Energía solar fotovoltaica SENA

2. Integration of automation and Human Machine
Interface (HMI) and solar energy in fertigation for
cocoa, coffee, quinoa and sacha-inchi crops
Luis Alfonso Meneses Bermeo1, David Esteban Pupiales Figueroa2, Rodrigo A. Montaño F3
Centro de teleinformática y producción industrial CTPI
SENA Regional Cauca

3. INTRODUCCIÓN

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Pregunta de investigación
¿cómo integrar tecnologías de manera amigable en sistemas de riego de cultivos
(sacha inchi, cacao, quinua, café) en zonas rurales de Colombia incluyendo Zonas
no interconectadas, para mejorar los procesos productivos del agro Colombiano?

5. Desarrollar un sistema automatizado para riego y suministro de nutrientes,
mediante un sistema de fertirriego con supervisión remota y autónomo
energéticamente mediante energía solar fotovoltaica para cultivos de quinua,
sacha inchi, cacao y café.
OBJETIVO GENERAL

6. • Implementar un sistema de energía solar fotovoltaica que suministre la
energía eléctrica necesaria al sistema piloto de fertirriego.
• Implementar un sistema automatizado de monitoreo y control a partir de
la humedad, tipo y edad del cultivo, con interfaz de usuario, para el
fertirriego en cultivos de quinua, sacha inchi, cacao y café.
• Evaluar el funcionamiento del sistema piloto de fertirriego implementado
para los cultivos de referencia, en los casos de estudio.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS

7. MARCO TEÓRICO
Sensor de humedad YL-69
Sensor Especificaciones
YL-69
3.3V~ 5V
Rango humedad 0%-100%
4.98 4.87 4.85 4.7 4.6 4.4 4.3
3.98
3.68
3.2
2.735
2.3
1.95 1.75 1.65 1.45 1.3 1.1
0.8
0.4
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
Voltaje
(V)
Humedad (%)
Caracterización Sensor Humedad

8. Electroválvula: ZE-4F180 Gotero 2(L/h). Sensor De Flujo De Agua 1 a 30L/min
Electroválvula Especificaciones
ZE-4F180
1/2″ Nominal NPS
Presión de trabajo: 0.02 Mpa – 0.8 Mpa
Temperatura de trabajo: 1 ℃ – 75 ℃
Tiempo de respuesta (open): ≤ 0.15 sec
Tiempo de respuesta (close): ≤ 0.3 sec
Voltaje de actuación: 12VDC
Vida útil: ≥ 50 millones de ciclos
Potencia nominal 5W
Sensor de humedad YL-69
-10 a 80 *C
Sensor de temperatura
-50 a 125 *C

9. Humedad en suelo
1 2 3 4 5 6 7
20
30
40
50
60
70
80
HUMEDAD - SIN RIEGO
Días
Humedad(%)
Semana 1
Semana 2
Semana 3
Semana 4
Semana 5
Semana 6
1 2 3 4 5 6 7
55
60
65
70
75
Días
Humedad(%)
Humedad vs Día
Semana 1
Semana 2
Semana 3
Semana 4
Semana 5
Semana 6

10. MARCO METODOLOGICO

11. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Disposición de Sensores y actuadores

12. ADQ+ACTUADORES

13. Interfaz (HMI) sistema de fertirriego

14. Interfaz (HMI) sistema de fertirriego Personalizado

15. Interfaz (HMI) sistema de fertirriego – Variables del Cultivo

16. Interfaz (HMI) sistema de fertirriego – Programación

17. CONSUMO DE ENERGÍA DEL SISTEMA
Elemento Electroválvula Carga Total
Corriente (A) 1.7 1 2.7
Potencia (W) 20.4 12 32.4 Potencia de panel (W) 135
Regulador (A) 10
Protección (A) 10
2 banco acumulador (A*h) 20
Cableado (calibre) 14
ENERGÍA DE DISEÑO (SISTEMA FOTOVOLTAICO)

18. Sistema fotovoltaico- Autonomía energética

19. CONCLUSIONES
● Se logra el diseño de una interfaz de usuario amigable (HMI), multifunción y que permite la visualización de
de las variables de control y variables sensadas, además de permitir al usuario configurar el sistema para
cualquier otro cultivo.
● Gracias a la opción personalizada con la que cuenta el sistema, se permitirá la aplicación para otros cultivos de
manera fácil y dinámica, configurando el rango de humedad donde se quiere mantener el cultivo y la hora del
día donde se requiera suministro de nutrientes
● La opción que tiene el sistema implementado de descargar de datos sensados, permitirá realizar estudios
sobre el desarrollo del cultivo, permitiendo evaluar puntos fuertes, posibles mejoras y condiciones en los
siguientes procesos de siembra.
● Se busca la integración de energía solar fotovoltaica como fuente de autonomía energética que disminuya el
impacto ambiental por uso de energía y facilite la tecnificación de estas tecnologías en zonas rurales NO
interconectadas.

20. REFERENCIAS
[1] Douglas, M., Perdomo, M., Cuellar Medina, L. A., & Quiroga Medina, C. C (2018). Sistema automatizado de riego, fertilización y fumigado para cultivo de habichuela bajo
invernadero, monitoreado mediante aplicación móvil. Tesis pregrado, Universidad Nacional Abierta y a Distancia, Pitalito, Colombia
[2] Amaya García, E. A., & Ramírez Artiga, W. Y. (2017). Diseño de automatización de sistema de riego de invernadero para el desarrollo de la agricultura familiar en el marco de la
seguridad alimentaria: en vínculo con la ENA.
[3] Gavi, F. (s.f). Uso de fertilizantes [Pdf], secretaría de agricultura y ganadería, desarrollo rural, pesca y alimentación (sagarpa). Recuperado: 2013, 9 de mayo. Disponible en:
http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/Documents/fichasaapt/Uso%20de%20Fertilizantes.pdf, 2-8.
[4] SENA VIRTUAL. Servicios De Automatización , “ Material de Estudio Semana 1, La Automatización” disponible en: http://www.senavirtual.org.
[5]. Gañán Gañán L. E. y Castañeda Aguirre J. D.(2016). Diseño e implementación de un sistema SCADA para una estación multivariable didáctica. Tesis pregrado, Universidad
Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia.
[6]. Rodriguez, Aquilino (Mayo 2013). Sistemas SCADA. Tercera edición. C.V, México: Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V
[7] Ortiz, J. D. (2013). Viabilidad técnico-económica de un sistema fotovoltaico de pequeña escala. Visión electrónica, (1), 103-117.z
[8]. Sala, Gabriel (2012). Energía Solar Fotovoltaica, Madrid: Colegio Oficial De Ingenieros de Telecomunicación