Sistema de riego autónomo con autocalibración en diferentes tipos de suelos en función del grado de humedad en suelo.

Dispositivo compacto sin la necesidad de alimentación externa que integra todos los elementos necesarios para automatizar sistema de riego autónomo, y que actúa sobre unas electroválvulas, en función del grado de humedad de diferentes tipos de suelo y los requerimientos de riego establecidos, referenciados a partir de medidas de campo previas. El propio dispositivo tiene almacenado los diferentes rangos de grado de humedad en suelo, por lo tanto el dispositivo está autocalibrado. Además está dotado de un sistema de alimentación autónomo mediante un panel fotovoltaico. Constituye una alternativa a los actuales sistemas de riego que carecen de un criterio de selección de riego en función del contenido de agua del suelo y permite optimizar los recursos hídricos y es aplicable en el sector agrícola especialmente en los cultivos intensivos

Sistema de riego autónomo con autocalibración en diferentes tipos de suelos en función del grado de humedad en suelo.

Sector de la técnica

Empresas de riego, sistemas de control de riegos, instrumentación riego Potencial hídrico, Estrés hídrico, TDR, sector agrícola, cultivos intensivos, riego deficitarios.

Estado de la técnica

Respecto a los sistemas actuales de riego se distinguen principalmente entre los que suministran el riego según la frecuencia en función del número de aplicaciones diarias y entre aquellos sistemas de mayor complejidad constituidos por varios equipos interconexionados entre sí mediante datalogger. En función de la alimentación podemos encontrar sistemas autónomos alimentados por una pila de 9 V habitualmente o mediante fuente de alimentación externa.

Para obtener una medida de humedad en tierra se utilizan diferentes técnicas basadas en la medición de la constante dieléctrica del suelo, siendo los más habituales:

• Sensores capacitivos.

• Sondas TDR.

Los primeros consisten en un oscilador controlado por la capacidad equivalente que presentan los electrodos introducidos en el medio a medir. La frecuencia del oscilador será proporcional al contenido de agua del suelo. El principal inconveniente que puede presentar este tipo de dispositivos es la estabilidad del oscilador frente a cambios de temperatura y el efecto parásito de la conductividad del suelo sobre la frecuencia de oscilación. La principal ventaja de este tipo de sensores es su precio moderado.

El funcionamiento de las sondas TDR se basa en la relación que hay entre la velocidad de propagación de una onda electromagnética y la constante dieléctrica del medio. Para ello se excita la sonda mediante un pulso de corta duración y se mide el tiempo transcurrido hasta que se recibe el eco de la onda reflejada en el extremo final de la sonda. Conociendo la longitud real de la sonda podremos calcular la velocidad de propagación. El principal inconveniente de esta técnica es la necesidad de resolver tiempos extremadamente cortos lo cual encarece la electrónica del dispositivo. Los sistemas de riego basados en sondas TDR, además de un mayor coste presentan la desventaja de un mayor consumo.

El sistema desarrollado tiene como finalidad el dosificar y optimizar de la mejor manera posible los escasos recursos hídricos de aquellas zonas que por su situación climática o geográfica carecen de recursos suficientes y se ven en la obligación de implantar sistemas de riego selectivo con los elevados costes que éstos suponen.

El sistema que se describe basa su funcionamiento en el estudio del contenido de humedad en el suelo a partir del grado de humedad, mediante esta técnica se obtienen unos resultados con suficiente fiabilidad para controlar un sistema de actuadores que activarán unas electroválvulas tantas como bocas de riego se necesiten. La ventaja fundamental que presenta este sistema es la unificación de todos los bloques que se necesitan para un sistema de riego en un solo módulo que integra tanto el propio sensor de humedad en tierra, salidas de potencia para activar las electroválvulas, el controlador basado en un microcontrolador y su propia alimentación procedente de una célula solar que alimenta al sistema.

Descripción de la invención

El sistema de captación de humedad en suelo basa su funcionamiento en la medida de la conductividad eléctrica que presenta el medio a sensar. Para ello se emplean dos varillas de acero, estas varillas están aisladas entre sí. El diseño del sensor hace posible que no exista un error en la medida causado por diferencias de profundidad o de separación de las varillas, ya que la conductividad presenta fluctuaciones debidas a las deformaciones en el suelo.

El sistema desarrollado incorpora además del sensor descrito, un módulo de control interno, y unas salidas para activar tanto las diversas electroválvulas como la bomba de agua para el llenado del depósito de distribución de agua si lo hubiera.

Figura 1. Dispositivo de medición en campo.

Figura 2. Variación de la conductividad con suelo saturado, con abundante grado de humedad. T (mV) representa la tensión de salida en milivoltios, t(min) tiempo en minutos.

Figura 3. Variación de la conductividad con suelo seco, con escaso grado de humedad. T (mV) representa la tensión de salida en milivoltios, t(min) tiempo en minutos.

Figura 4. Variación de la conductividad con grado de humedad óptimo. T (mV) representa la tensión de salida en milivoltios, t(min) tiempo en minutos.

Figura 5. Esquema de comportamiento del sistema con el punto óptimo de riego. T (V) representa la tensión de salida en voltios.

Las dos varillas están colocadas a la salida de un divisor resistivo, excitadas mediante un oscilador senoidal, de esta forma obtenemos a la salida una caída de tensión alterna proporcional a la conductividad eléctrica del terreno consiguiendo así la no polarización de los electrodos, la señal es tratada para su procesamiento mediante un sistema de control. Los datos obtenidos son muestreados y comparados con los datos adquiridos en diferentes tipos de suelo, con medidas de campo realizadas con el propio sensor mediante distintas muestras inalteradas.

Con la técnica empleada se obtienen muestras reales de humedad en varios tipos de suelo principalmente en suelos francos, francos arenosos y francos arcillosos.

Para calibrar el sensor se han obtenido datos de la caída de tensión entre las dos varillas y su relación con el grado de humedad del suelo.

Comparando los niveles de tensión procedentes de la caída de tensión entre los electrodos y los datos almacenados en el microcontrolador se establece un umbral crítico para determinar el punto de riego óptimo para un mejor aprovechamiento de los recursos hídricos disponibles.

También existe la posibilidad de cambiar el punto crítico de riego, ya que el sistema incorpora unos interruptores con opción de seleccionar varios tipos de suelo modificando la referencia de control mediante programa.

Para alimentar al sistema se puede emplear desde una fuente de alimentación hasta una célula fotovoltáica que alimente directamente al sistema o cargue una batería y ésta sea la que suministre energía al sistema. Además existe un control de ahorro de energía con un bajo consumo.

Todo el sistema está integrado en una única caja de control con los siguientes elementos:

1. Sistema de riego en diferentes tipos de suelos en función del grado de humedad en suelo caracterizado por comprender los siguientes elementos: