copa de cerámica. Las determinaciones de humedad del suelo hechas por cualquier método van a mostrar la variabilidad de contenido de humedad dentro de un mismo campo. Una muestra del suelo en una localización dada representa solamente la condición en ese punto en particular y una determinación del contenido de humedad promedio para el campo necesita un número mayor de medidas. 6.10 REDES INALAMBRICAS INDUSTRIALES Lacomunicaciónindustrialesunadelasclavesparaaumentar laeficiencia,reducirloscostes totalesdepropiedadymejorarlaproductividad.Elenormepotencialde estatecnología,particularmenteensuvarianteinalámbrica,abrenuevasperspectivas ,desdelamodernización parcialdeunaplantaomáquinahasta laoptimizaciónde complejosprocesoslogísticosodeproducción. PartiendodelabasedeWirelessRemoteNetworks,IndustrialWirelessLANyWirelessHART,Si emensofrecesolucionesparauna automatizaciónfiableconIndustrialWirelessCommunication. 6.10.1 Definición de Redes Inalámbricas: Las redes inalámbricas son sistemas de comunicaciones de datos, permitiendo a los nodos (dispositivos que integran la red) la transmisión y recepción de información, utilizando ondas electromagnéticas que pueden viajar en el espacio vacío. [Delgado, 2009] Las ondas electromagnéticas presentan versatilidad por el hecho de cubrir grandes distancias, comunicar a través de obstáculos, permitir la movilidad de usuarios y no requerir un cableado de configuración a la red. Entre las ventajas que ofrecen el uso de las redes inalámbricas, a corto y mediano plazo, se pueden incluir: Accesibilidad: los equipos portátiles y la mayoría de los teléfonos móviles de hoy día, 81
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II están debidamente equipados para conectarse a una red inalámbrica. Los usuarios pueden acceder de forma segura a sus recursos de red desde cualquier ubicación dentro de su área de cobertura. Movilidad: Los usuarios pueden permanecer conectados a la red incluso cuando estén en movimiento. Productividad: El acceso a la información y a las aplicaciones de una compañía ayudan al personal a realizar su trabajo y fomenta la colaboración. Todo personal ajeno a la compañía puede tener acceso de invitado a Internet y a la red de la empresa. Fácil Configuración: Al no tener que colocar cables físicos en una ubicación, la instalación puede ser más rápida y rentable. Las redes inalámbricas también facilitan la conectividad en lugares de difícil acceso. Escalabilidad: Conforme crezca la actividad de una empresa, puede que se necesite ampliar la red rápidamente. Las redes inalámbricas se pueden ampliar con el equipo existente, mientras que una red cableada necesitaría cableado adicional. Seguridad: El control y la administración del acceso a las redes inalámbricas es de vital importancia. Los avances en las tecnologías inalámbricas proporcionan protecciones de seguridad sólidas para que los datos estén disponibles sólo para las personas que solicitan el acceso. Costos: Las redes inalámbricas permiten reducir costos, ya que se eliminan o reducen los costos de cableado, mantenimiento de los cables, nuevas configuraciones o expansiones. WirelessRemoteNetworks Lacomunicaciónconstanteentreunidadesdeprocesoalejadasentresíenelsector delasaguas/aguasresidualesoelrápidoacceso delmantenimientoremotoamáquinasyplantas ubicadasenelotroextremodelmundosonsólodosdelas innumerablesposibilidadesdeaprovecharlasventajasque ofrece WirelessRemoteCommunication. GraciasalaintegraciónenelsistemadetelecontrolSINAUT SCADA,entodomomentoestándisponibleslosdatos portelefoníamóvil. IndustrialWirelessLAN Lassolucionesinalámbricasseconviertencadavezmásen componentesimprescindiblesdemáquinaseinstalaciones. 82 oenunsistemaHMI/ deprocesotransmitidos
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Paraaquelloscasosenlosquelacomunicacióndedatosdeba satisfacerestrictosrequisitos,IndustrialWirelessLAN(IWLAN) apuestaporinnovacionescomolasredes inalámbricasdeterministasyPROFINET, elestándardeIndustrialEthernet. PeroIWLANtambiénseestáutilizandocadavezmásensectoressemiindustriales, yaquelaelevadavelocidad detransferenciaqueéstos exigenimplementaraplicaciones constreaming devídeootransmisióndedatos devisualizaciónydevoz.LainfraestructuradelaIWLANpermitesatisfaceraltosrequisitos dedeterminismoyredundancia. FIGURA 33. Redes inalámbricas industriales WirelessHART WirelessHARTesunestándarindustrialabierto,desarrollado paralosrequisitosespeciales delacomunicacióninalámbrica enelniveldecampo delaindustriadeprocesos.Cumpleíntegramentetodoslosrequisitosespecíficosdefiab ilidad,seguridad,rentabilidadyfacilidaddemanejo.Conmásde30millonesdeequiposin staladosentodo elmundo,latecnología HARTeselprotocolodecomunicaciónutilizadomásamenudoparalainstrumentaciónde procesosinteligenteanivelde campo.WirelessHARTescompatiblehaciaabajoconlatecnologíaHART porcabley,portanto,ofrecela máximaseguridad delainversión. 6.10.2 Homogeneidad en la comunicación Productos de comunicación adaptados entre sí posibilitan un funcionamiento sin problemas desde el nivel del campo hasta el ámbito de la oficina, desde PROFIBUS e 83
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Industrial Ethernet por cable hasta soluciones inalámbricas con Industrial Wireless LAN. Todo ello redunda en una mayor eficiencia, dado que todas las estaciones y sistemas se pueden utilizar de forma homogénea en la producción y la administración. Con la conexión de un punto de acceso IWLAN a la red Ethernet, ésta se amplía con la tecnología inalámbrica. Las estaciones se conectan vía inalámbrica mediante la interfaz WLAN que tienen integrada (por ejemplo, cuando se trata de un PC portátil) o a través de un módulo cliente IWLAN al que se puede conectar la estación u otro segmento de red por medio de un cable. Esto permite acceder a PLCs o procesos existentes sin necesidad de trabajo de cableado adicional. Con una conexión inalámbrica y la función de itinerancia(roaming), las estaciones conectadas pueden moverse libremente dentro del radio de cobertura de la red IWLAN. 6.10.3 Infraestructura deradiotransmisión Adiferenciadeloscablesdecobreydefibraóptica,losprocedimientosdetransmisióninalá mbricosutilizanondasradioeléctricas.Lascondicionesdepropagacióndelasondaselectromagnéticassonmuyvari ablesydependendelentornoyla infraestructuraderadiotransmisióninstalada. LosmódulosSCALANCEWutilizanparamejorar larecepción tecnologíascomolaconmutacióndeantenas(diversidadde antenas),receptoresdealtacalidadyprocedimientosdemodulacióntolerantesa fallos,conloquemejoralacalidaddelas señales yseevitalainterrupcióndelaradiotransmisión.Las ampliacionesdelestándarIEEE802.11permitenasimismo la transmisióninalámbricafiabledePROFINETyconstituyenel requisitoparaaplicacionesSafetybasadasenradiofrecuencia ylatransmisióndedatos devídeocondatos derespuestay actualizaciónmuycortos. 84
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 34. Comunicación inalámbrica SoluciónderedconIWLAN Conequipos terminalesmóvilesesposiblerealizar,porejemplo,unflujo deinformacióncontinúodesdeelniveldegestión delaempresahastaelniveldeproducción. Paraunaconexiónaequipos PROFIBUSbasadaenradiofrecuencia,estádisponibleIWLAN/PBLinkPNIO.Conélsepro porcionalainformaciónporvíarápida, inalámbrica,seguray sencillaenellugarcorrectoyenelmomentoadecuado. FIGURA 35. IWLAN/PBLinkPNIO Robustez yaptitudparausoindustrial LosproductosSCALANCEWresistenoscilacionestérmicas ampliasoelcontactoconpolvoyagua.Unacajarobustayuna 85
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II construcciónapruebadegolpesyvibracionespermiteneluso enunentornoindustrialrudo. Losaccesorioscomoantenas, fuentesdealimentaciónoel cableado formanparte deeste sistemaysefabrican especialmenteparausoenlaindustria. Laenergíaylosdatos setransfierenporcableconlatecnologíaPower-over- Ethernet,loquesuponeunahorro engastos deinversión ymantenimiento. Elsoportededatos intercambiableC-PLUG(Configuration Plug)permitealmacenardatos deconfiguraciónydiseño,lo quepermitesustituir unequipoenpocotiempoysinnecesidaddepersonalconformaciónespecífica.Estoredu ceal mínimolostiemposdeinactividadylosgastosdeformación. FiabilidadenlacomunicacióndedatosConelestándarinternacionalIEEE802.11n,la comunicación inalámbricamedianteIWLANsehaceaúnmásrobusta.La principalventajaesconsecuenciadelusodelapropagación portrayectosmúltiples(MultipleInput, FIGURA36. Propagación por trayectos múltiples MultipleOutput (MIMO)).Estopermitealosequiposutilizarvariasantenasen paralelo.Conellosealcanza unamayorvelocidad detransferenciay,almismotiempo,sereducelaincidenciadeaverías enentornosconmuchasreflexiones. ProductosSCALANCEWconIWLANsegúnIEEE802.11n soportanhasta tresdelasdenominadas"streams"enel sentidodetransmisiónyderecepción. 6.10.4 ModelosdeReferencia: 86
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Losmodelosdereferenciaqueproponen explicarel problema de las comunicaciones de datos y las redes informáticas dividiéndolasen niveles. Cada agente participante en la comunicación incorpora como mínimo uno de los niveles, mientras que los equipos terminaleslosincorporantodos. Modelo OSI: Es un esquema modular que permite describir las característicasdelastransmisióndedatos,desdesugeneracióna través de una aplicación hasta la salidamediantelainterfacedered. Establece7nivelesocapasestructuradasunaconrespectoaotra. Losestándaresdecomunicacióninalámbricaseencuentranenlas dosúltimascapas,verfig.Estemodelosinembargo,notuvola aceptaciónesperadadebidoalacomplejidaddelmismo. A continuación se explicara brevementecadaunadeestascapas: FIGURA 37. Capas del modelo OSI Capa de Física:Este nivel especifica la interconexión física incluyendo las características de voltaje y corriente entre computadoras anfitrionas y conmutadoras de paquetes de red,asícomolosprocedimientos utilizados paratransferirpaquetesdeunamaquinaaotra. Capa Enlace de Datos:Este nivel especifica la forma en que los datos viajan entre un anfitrión y un conmutadordepaquetesal 87 cualestá
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II conectado.Debedefinirelformatodelastramasyespecificarcómo reconocen lasfronteras de la trama. las dos Dado máquinas que los erroresdetransmisiónpuedendestruirlosdatos,estenivelincluye unadeteccióndeerrores. CapadeRed:Este nivel contiene funciones que completan la interacción entre el anfitrión y lared. Define la unidad básica de transferencia a través de lared e incluye el concepto de direccionamiento de destino y ruteo. El software de este nivel ensambla un paqueteen laforma esperadapor la red y utilizalacapa de enlace de datospara transferirlo (quizás en fragmentos) para transferirlo hacia el conmutador. Esta capa también debe responder frente al congestionamiento de la red. Capa de Transporte:Este nivel proporciona confiabilidad punto a punto y mantiene comunicadosal anfitrión de destino con el anfitrión fuente. Su función esla de lograrcierta confiabilidad verificando cada transferencia;seaseguraqueninguna maquina intermedia falle. Capa de Sesión: Esta capa soluciona el problema de la interconexión de computadores anfitriones a una terminal remota. Esta era la maneraenqueseformaronlasprimerasredespúblicas. CapadePresentación:Esta capa está proyectada para incluir funciones que muchos programas de aplicación necesitan cuando utilizan lared. Entre están funciones se encuentranvarias rutinas estandarizadasquecomprimentextoo convierten imágenes gráficas enflujosdebitsparasutransmisiónatravésdelared. Capa de Presentación:Esta capa incluye los programas de aplicación que utiliza la red. Entre estos se tieneelcorreoelectrónico o los programas de transferencia de archivos. ModeloTCP/IP:Estemodeloproponecuatrocapas,perteneciendo losestándaresdelasredesinalámbricasalaúltima. A continuación se explicara brevementecadaunadeestascapas: CapadeAccesodeRed: Estacapaesresponsabledeaceptarlos datagramas IP y transmitirlos hacia una red específica. Esta tarea la puede realizar un dispositivo controlador o un complejo subsistema que utiliza un protocolo de enlace de datos propios. Capa de Internet:Esta capa maneja la comunicaciónde una maquina aotra.Estaaceptaunasolicitudparaenviarunpaquetedesdela capa de transporte, junto con una identificación de la maquina hacia la que se debe enviar el paquete. Esta capa también maneja la entrada dedatagramas,verificasuvalidezyutiliza un algoritmoderuteo para decidirsieldatagramadebeprocesarsede manera local o debe 88
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II ser transmitido. FIGURA 38. Capas TCP/IP CapadeTransporte:Esta capa de encarga de proporcionarla comunicación entre un programa de aplicación y otro. Este tipode comunicación se conoce como comunicación de punto a punto. La capa información. de transporte regula el flujo de También proporciona un transporte confiable, asegurando que los datos lleguen sin errores y en secuencia.El software de transporte divide el flujo de datos que está enviando en máspequeños; y pasa cada paqueteconsudireccióndedestino,hacialasiguiente capa. CapadeAplicación:Eslacapamásalta.Los usuariosllamanauna aplicación que acceda a servicios disponibles a través de las redes TCP/IP. Una aplicación interactúa con uno de los protocolos de nivel detransporteparaenviarorecibirdatos.Cadaaplicaciónselecciona eltipodetransportenecesario,elcualpuedeserunasecuenciademensajesindividualesounfl ujocontinuodemensajes. CONTROLADOR Introducción al PLC S7-1200 El controlador lógico programable (PLC) S7-1200 ofrece la flexibilidad y capacidad de controlar una gran variedad de dispositivos para las distintas tareas de automatización. Gracias a su diseño compacto, configuración flexible y amplio juego de instrucciones, el S7-1200 es idóneo para controlar una gran variedad de aplicaciones. 89
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II La CPU incorpora un microprocesador, una fuente de alimentación integrada, así como circuitos de entrada y salida en una carcasa compacta, conformando así un potente PLC. Una vez cargado el programa en la CPU, ésta contiene la lógica necesaria para vigilar y controlar los dispositivos de la aplicación. La CPU vigila las entradas y cambia el estado de las salidas según la lógica del programa de usuario, que puede incluir lógica booleana, instrucciones de contaje y temporización, funciones matemáticas complejas, así comocomunicación con otros dispositivos inteligentes. Numerosas funciones de seguridad protegen el acceso tanto a la CPU como al programa decontrol: ● Toda CPU ofrece protección por contraseña que permite configurar el acceso a susfunciones. ● Es posible utilizar la "protección de know-how" para ocultar el código de un bloqueespecífico. Encontrará más detalles en el capítulo "Principios básicos de programación" La CPU incorpora un puerto PROFINET para la comunicación en una red PROFINET. Losmódulos de comunicación están disponibles para la comunicación en redes RS485 oRS232. 90
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 38. PLC S7-1200 TABLA 16. Características del PLC 91
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II La gama S7-1200 ofrece una gran variedad de módulos de señales y Signal Boards quepermiten ampliar las prestaciones de la CPU. También es posible instalar módulos decomunicación adicionales para soportar otros protocolos de comunicación como por ejemplo la comunicación inalámbrica. TABLA 17. Tipos de módulos 92
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 6.10 SUPERVICION La supervisión es la observación y registro regular de las actividades que se llevan a cabo en un proyecto o programa. Es un proceso rutinario de recogida de información sobre todos los aspectos del proyecto. Supervisar es comprobar cómo progresan las actividades del proyecto. Es observación: observación sistemática y pertinente. La supervisión también implica informar sobre el progreso del proyecto a los donantes, ejecutores y beneficiarios del proyecto. Estos informes permiten que la información recabada se utilice en la toma de decisiones para la mejora del funcionamiento del proyecto. 6.10.1 PROPÓSITO DE LA SUPERVISIÓN: La supervisión es muy importante en la planificación e implementación de proyectos. La supervisión proporciona información que puede ser útil para: Permitir el manejo del proceso Conocer en tiempo real las incidencias del proceso y los parámetros más importantes (Disponibilidades, OEE, Tiempos ciclo, producciones, etc.) Gestionar los datos para realizar análisis de históricos, los cuales van a permitir: Mejorar el rendimiento (cuellos de botella) Mejorar la fiabilidad Optimizar los recursos (inversiones, energía consumida,...) Prevenir la degradación del proceso o medios 6.10.2 SUPERVISIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO Al iniciar el estudio del sistema de control y supervisión automática, lo que se establece, es el análisis de las variables que influyen en nuestros sistemas en el caso nuestro, las variables de presión en el sistema, la temperatura en una determinada área de producción, la humedad la cual es una de las prioridades en el estructuramiento de nuestro sistema, (control de flujos, presiones) Operación y mantenimiento de sistemas de riego, sistema de válvulas, manejo de nutrientes, una vez establecido debemos conocer que podemos hacer con esto es decir establecer los controles que nuestro sistema poseerá y en donde estos estarán presentes dentro de estos establecemos las entradas salidas y acciones del sistema. Mediante la creación de una matriz de variable podemos seleccionar cada una de las que consideramos importantes dentro de nuestro sistema de control y en base a esto priorizaremos de esta lista de variables es así que en base a las condiciones en las que se pretende que estas funcionen nos darán las pautas para la selección de estas y 93
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II así poder realizar el estudio a detalle de las condiciones de funcionamiento y en su totalidad poder establecer posteriormente el instrumento que mejor se acople al sistema. RX – TX de Datos Programación de horarios Supervisión de Humedad UNIDAD DE CONTROL Supervisión de Válvulas Base de Datos Desactivación Control de Válvulas FIGURA 39. La supervisión permite ver los valores que recibe la Unidad de Control Una vez conocidas las variables de nuestro sistema como ya se menciona se debe establecer un esquema básico de los componentes y las condiciones de operación es así que en dependencia de los requerimientos se creará de acuerdo al esquema de instrumentación el cual es donde se realiza la creación de una o más tablas con las condiciones de operacionalización que tendrán cada una de las variables e instrumentos para detectar si las variables seleccionadas son las adecuadas y si el instrumento es compatible con lo que se desea medir, debemos establecer el principio de funcionamiento del instrumento y ver si la variable a medir puede ser medida de lo contrario se debe buscar alternativas de media es así que en el caso de medir presión en un sistema es mucho más económico que medir el caudal que pasa por una tubería, dentro de los sistemas de control y supervisión automática lo que se pretende es que directamente a través de un controlador lógico programable, obtener los datos de los diferentes medidores de las variables que intervienen en un proceso como es el sistema de riego por goteo, además con la capacidad de generar acciones que permitan la corrección pronta y precisa en donde se generen los errores de riego por goteo, la supervisión computarizada de variables como la humedad del suelo la 94
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II temperatura ambiente y la activación de bombas y válvulas permitirán una distribución correcta del riego por goteo. Una buena alternativa son los programas de Supervisión, Control y Adquisición de Datos (SCADA) los cuales han venido a sustituir los paneles por imágenes en la pantalla de un ordenador que puede diseñar el propio usuario para el proceso concreto y relacionar los objetos de las pantallas con los que realmente existen en el proyecto. Además de la supervisión de la planta, estos programas suelen tener otras muchas funciones: Gestión de señales de alarma y ejecución de acciones consecuentes, que pueden ir desde un simple aviso hasta la modificación del proceso o su parada automática. Control de la planta por la manipulación de los parámetros que utilizan los controladores digitales subordinados y que normalmente son autómatas programables conectados en red con el ordenador en el que corre el paquete SCADA. El éxito del control requiere un mapeo de señales adecuado, que consiste en vincular las variables de los controladores con las del programa SCADA. Recopilar información histórica del proceso, que resulta de gran utilidad para optimizarlo, predecir la aparición de alarmas, etc. Se utilizan para ello técnicas estadísticas. Presentar ayuda en pantalla sobre el proceso para los usuarios. Funciones de seguridad, como limitar el acceso a determinadas funciones para los usuarios no autorizados. 6.11. SOSTENIBILIDAD Y VIABILIDAD DEL PROYECTO: 1. Financiación delcarbono: mercadosdecarbono ycambio climático Existen numerosas víasyesfuerzos enmarcha parareducir lasemisiones decarbono y promover actividades que ayuden aalmacenar yeliminar carbono. Esto hahecho del 2 2 carbonounvaliosoproductobásico.Conelfindeencontrarunaunidaddemedidacomún paraestamercancía,todoslosGEIseconvierten CO2-equivalentessecomercian enequivalentesdelCO enlosmercadosdecarbono, que (CO-eq)1.Los funcionan deformaparecidaalosmercadosfinancieros.Lamonedautilizadasonloscréditosdecarbo no.Enelmercadode carbono,simplificando,sealcanzaun acuerdoentreuncompradoryunvendedordecréditosde carbono.Quienesreducenemisionesosecuestrancarbono 95
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II recibenpagosyquienestienenquereducirsus emisiones pueden comprar créditos paracompensar susemisiones. “Lacompensación decarbono” conllevacompensar las emisionesquenopuedenevitarsepagandoaalguienpara que ahorre -secuestre- GEI. Los precios recibidos por unatoneladadeCO2 varíanmuchoydependen del tipo demercadoydeltipodeproyecto 2009,losprecios abarcaban decompensacióndecarbono.Durante desde1,90a13euros eq.Enlosúltimos añoshan (€)por tonelada deCO2- surgidonumerosos instrumentosfinancieros,mecanismosymercados. Financiarcarbonoquiere decir:¿cómosepuedeconseguirdinerousandocréditoso mercadosdecarbono? 2. MERCADOS DE CARBONO: Existendostiposdemercadosdecarbono:losdecumplimientoreguladoylosvoluntarios.El mercadoreguladoes utilizadoporempresasygobiernosque,porley,tienenquerendircuentas desus emisionesdeGEI.Estáreguladoporregímenesobligatorios dereduccióndecarbono,ya seannacionales,regionalesointernacionales. Enel mercadovoluntario, encambio,el comercio decréditosseproducesobreunabasefacultativa.Lasdimensionesdelosdosmercadosdifieren notablemente.En2008,secomerciaron enelmercado regulado 119.000millonesdedólares estadounidenses(US$),yenelvoluntario,704millonesUS$ (Hamiltonetal.,2009). Los tres mecanismos del Protocolo deKyoto son muy importantespara elmercado regulado:elMecanismoparaunDesarrolloLimpio(MDL),laEjecuciónConjunta(JI, siglasen inglés)yelRégimenparaelcomerciodederechosdeemisióndeGEIdelaUniónEuropea(ETS, siglaseninglés).AlgunospaísesnohanaceptadolegalmenteelProtocolodeKyoto,perotienen otrosesquemasdereduccióndeGEIvinculanteslegalmente,anivelestataloregional2.Lospaíse s endesarrollosólopuedenparticiparenelMDL.Engeneral,paraproyectosAFOLUapequeña escalaenpaísesendesarrollo,elmercadovoluntarioesmás interesantequeelregulado,porqueel mercadodeMDLtieneunosmecanismosyprocedimientosbastantecomplejosparaelregistro deproyectos,queexcluyenalamayoríadeproyectosagrícolas,forestalesy dereduccióndelas emisionesderivadasdeladeforestaciónydegradacióndelosbosques(REDD 96
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 7.- HIPÓTESIS Del eficiente diseño de un sistema de control, automatización y supervisión de un sistema de riego, dependerá el éxito de la arborización en los cerros de Quequeña – Arequipa. 8. VARIABLES 8.1 Variable Independiente Del eficiente diseño de un sistema de control, automatización y supervisión de un sistemas de riego. 8.2 Variable Dependiente Dependerá el éxito de la arborización en los cerros de Quequeña - Arequipa. Sistema de Variables TABLA 18. Variables e indicadores Variables Indicadores Variable Independiente Características y problemas del área de cultivo Cantidad de agua disponible Sistema de control de riego por goteo Estación de control Variable Dependiente Arborización permanente Arborización perdurable Supervisión continua 9. DISEÑO DE INVESTIGACION 9.1 UBICACION DEL PROYECTO Ahora podemos observar con detenimiento los resultados obtenidos para las características de los suelos en Quequeña. Resultado de promedio de análisis de materia orgánica, fósforo disponible K2O disponible, PH y sales para su valoración del nivel de fertilidad de suelos agrícolas del distrito tradicional de Quequeña Materia orgánica Fósforo K20 disponible Nivel de PH Sales : : : : : 1.56 B 6.75 B 874.69 A 7.58 MAL 6.00 S 97
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 9.1 LA REPRESA Las represas son estructuras cuya razón de ser se funda en la condición de que el agua que retienen se utilice con finalidades alternativas 9.2 REPRESAS DE MATERIALES SUELTOS Son presas de gravedad con materiales provistos por la naturaleza no sufren ningún proceso químico de transformación, siendo tratados y colocados mediante procedimientos de compactación propios de la mecánica de suelos. En su composición intervienen, piedras, gravas, arenas, limos y arcillas, siendo denominadas como presas de escollera cuando más del 50 % del material está compuesto por piedra y presas de tierra cuando son materiales de granulometrías más pequeñas. Cuando todo el material que componen las presas de materiales sueltos tiene las mismas características, se denominan homogéneas, pudiendo tratarse de materiales más o menos impermeables. O bien pueden ser heterogéneas, que son las más comunes, cuando se colocan diferentes materiales zonificados, con núcleo impermeable y materiales más permeables a medida que nos alejamos del centro de la presa. La impermeabilidad puede lograrse también mediante geomenbrana, pantallas o diafragmas La represa se encuentra ubicada a 1830 m de la plaza del distrito de turístico de Quequeña ubicada entre dos cerros donde se aprovechara los bordes izquierdo, derecho y posterior para represar el agua FIGURA 40 Ubicación de la represa 98
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 9.3 CALCULOS DE LA REPRESA FIGURA 41 Esquema de reservorio vista superior. FIGURA 42 Esquema de reservorio vista frontal. 9.3.1 Capacidad De La Represa Volumen = A * h ; A = Largo *ancho; h = Altura de Reservorio. V = (30 * 100 * 100) – (20*30*100)= 240 000 m3 (Esta es la capacidad del reservorio). Capacidad total de la represa en litros 99
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 9.3.2 Cálculos de La Geomenbrana FIGURA 43 Esquema de reservorio con bordo libre. Sabemos que la presa tiene un largo de 100 m AREA 1 A1= A3 = (36*100) = 3 600 m2 AREA 2 A1 = (60*100) = 6 000 m2 AREA TOTAL AT =A1+A2+A3 = 13 200 m2 9.3.3 Volumen de Tierra a Retirar FIGURA 44 Esquema de lo que se debe retirara la tierra Volumen de tierra a retirar=A * h ; A = Largo *ancho; h = Altura de Reservorio. Volumen de tierra a retirar=(50*30*100) – (20*30*100) Volumen de tierra a retirar = 90 000 m3 100
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 9.4 PRECIPITACIONES Las lluvias son variables comienzan a fines de diciembre y terminan los últimos días de marzo, en los años de sequía se inicia en enero, en algunas oportunidades se producen lluvias torrenciales debido a los cambios atmosféricos, el promedio de precipitación es FIGURA 45 Área de recolección Cálculos de áreas de recolección Cuyos lados son: Radio =560 m Se dividen en tres áreas dos rectángulos y un circulo Lado 1 A= 1360 m Lado 1 B= 860 m Lado 2 A = 520 m Lado 2B = 400 m Área circulo (AC) Área del rectángulo B (AB) Área del rectángulo A (AA) Área total de recolección (AT) 101
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 9.4.1 Cantidad de Litros Recolectados Precipitación = 9.5 SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO Datos del árbol: Área por árbol = 36 m2 Número de árboles por hectárea= 10000/32= 277 árboles/Ha 1mm = 1 litros/m2 un árbol 8 litros día 2 160 litros mes 64 800 litros año 650 000 litros Elementos: Cabezal de riego. Sistemas de filtrado Red de distribución. Tuberías Principal Secundaria laterales Emisores de agua. Goteros Autocompensantes Dispositivos de Medida, Regulador de presión Control y de Protección Regulador de caudal Medidor de presión Medidor de caudal Tensiómetros 102
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 9.5.1 Cabezal de Riego A) SISTEMAS DE FILTRADO Para el sistema de filtrado se eligió 2 filtros de arena. Los cuales estarán distribuidos de la siguiente manera: Filtro 1 Presión=150 psi Filtro 2 FIGURA 46 Sistema de filtrado Datos básicos Tabla 19 filtro de arena Tipo Grado de la presión: Maquinaria Uso Filtro de arena para la irrigación Gama de temperaturas 75 psi~ 300psi de trabajo: 103 0 ~ 65 °C
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 9.5.2 Red de Distribución A) SISTEMA DE TUBERIAS FIGURA 47 Sistema de tuberias y disposicion B) MEDIDAS DE LAS TUBERIAS: Cinta De Riego Por Goteo 100 Metros: FIGURA 48 Gotero 104
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II C) TUBERIAS UTILIZADAS TABLA 20 Tuberías utilizadas PRINCIPAL Diámetro 4 pulgada caudal 2880 litros/hora LATERALES Diámetro 1 pulgada caudal 2880 litros/hora CINTILLAS Diámetro 0.5 pulgada caudal 16 litros/hora Separación entre emisores 60 cm PENDIENTE DEL TERRENO LONGITUD MÁXIMA DE LATERAL Ascendente al 2% 100m Sin pendiente 140m Descendente al 2% 170m GOTERO LONGITUD MÁXIMA LATERAL No autocompensante 95m autocompensante 210m Considerando estos datos las medidas de las tuberías utilizadas serán: Diámetro línea principal: 4 pulgadas ,250 PSI Diámetro de la línea secundaria: 2 pulgadas,150 PSI Diámetro de las líneas laterales: 20 mm 15 laterales por hectárea 1 lateral riega 18 arboles 270 árboles por hectárea 27 000 árboles por 100 hectáreas 30 sensores por hectárea mas 6. Cintillas con 4 goteros para cada árbol. 105
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II D) EMISORES DE AGUA Para el proyecto usaremos los GOTEROS AUTOCOMPENSANTES: E) RELACION DE CAUDAL Y PRESION EN EL GOTERO AUTOCOMPENSANTE: TABLA 21 descargas Minima presion requerida para elgotero es 7.14psi Precio gotero autocompensante. 9.5.3 Comportamiento de La Presión y el Caudal La Figura 49 indica que los perfiles de presión presentados por los tres programas siguen el mismo patrón, y los resultados de ProMax, y EzThermo también se asemejan, uno a otro. La principal diferencia en la presión de descarga calculada, se debe a la cantidad de líquido pronosticado del comportamiento de equilibrio de fases. 106
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Figura 49.Perfil de presión por diferente software (Figura. 50), debido a que el consumo se reduce a cero, siempre va a existir un caudal perdido debido a las fugas y derroches.Estos planteamientos se pueden corroborar con la figura 50 donde tomando como fuente la información de las mediciones realizadas se llega a la siguiente conclusión: Fig.50: Curvas de Caudal vs Tiempo Q= a*T4+b*T3+c*T2+d*T+Q0 (2) Dónde: Q: caudal (l/s) T: tiempo en horas Q0: caudal inicial A, b, c, d: coeficientes que definen la presión. 107
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Al obtener las funciones, según estos gráficos, los coeficientes son: a= 0.0012, b= -0.0335, c= 0.2363 y d= -0.5754. Con R2 = 0.9912 Por último, se obtuvo la curva que relaciona el caudal en función de la presión, la cual se ajusta una función polinomial de grado 4 con R2= 0.9977 Fig. 51: Curvas de Caudal vs Presión De este gráfico se puede observar que a medida que aumenta la presión, el caudal disminuye, aunque parezca una aparente contradicción, se deba a que estas mediciones son realizadas a la entrada de una zona de estudio, en la cual con la medida que se valla realizando el riego y el sistema se vaya saturando, el caudal disminuye y el sistema gana en presión, ya que han disminuido las demandas del consumo de riego. Por último se confirma la relación inversamente proporcional entre la presión y el caudal, además, el comportamiento de estas dos variables es único para cada zona cambiando solamente los coeficientes de estas funciones. 10. INGENIERIA DEL PROYECTO 10.1 DISPOSITIVOS DE MEDIDA, CONTROL Y DE PROTECCIÓN Diagrama de bloques del Sistema de Control de riego 108
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 52 Diagrama de bloques del Sistema de Control de riego Diagrama de bloques del sensor de humedad FIGURA 52 Diagrama de bloques del sensor de humedad 109
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 10.2. Sensor de Humedad Para implementar el sensor de humedad usaremos lo siguiente: Tensiómetro El tensiómetro mide la tensión o la succión del agua del suelo. Este instrumento consiste de un tubo de plástico lleno de agua y herméticamente cerrado, equipado con un manómetro de vacío en la parte superior y una capsula de cerámica porosa en el extremo inferior . Funcionamiento El agua se mueve desde el tubo del tensiómetro a través de la cápsula de cerámica hacia el suelo en respuesta a la succión del agua del suelo (cuando el agua se evapora del suelo o cuando la planta extrae agua del suelo). El agua también se puede mover desde el suelo al tensiómetro durante el riego. A medida que el tensiómetro pierde agua, se genera un vacío en el tubo y éste es registrado por el manómetro. La mayoría de los tensiómetros tienen un manómetro graduado de 0 a 100 (centibars, cb, o kilopascales, kPa). Una lectura de 0 indica un suelo saturado. Conforme el suelo se seca, la lectura en el medidor aumenta. El límite funcional del tensiómetro es de aproximadamente 80 cb. Más allá de esta tensión, el aire entra a través de la cápsula de cerámica y provoca la falla del instrumento. Por lo tanto, estos instrumentos son más prácticos en suelos arenosos y con cultivos sensibles a la sequía, ya que éstos tienen un rango de manejo de la humedad del suelo menos amplio. Durante el riego, el agua retorna al tensiómetro y la lectura del manómetro se aproxima a 0. Algunos tensiómetros están equipados con pequeñas reservas de agua para reemplazar esta agua y reducir el mantenimiento requerido. FIGURA 53 funcionamiento del tensiómetro 110
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Estructura El instrumento consta de4 elementos principales: o Tubodelcuerpo:Aquí esdondesegeneranlaspresionesdevacíooriginadasporel esfuerzo que realiza la raízpara extraerel agua del suelo. o Capa cerámica: es de textura porosa y dejar fluir el agua tanto interna como externamente al tubo del cuerpo. o Vacuómetro:eseldispositivoqueregistralasvariacionesdepresionesde vacíoynosla muestra en unidades de Kilo-pascales(KPa) en unaescala del0 a-100 KPa ocentibares(cb). o Tapón:eselelemento selladorquepermitemantenerlapresióndentrodelcuerpodel tensiómetroytambiénelllenadodelinstrumentoconagua,seencuentraenlaparte superiordel instrumento. FIGURA 54 elementos del tensiómetro Instalación Antes de instalar el tensiómetro, se debe mojar el instrumento en un recipiente con agua durante 2 ó 3 días. Luego se deben dar los siguientes pasos: o Saturar el filtro de cerámica con agua para eliminar cualquier burbuja de aire. o Llenar el tubo con agua destilada, coloreada y tratada con alguicida. Remover las burbujas de aire (del tubo y del manómetro de vacío) golpeando suavemente la parte superior del tensiómetro. o Vaciar el aire del tubo del tensiómetro con una bomba manual de vacío hasta que el manómetro indique una lectura de 80-85. o Sellar la tapa adecuadamente. o Comprobar que la lectura que se obtiene en el manómetro cuando la punta del tensiómetro se sumerja en agua indique 0 kpa. 111
  • EPIE – UNSA o Diseño Electrónico II Instalar el tensiómetro cuidando que la cápsula de cerámica esté a la profundidad de la zona de raíces del suelo. Para cultivos con raíces más profundas, se debe instalar un tensiómetro a 24 o 36 pulgadas. o Usar una broca de Usar una broca de 7⁄8 o que tenga el mismo diámetro que el tubo del tensiometro para perforar un agujero a la profundidad deseada (menos la altura del extremo de la cerámica). Termine el agujero inicial con una sonda de diámetro más pequeño y empuje el tensiómetro para colocarlo en el lugar. La precisión de la lectura depende del buen contacto del dispositivo con el suelo. o Tape bien el agujero y vierta agua alrededor del tensiómetro para mejorar su contacto con el suelo, acumule de 3 a 4 pulgadas de tierra alrededor del tubo. También se puede rellenar el agujero con lodo del mismo suelo, vertiéndolo dentro del agujero antes de colocar el tensiómetro. Lecturase interpretación delvacuómetro o Cero(0KPa):Elsuelocircundanteestátotalmentesaturado, sepuedepresentardespués delluviasoriegosprofundos.Siestalecturaespersistentelaraízsufriráfaltadeoxígeno lo cual será perjudicial para la planta. o (0 –10KPa):Exceso deagua para el crecimiento de cualquierplanta. o (10 – 20KPa):Existen buenas condiciones de humedad y oxígeno pero todavía se encuentra en el límite de exceso de agua. o (20–40 KPa):Buenahumedadyaeraciónparaelcrecimientode arenosossepresentan2casos: lasplantas,parasuelos elprimeroessielsueloesdearenagruesapor locualla irrigacióndebeiniciarseenelrangode20a30KPa,mientrasquesielsueloesdefranco arenoso el rango es de 30a 40 KPa.(Este es elrango utilizado para elriego del molle). o (40–60KPa):Parasuelosarenososesterangodevaloresindicaqueelsueloestá demasiado seco yque es muysensible al calor. o (60–80KPa):Pocohumedadparasuelosarenosos,laplantasufrirádemasiadosdaños, se requiere riegoinmediato. o (80 – 100Kpa):El suelo está demasiado seco se requiere riego inmediato. Acondicionamiento de la señal del Tensiómetro: Parapoderconvertirlapresióndevacíogeneradadentrodelcuerpodeltensiómetroen unaseñaleléctrica,seconstruyóuncircuitoelectrónicodenominadopuente componente principal es una galga extensiométrica. 112 Wheatstone cuyo
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 55 Galga extensiométrica Enlapartesuperiordelinstrumentodemediciónoriginal,existeuntapón desilicioquesellaelcuerpodeltensiómetroy cuyafunciónesevitarlapérdidadepresión de vació,este elemento es enrroscable por lo que puedefácilmente ser removido. Parahacerdeltensiómetrounsensorelectrónico que permiteextraerunaseñaleléctrica sereemplazóeltapónoriginalporun deltensiómetro en elemento estecasovoltaje.Eldispositivo estáconformadoporunconectordobleroscadoy 2tapasdeacrílico,entreambastapas secolocan un materialsensiblealapresión(caucho,aluminio,teflón,etc.),dondereposa galgaextensiométricay semantienefija, hacequelagalgaextensiométricavaríeelvalorde Ladeformaciónde suresistenciaen función la estematerial alapresión suministrada,estasvariacionessonrelativamente pequeñasy esporesta razónquese necesita deuncircuitoquepueda convertirlasvariacionesderesistencia dela galga en voltaje. FIGURA 55 Soporte para la galga Utilizandounpuente Wheatstone,podemosobtenerunaseñalde tensión(mV)enfunciónalavariacióndepresióndentrodelcuerpodelsensoryporende en función a la variación de la resistencia de la galga extensiométrica. 113
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 56 Puente de Wheatstone El circuito consta de 2 resistencias de precisión de 124 +/-1% Ω, distribuidasenunadelasdosramasdelpuente las cuales van Wheatstone;enlaotraramadelpuente van:unagalgaextensiométrica de expansión,quetieneunvalorde120Ωenestadodereposoesdecir sindeformación,y una galga con las mismas características que la anterior solo que es de compresión; hacemos esto para linealizar la medición en el puente. Luegoderealizarexperimentosconelcircuitodelpuente Wheatstone,seobtienequelasalidaenvoltajevaríaenelrangode0a10mV, para los respectivos rangos de presión de 0 a 100KPa. Debido a las tensiones pequeñas generadas por el puente procedemos a amplificara la señal usando un amplificador de instrumentación: FIGURA 57. Amplificador de instrumentación La ganancia que debemos dar a la salida del puente de Wheatstone, que es: Para poder efectuar esta ganancia lo realizamos en dos etapas: o En la primera etapa tenemos un amplificador de instrumentación cuya ganancia es: o En la segunda etapa usamos un amplificador diferenciador cuyos parámetros son: 114
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II La entrada analógica al PLC es de 4mA a 20mA. Por lo tanto tenemos para nuestro acondicionamiento  para una tensión de salida  para una tensión de salida Por lo tanto la función de transferencia es: Entonces la ganancia del amplificador diferenciador: Finalmente tenemos los valores de las resistencias en el amplificador diferenciador: Realizamos el esquemático del circuito y la simulación en ORCAD, el cual es: PARAMETERS: p = 30k K=2 R = 120 dR = {R*K*p/E} E = 0.05G Vcc+ Vcc- 15Vdc 15Vdc Vcc+ Vcc- Vcc+ 4 0 V+ R_galga1 {R-dR} OUT 5 V- 11 R4 150k - 0 + U1C V+ OUT 10 R8 7 + U1B LM324 13 8 OUT R13 12 1k Vcc+ V2 0.5Vdc R6 R14 2.5k R7 150k 150k + U1D 14 A 312.5 I R12 Vcc+ 0 V1 1000uVdc Vcc+ 0 FIGURA 58 Esquematico realizado en ORCAD 16.5 115 - 1k 4 VccLM324 9 Vcc- 4 R10 124 R3 1.5k - 11 LM324 6 V- Vcc2 2.5k Vcc11 1 5Vdc R9 3 R2 150k V- - LM324 150k V- 2 R5 4 UB R_galga {R+dR} 1 11 R11 124 R1 150k OUT V+ + V+ 3 U1A 0
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 59. Simulación en PSPICE (Corriente en función de la tensión de succión detectada por el tensiómetro) 10.3. SENSOR DE CAUDAL Medidores térmicos de caudal Medidores térmicos de caudal El funcionamiento del medidor térmico de caudal se basa en el principio físico de la elevación de temperatura del fluido en su paso por un cuerpo caliente. Este aparato, que también recibe el nombre de medidor Thomas, consta de una fuente de alimentación eléctrica que proporciona calor constante al punto medio de un tubo por el cual circula un fluido. En los puntos equidistantes de la fuente de calor se encuentran sondas de resistencia para medir la temperatura del fluido. FIGURA 60 Sensor de caudal Cuando el fluido está en reposo, la temperatura es la misma en las dos sondas. Cuando el fluido circula por el tubo, transporta una cantidad de calor hacia la segunda resistencia T2, y 116
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II se produce una diferencia de temperaturas entre los dos elementos que va aumentando a medida que aumenta el caudal. La diferencia de temperaturas es proporcional a la masa del fluido que circula por el tubo de acuerdo a la ecuación: Dónde: Q = calor cedido por la fuente en calorías (cal) m = masa del fluido en g ce = calor específico del luido en cal/g ºC T1 = temperatura en sonda T1 en ºC T2 = temperatura de la sonda T2 en °C Las sondas de resistencia forman parte de un puente de Wheatstone y la tensión de salida resulta proporcional a la diferencia de temperaturas de las sondas. La tensión de salida del puente se puede amplificar y lograr por ejemplo, un rango de tensiones de 0 a 5V c.c. en el rango de temperaturas. La precisión que se logra con este tipo de instrumento es del orden de ±1% De lo anterior se concluye que: Por lo que: De lo anteriormente señalado, diseñamos un circuito a base de sensores de temperaturas que detecten este cambio, los sensores a usar son 2 NTC cuyos comportamientos son no lineales, basta usar un puente de wheatstone para linealizar su comportamiento. NTC: Su funcionamiento se basa en la variación de la resistencia de un semiconductor con la temperatura, debido a la variación de la concentración de portadores. Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentará también la concentración de portadores, por lo que la resistencia será menor, de ahí que el coeficiente sea negativo. Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando un coeficiente positivo en un margen de temperatura limitado. Usualmente, los termistores se fabrican a partir de óxidos semiconductores, tales como el óxido férrico, el óxido de níquel o el óxido de cobalto. Sin embargo, a diferencia de los sensores RTD, la variación de la resistencia con la temperatura es no lineal. Para un termistor NTC, la característica es hiperbólica. Para pequeños incrementos de temperatura, se darán grandes incrementos de resistencia. Por ejemplo, el siguiente modelo caracteriza la relación entre la temperatura y la resistencia mediante dos parámetros: 117
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II Con Dónde:  es la resistencia del termistor NTC a la temperatura T (K)  es la resistencia del termistor NTC a la temperatura de referencia  B es la temperatura característica del material, entre 2000 K y 5000 K. Para el acondicionamiento de la señal de los NTC usaremos un puente de wheatstone y una etapa de amplificación como se aprecia en el siguiente circuito: Circuito efectuado en el programa CAPTURE de ORCAD R1 PARAMETERS: 40k Ro = 10k 0 T = 273 Tcte = 313 To = 298 B = 4000 Vcc15Vdc NTC_1 {Ro*exp(B*(1/T-1/To))} R5 10k LM324 6 R2 11 V- - 10k OUT R3 5 10k NTC_2 {Ro*exp(B*(1/Tcte-1/To))} + 4 U1B 7 A V+ R4 10k R6 10k Vcc+ 15Vdc 0 0 FIGURA 61Circuito efectuado en el programa CAPTURE de ORCAD El sensor NTC 1 mide la temperatura del líquido debido al caudal El sensor NTC 2 mide la temperatura característica del líquido La diferencia de temperatura entre los dos sensores es proporcional al caudal que atraviesa en el dispositivo, por lo que simularemos el comportamiento de la tensión de salida en función de la variación de la temperatura. Usaremos la siguiente relación:  Para corresponde a un valor de caudal igual a cero. 118
  • EPIE – UNSA  Diseño Electrónico II Para corresponde a un flujo de caudal en el dispositivo. Simulación en PSPICE de ORCAD: Simulación en PSPICE FIGURA 62 Simulación PSPICE Del grafico podemos ver la tensión de salida del circuito acondicionador en función de la variación de la Temperatura realizada con el simulador PSPICE. 10.4. SENSOR DE PRESIÓN Sensor presión diferencial de líquidos: Se usa el sensor QBE64-DP4 Características del sensor:  Sistema de medida basado en la tecnología de palanca de cerámica  Construcción robusta y simple para una operación altamente fiable  Para gases y líquidos neutros o medianamente corrosivos  Tensión de alimentación de 24 V AC o 18...33 V DC  Señal de salida de 0...10 V DC Aplicación: La presión a monitorizar actúa sobre un elemento de sensor de cerámica. La presión medida se convierte electrónicamente en una señal de salida lineal de 0 ...10 V DC. Instrucciones de montaje:  El sensor QBE64-DP4 se puede conectar directamente con accesorios roscados R 1/8".  Deben tomarse precauciones especiales in situ al montar los sensores para garantizar conexiones roscadas herméticas.  Monte siempre el sensor en una zona más baja que los puntos de montaje de presión  Móntelo en una superficie sin vibraciones 119
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II  Evacúe siempre el sistema  Rango de medición de 0 a 4 bar. FIGURA 63. Montaje de control 10.2 ELEMENTOS DE CONTROL 10.2.1 Regulador de Presión FIGURA 64 Regulador de Presión a) CARACTERISTICAS Tensión de alimentación monofásica 230v 50/60Hz. Diámetro de aspiración e impulsión 1". Amperaje máximo del motor 10A. Presión de arranque 1,5bar. Presión máxima de trabajo 7bar. Diferencial mínimo entre arranque y paro 0,7bar Voltaje de control: 5 – 24 V 120
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 10.2.2 Reguladores de Caudal. FIGURA 65 Regulador de caudal TABLA 22. Especificaciones del regulador de caudal Presión de funcionamiento IP67 Salida 1.0Mpa-4.0Mpa, el nivel especial IP65 , IP68 de la protección de sobrepresión del surtidor (opcionales) 4-20mA salida actual, salida de la frecuencia 0-1kHz, salida de pulso por la energía 220VAC 10.2.3 Válvulas b) Electroválvulas: Electroválvula Hunter Para Riego 24v Solenoide. FIGURA 66. Electroválvula 2 pulgada $ 250 4 pulgada $ 400 121
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 10.2.4 Precios TABLA 23. Precios EQUIPO PRECIO $/METRO 520.00 filtro TUBERIAS 87.00 25.00 49.00 Principal 4 pulgadas Laterales 2 pulgadas Cintillas GOTERO autocompensante DISPOSITIVOS DE MEDIDA, CONTROL Y DE PROTECCIÓN Medidores De Caudal Medidores De Presión Medidores De humedad ELEMENTOS DE CONTROL Regulador de presión Reguladores De Caudal. VALVULA electroválvula 2 pulgada electroválvula 4 pulgada 0.27 90.00 100.00 200.00 67.24 100.00 250.00 400.00 10.3NÚMERO Y POSICIONAMIENTO DE SENSORES Primero tenemos que tener en cuenta el número que árboles que puede regar cada válvula, como se pudo observar en la distribución de válvulas y redes de tuberías podemos concluir que en cada válvula hay cinco líneas y en cada línea hay 18 árboles haciendo un total de 90 árboles por cada válvula. Ahora tenemos el tamaño de la población de árboles: 90 Asumiendo homogeneidad en la humedad por tratarse de un mismo terreno y del mismo árbol entonces podemos asemejarlo al 95% El nivel de confianza que sea del 95% es decir La probabilidad de fracaso es igual 5% El error máximo admisible en términos de proporción es del 10% Aplicando la fórmula: Luego tenemos: Con ello nos sale: 122
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II n =15 sensores o 15 árboles de los cuales se censarán su humedad. Con ello tenemos una idea sostenible para desarrollar nuestro proyecto. El número en todo caso puede variar según el posicionamiento y la homogeneidad del terrero entre 10 sensores y 20 sensores por cada válvula. En este caso el promedio por válvula será 15 sensores. Ahora como existen 3 válvulas por hectárea tendríamos 45 sensores por hectárea y 900 sensores para todo el proyectodeformación, y una galga con las mismas características que la anterior solo que es de compresión; hacemos esto para linealizar el puente. Luego de realizar experimentos con el circuito del puente Wheatstone, se obtiene que la salida en voltaje varíaen el rango de 0a10mV, para los respectivos rangos de presión de 0 a 100KPa. 123
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 10.4. DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA DE CONTROL FIGURA 68. Diagrama de flujo del sistema de control 124
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 10.5. DISEÑO DE LA RED FIGURA 67. Diseño de la red industrial 125
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 10.5.1 Programación En Lader Del Control Del Proceso 126
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 127
  • EPIE – UNSA 10.6. Diseño Electrónico II SUPERVICION DEL PROYECTOS, SISTEMAS Y EQUIPOS DE RIEGO AUTOMATIZADO Automatización de Equipos y Procesos Supervisar el comportamiento de todas las variables, monitoreando y atendiendo alarmas, exportando los indicadores de operación y gestión en la producción. Medición de las variables del proceso mediante la instalación de instrumentación. Implementación de lazos de control regulatorio, instalación de tableros de control PLC (controladores lógicos programables) y elementos de maniobra y protección eléctrica. Integración de control al sistema de supervisión que permite realizar el monitoreo de variables y gestión de alarmas mediante el diseño e instalación de cuartos de control o paneles de operación en el campo. Tablero Para las Instalaciones Hidráulicas y Eléctricas 128
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 69. Instalación, mantenimiento y reparación de instalaciones hidráulicas y eléctricas Tableros de Control Equipo TH MX se centra en sistemas de prueba In-Circuito (ICT),Su misión es directa: producir clientes satisfechos por medio del diseño, integración y mercadeo de soluciones tecnológicas y servicios para la industria de alta tecnología a través de un sistema creativo de clase mundial. Entre sus principales casos de éxito sobre sale el diseño y construcción del Banco de Prueba de vida IOLT (IntermittentOperatingLife Test), el cual permite configurar desde una interfaz de usuario las características de 10 reguladores de voltaje automotriz en forma simultánea aplicando temperaturas desde -40 hasta 150 grados Celsius en una cámara de temperatura extrema. Para esto, se incluyeron una cámara de temperatura (controlada por GPIB) y un rack de instrumentos PXI para generación de PWM, adquisición de datos, y generación de voltaje variable, logrando controlar y adaptar las señales de lectura y de inyección hacia las unidades bajo prueba, implementando hasta 160 canales digitales de entrada y/o salida, o como contadores independientes. Un caso que ejemplifica el contacto de TH MX con usuarios finales es el diseño de un equipo automático de pruebas para de sistema de riego que interactúa con la unidad bajo prueba (UUT) a través de un firmware embebido en el controlador “El objetivo era crear una máquina automática de prueba o ATE que pudiera medir el tiempo de prueba, de manufactura, que fuera fácil de probar y que fuera confiable” FIGURA 70. Tableros de automatización y control para sistemas de riego y aplicaciones especiales (fuentes, pozos, bombas, motores de combustión, equipos contra incendio, plantas de energía, etc.) Circuito Eléctrico De Posición De Sensores El siguiente esquema nos muestra la ubicación de los sensores ubicados en bloques de 5 líneas. Se ubicó 3 sensores por línea lo que hacen 15 sensores por bloque, la cabina de control está ubicada cerca a los sensores y actuadores. 129
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II FIGURA 71. Posición de sensores 130
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II 11. PLAN DE TRABAJO La planificación se llevó a cabo en base a las actividades programadas mediante el software MS Proyect. Se muestra con más detalle las actividades realizadas en el cronograma. 12. CRONOGRAMA Para realizar el cronograma del proyecto: Diseño de un sistema de control, automatización y supervisión de un sistema de riego para la arborización en los cerros de Quequeña utilizamos el software MS Proyect mediante el cual llevamos a cabo la organización y planificación del tiempo de nuestro proyecto. Los siguientes cuadros muestran detalladamente la planificación del proyecto TABLA 23. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES (MS Project) 131
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  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II CONCLUSIONES I. Se determinóla cantidad 5400 árboles a sembrar en 20hectáreaspara el sistema de riego por goteo. II. Se determinó la cantidad de agua requerida, de acuerdo al número de árboles y el número reservorio de hectáreas, así como se diseñó que la capacidad del es la suficiente para abastecer nuestro sistema así como futuras ampliaciones del proyecto. III. Definimos las variables de entrada y salida a controlar determinando como variables de entrada los sensores de humedad, presión y caudal. IV. Se determinó como variables de salida a controlar: la humedad mediante una válvula de apertura y cierre en base nivel de humedad del suelo, la presión mediante un regulador de presión que mantiene la presión constante en todos los puntos del sistema, lo cual permitirá que los goteros mantengan un caudal constante. V. Se diseñó un sistema de detección de errores en caso de ruptura u obstrucción de las tuberías del sistema de riego, en base a la lectura de datos de los sensores de caudal. VI. Se escogió un controlador lógico programable para llevar el control, teniendo en cuenta a la cantidad de entradas y salidas a controlar así como el manejo de redes industriales y una expansión a futuro. VII. Se realizó un algoritmo del sistema de control mediante el uso de un controlador lógico programable para el gobierno y correcto funcionamiento del riego por goteo. VIII. El proyecto será sostenible gracias a los beneficios que obtendremos debido a la venta de los bonos de carbono, esto sucederá a partir de la juventud del árbol aproximadamente 1 año de iniciado el proyecto. 133
  • EPIE – UNSA Diseño Electrónico II BIBLIOGRAFÍA 1. TESIS: ALLARI VELEZ, José Domingo; Reordenamiento y racionalización hídrica en el subsector de PIACA-POCSI del distrito de riego Chili Región Arequipa, Tesis de agronomía del año 2004 2. TESIS: NEYRA MENDOZA, Jesús, Valoración del nivel de fertilidad de los suelos agrícolas de la provincia de Arequipa, Tesis presentada en la escuela profesional de Agronomía, en al año 1998 3. TESIS: OCSA FLORES, Napoleón segundo, Formulación de una propuesta de distribución de agua de riego superficial en el sub sector de riego ACHOMA ANANSAYA, sistema de riego CCOLLPANI, sistema de riego COLCA-SIGUAS-CHIVAY región Arequipa. 4. J LOPEZ RITAS, J LOPEZ MÉLIDA, El diagnóstico de suelos y plantas, métodos de campo y laboratorio, tercera edición, año de publicación 1978, Madrid editorial MUNDIPRENSA 5. PEREIRA, LUIS El Riego y sus Tecnologías. Primera Edición. CREA-UCLM España 2010. 6. MEGH, R. y RAMIREZ B. Manejo de Riego Por Goteo. Segunda Edición. Colombia. 2007. 7. AGUDUELO, D. Automatización de Sistema de Riego Para el Cultivo de Flores Tipo Exportación. Tesis universidad Javeriana. Colombia 2005. 8. MEDINA J. y HIMEUR Y. Manual de Operación y Mantenimiento de un Sistema de Riego por Goteo. Primera Edición. PREDES, Fondo editorial Arequipa 2005. 9. AUTOMATIZACIÓN:TÓPICOS DE INSTRUMENTACIÓN YCONTROL Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú.Dirección Académica de Investigación 10. INGENIERÍA TÉCNICA AGRÍCOLAhttp://regantespozoalcon.com/archivos_subidos/Documentos/fundamentos_ del_diseo.pdf . Universidad Jaume I. España. 11. TENSIÓMETROS http://www.earthsystemssolutions.com/assets/2tenSP.html 12. TÉCNICAS DE RIEGO YAHORRO DE http://www.elriego.com/informa_te/Tecnicas_riego/tecnicas_ahorro.htm 134 AGUA