1 
 
 
 
 
 
 
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTÓNOMO PARA 
EL CULTIVO DE MAÍZ EN LA FINCA LA REFORMA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Guillermo Enrique Muñoz Serrano 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
 
PROGRAMA DE INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN 
 
BOGOTÁ D.C. 
 
2015 
2 
 
 
 
 
 
 
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTÓNOMO PARA 
EL CULTIVO DE MAÍZ EN LA FINCA LA REFORMA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GUILLERMO ENRIQUE MUÑOZ SERRANO 
 
 
 
 
Monografía 
 
 
 
Director: Pedro Fernando Martín Gómez, Dr. Ing. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
 
PROGRAMA DE INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN 
 
BOGOTÁ D.C. 
 
2015 
3 
 
 
 
 
 
Nota de aceptación 
 
____________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
____________________________ 
         Firma del jurado 
 
 
____________________________ 
         Firma del jurado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bogotá D.C. __ de ___________ de ____  
4 
 
For my mother, my own Rosseta Stone. 
 
For my father and sisters wherever they 
are. 
 
Guillermo 
  
5 
 
CONTENIDO 
 
Pág 
 
 
INTRODUCCIÓN   ................................................................................................. 11
GENERALIDADES  ............................................................................................... 12
1. CÁLCULO CAUDAL DEL ACUIFERO   ........................................................... 13
2. CÁLCULO DE CAUDALES DEL SISTEMA   ................................................... 21
2.2. CÁLCULO DEL CAUDAL DE LA MANGUERA   .......................................... 22
3. DISEÑO DEL CIRCUITO DE RIEGO   ............................................................ 29
3.1. CÁLCULO DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD   ......................................... 29
3.2. DISTRIBUCIÓN ÁREA DE RIEGO   ............................................................. 33
3.3. CIRCUITO DE RIEGO  ................................................................................ 33
4. CÁLCULO DE LOS MOTORES DE LAS ELECTROVÁLVULAS   ................... 39
4.1. CÁLCULO DEL TORQUE DEL MOTOR   .................................................... 39
4.2. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL MOTOR   ............................................ 42
4.3. CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL MOTOR   .............................................. 43
5. SELECCIÓN SENSORES   ............................................................................. 47
5.1. CARACTERIZACIÓN DEL SENSOR   ......................................................... 49
5.1.1. Circuito de prueba   ................................................................................... 49
5.1.2. Funcionamiento del sensor   ..................................................................... 50
5.1.3. Obtención de los datos   ........................................................................... 51
5.1.4. Formulación del sensor   ........................................................................... 54
6. SISTEMA DE INFORMACIÓN BÁSICO   ........................................................ 55
6.1. SOFTWARE DE ADQUISICIÓN DE DATOS   .............................................. 55
7. SISTEMA DE CONTROL   .............................................................................. 57
7.1. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA.   ............................................... 57
8. DISEÑO ELECTRÓNICO   .............................................................................. 60
9. RESULTADOS   .............................................................................................. 62
9.1. RESULTADOS FÍSICOS.   ........................................................................... 62
9.2. RESULTADOS ECONÓMICOS   ................................................................. 69
10. CONCLUSIONES   ....................................................................................... 70
6 
 
11. RECOMENDACIONES   .............................................................................. 71
12. BIBLIOGRAFÍA   .......................................................................................... 72
ANEXO 1   ............................................................................................................. 74
ANEXO 2   ............................................................................................................. 76
ANEXO 3   ............................................................................................................. 80
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
 
LISTA DE TABLAS 
 
Pág 
 
Tabla 1. Profundidad del acuífero en los diferentes puntos(m).   ............................ 16
Tabla 2 Tiempos de recorrido del flotador.   ........................................................... 18
Tabla 3. Viscosidad dinámica del agua a diferentes temperaturas   ....................... 24
Tabla 4. Rugosidad absoluta de los materiales.   ................................................... 25
Tabla 5 Características técnicas de los aspersores.  ............................................. 27
Tabla 6. Tipos comunes de suelos.   ...................................................................... 30
Tabla 7. Ciclo  de vida del maíz porva.  ................................................................. 31
Tabla 8. Porcentaje de humedad con respecto al tiempo.   .................................... 32
Tabla 9. Fuerzas obtenidas y promedio de las mismas.   ....................................... 41
Tabla 10. Especificaciones técnicas del motor (traducida por él autor).   ............... 45
Tabla 11. Costo para hacer las electroválvulas.   ................................................... 45
Tabla 12. Características sensor de humedad en suelo Decagon.   ....................... 47
Tabla 13. Especificaciones técnicas del Sensor de humedad contenida SEN0114.
 ............................................................................................................................. 48
Tabla 14. Datos experimentales.   .......................................................................... 53
Tabla 15. Relación entre la humedad y el voltaje así como su equivalencia entre 0 
– 255.   ................................................................................................................... 58
Tabla 16. Componentes electrónicos.   .................................................................. 60
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Pág 
 
 
Figura 1. Medición de caudal con flotador.   ........................................................... 13
Figura 2. Medición de las profundidades de acuífero.   .......................................... 14
Figura 3. Zona de toma del agua.   ........................................................................ 14
Figura 4. Marcas para cálculo de velocidad.   ........................................................ 15
Figura 5. Medida ancho de la boca del canal.   ...................................................... 15
Figura 6. Toma medidas de profundidad.   ............................................................. 16
Figura 7. Toma de la medida de longitud del canal.   ............................................. 17
Figura 8. Aspersor radial 70-10-30G, fabricado por Intecmecol.   .......................... 27
Figura 9. Diagrama hipotético de los componentes del suelo.  .............................. 30
Figura 10. Consumo de agua en el cultivo de maíz.   ............................................. 31
Figura 11 Posibles distribuciones del sistema de riego.   ....................................... 33
Figura 12. Válvula tipo bola.   ................................................................................. 34
Figura 13. Empalme de la manguera de distribución a la manguera de repartición 
del circuito.   ........................................................................................................... 34
Figura 14. Zona de cultivo.   ................................................................................... 35
Figura 15. Comparación entre Aspersores 70–30–10G y uno convencional de ½”.
 ............................................................................................................................. 35
Figura 16 Estructuras para soporte y control de los aspersores.   .......................... 36
Figura 17. Montaje De la estructura.   .................................................................... 36
Figura 18. Unión de la estructura a la manguera de distribución.   ......................... 37
Figura 19. Unión de la estructura a la manguera de distribución.   ......................... 37
Figura 20. Circuito activo.  ..................................................................................... 38
Figura 21. Dinamómetro de resorte peso máximo 12 kg.   ..................................... 39
Figura 22. Calibrador Mitutoyo.   ............................................................................ 40
Figura 23. Válvula PVC 1” presión Máxima 350 psi.  ............................................. 40
Figura 24. Proceso experimental de obtención de la fuerza.   ................................ 41
Figura 25  Medidas del motor.   .............................................................................. 44
Figura 26. Electroválvula.   ..................................................................................... 46
Figura 27. EC-5 sensor de humedad del suelo   .................................................... 47
Figura 28. Sensor de humedad contenida SEN0114.   .......................................... 48
Figura 29.  Diagrama eléctrico de la prueba de laboratorio.   ................................. 50
Figura 30. Circuito de alimentación del sensor.   .................................................... 50
Figura 31. Diagrama del circuito interno del sensor de humedad contenida 
SEN0114.   ............................................................................................................ 51
Figura 32. Vasos con tierra a diferentes % de humedad   ...................................... 51
Figura 33. Medidor de humedad contenida.   ......................................................... 52
9 
 
Figura 34. Toma de datos.   ................................................................................... 52
Figura 35. Relación Voltaje Vs % de humedad.   ................................................... 53
Figura 36. Conexión PIC 18F4550 al computador por medio de un Max232   ........ 55
Figura 37. Diagrama de flujo programa PC.   ......................................................... 56
Figura 38. Diagrama de bloques del control de riego.   .......................................... 57
Figura 39. Diagrama de flujo.   ............................................................................... 59
Figura 40. Diseño electrónico.   .............................................................................. 61
Figura 41. Primer cultivo.   ..................................................................................... 63
Figura 42. Primer cultivo, atraso por falta de riego.   .............................................. 64
Figura 43. Cultivo prototipo, primeras etapas de crecimiento.   .............................. 64
Figura 44. Cultivo a los 2 meses.   ......................................................................... 65
Figura 45. Cultivo a los 2 meses.   ......................................................................... 65
Figura 46.  Primer cultivo a los 3 meses aproximadamente.   ................................ 66
Figura 47. Cultivo a los 4 meses.   ......................................................................... 66
Figura 48. Fruto en estado de mazorca.  ............................................................... 67
Figura 49. Comparación mazorca cultivo prototipo con un fruto de la primera 
cosecha.   .............................................................................................................. 67
Figura 50. Resultados cultivo prototipo.   ............................................................... 68
Figura 51. Resultados cultivo prototipo.   ............................................................... 68
Figura 52. Resultados cultivo prototipo.   ............................................................... 69
 
 
  
10 
 
LISTA DE ANEXOS 
 
Pág 
 
ANEXO 1   ............................................................................................................. 74
ANEXO 2   ............................................................................................................. 76
ANEXO 3   ............................................................................................................. 80
  
11 
 
INTRODUCCIÓN 
 
 
La implementación de un sistema de riego autónomo en la finca la Reforma tenía 
como propósito fundamental eliminar los daños por aplastamiento y fractura de las 
plantas, las pérdidas por falta de irrigación en varias áreas,  los costos adicionales 
por mano de obra evitando desperdicios de agua debido a que se utiliza solo 
cuando es necesaria y así evitar la erosión por sobre riego y el desabastecimiento 
de otros cultivos por desvío de afluentes hídricos.  
 
 
Al ser autónomo permite el avance del cultivo sin la presencia permanente del 
operador, lo que fomenta de manera indirecta la ampliación de los cultivos pues un 
solo agricultor puede controlar un área más grande de cultivo, junto con los 
beneficios adicionales que trae para el consumo, el uso y el menor desperdicio de 
fertilizantes y de agua, además, del incremento en rendimiento del cultivo con 
mejores características del producto. 
 
 
Para el diseño e implementación de un sistema de riego autónomo para cultivo de 
maíz, en un área piloto de la finca la Reforma, se realizaron los siguientes pasos: 
 
 
• Seleccionar el sistema de riego más adecuado a utilizar. 
• Diseñar y construir el sistema  seleccionado. 
• Seleccionar los componentes comerciales disponibles para utilizar en el 
sistema. 
• Desarrollar los componentes complementarios requeridos para el 
sistema de riego. 
• Diseñar y construir el sistema de control. 
• Implementar el sistema de riego con control automático. 
• Generar un sistema de información básico inicial a partir de los datos del 
cultivo. 
• Diseñar la interfaz humano-máquina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
GENERALIDADES 
 
 
El no garantizar el riego de toda el área de cultivo, las pérdidas por aplastamiento 
y/o quiebre de las plántulas, la mano de obra para el traslado del aspersor 
generan una menor producción, la pérdida de tiempo que repercute a la hora de 
desarrollar otras labores propias del cultivo  y otros costos adicionales que se 
pueden ver altamente disminuidos con la implementación de un sistema confiable 
y controlado. Adicionalmente, se presentan pérdidas por baja producción del 
cultivo; ocasionadas por el bajo rendimiento debido a la falta o exceso de irrigación 
de las plantas y a la irregular distribución y escasa aplicación del riego en zonas 
inalcanzables y/o de superposición; generadas con la distribución radial del riego; 
provocando  ejecución incompleta o no ejecución de otras tareas en el cultivo. El 
sistema propuesto  permite conseguir una reducción considerable de tiempos, 
consumo de agua y pérdidas físicas por ruptura o aplastamiento de las plantas.  
 
 
 Delimitación del proyecto 
 
 
El proyecto se llevó a cabo en la finca la Reforma, ubicada en la vereda de Guina, 
municipio de Machetá, departamento de Cundinamarca, Colombia; en un cultivo 
de maíz tipo porva,  con un área de 2400 m2
 
, tomado como cultivo piloto para la 
implementación del sistema de riego autónomo en tiempo real; el cual se activa 
por medio de sensores ubicados en terreno que envían las medidas a un sistema 
de adquisición de datos y toma de decisiones on-off  activando o desactivando los 
actuadores. 
 
También se desarrolló un sistema de información básico, que sirvió como 
plataforma para que el usuario conociera el desenvolvimiento del sistema. 
 
Hay que tener en cuenta que el diseño es flexible y permite  la expansión del 
sistema para facilitar que en un proyecto futuro se pueda implementar la 
dosificación de los fertilizantes solubles. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
 
1. CÁLCULO CAUDAL DEL ACUIFERO 
 
 
La fuente de alimentación de agua es la quebrada de El Ratón, un afluente 
acuífero que se encuentra a 150 m de la finca;  el tendido de manguera que llega 
a la finca consta de una manguera de 1” de diámetro y 500 m de longitud, que trae 
el agua desde una altura de 50 m. Para el desarrollo del proyecto era necesario 
conocer el caudal del acuífero ya que esta información es uno de los pilares que 
sustentan el diseño. 
 
Para el desarrollo de este proyecto se usó como método para conocer el caudal, el 
sistema más sencillo y menos invasivo que existe, el método por flotador ya que 
por razones legales la CAR (Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca), 
tiene prohibido cualquier tipo de medición que intervenga de manera invasiva las 
fuentes de agua. 
 
El método consiste en seleccionar una sección del acuífero lo mas recta posible, 
colocar dos marcas, soltar un flotador en el agua y cronometrar el tiempo que 
tarda en hacer el recorrido, como se puede observar en la figura 1. 
 
 
Figura 1. Medición de caudal con flotador.  
 
Fuente: Manual práctico para el diseño de sistemas de minirriego. Programa 
Especial para la Seguridad Alimentaria (PESA). Gobierno de Honduras. 
 
Para garantizar que el cálculo sea lo más exacto posible se debe medir la 
profundidad del acuífero en varias secciones como se muestra en la figura 2. 
 
14 
 
Figura 2. Medición de las profundidades de acuífero.  
 
Fuente: Manual práctico para el diseño de sistemas de minirriego. Programa 
Especial para la Seguridad Alimentaria (PESA). Gobierno de Honduras. 
 
 
En las figuras 1 y 2 se muestran las condiciones básicas para el desarrollo de la 
medición, donde: 
 
 
 L: Distancia que recorrerá el flotador para medir su velocidad. 
 a: Ancho de la quebrada. 
 Pn
 
 
La zona donde se hizo el cálculo de caudal está ubicada en la quebrada el Ratón, 
vereda de Guina, municipio de Machetá, departamento de Cundinamarca, 
Colombia. Para ello se seleccionó el lugar más apropiado posible como se ve en la 
en figura 3. 
 
: Profundidad del acuífero en un punto determinado 
Figura 3. Zona de toma del agua.  
 
Fuente el autor. 
15 
 
 
Luego se colocaron marcas de recorrido a una distancia de 1.54 m, como lo 
muestra la figura 4. 
 
 
Figura 4. Marcas para cálculo de velocidad. 
 
Fuente: El autor. 
 
Se midió el ancho de la boca del canal, ver figura 5. 
 
Figura 5. Medida ancho de la boca del canal.  
 
 
Fuente: El autor. 
 
Se tomaron las medidas de profundidad, en este caso cada 5 cm a lo ancho de la 
boca, ver figura 6. 
16 
 
Figura 6. Toma medidas de profundidad.  
 
Fuente: El autor. 
 
Luego se midió la distancia entre marcas, obteniendo los siguientes resultados: 
 
 
L: 1,54 m 
a:  0,68 m 
 
Distancia entre puntos de medida (Pn
Tabla 1. Profundidad del acuífero en los diferentes puntos (m). 
 
): 0,05m; la tabla 1 contiene los datos de las 
profundidades a lo ancho del acuífero. 
 
  
P P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 8 
0,05 0,09 0,09 0,088 0,095 0,09 0,07 0,08 
P P9 P10 P11 P12 P13 P14  15 
0,078 0,079 0,085 0,075 0,080 0,084 0,02  
Fuente: El Autor. 
 
 
Cálculo la profundidad promedio (Pp
 
𝑃𝑃𝑃𝑃 =
∑ 𝑃𝑃𝑖𝑖
𝑛𝑛
𝑖𝑖=1
𝑖𝑖
 
 
) en metros, según ecuación 1: 
 
( 1) 
 
  
17 
 
𝑃𝑃𝑃𝑃 = 0,077 𝑚𝑚 
 
 
Donde: 
 
 
Pi
Figura 7. Toma de la medida de longitud del canal. 
 = Profundidad en el punto sub-i (m). 
 
 
i = Numeración del punto de toma. 
 
 
En la figura 7 se observa cómo se tomó la medida de longitud del canal, tomando 
como referencia para la medida las marcas previamente hechas. 
 
 
 
Fuente: El autor. 
 
 
En la tabla 2 se muestran los tiempos de recorrido del flotador. 
 
 
Donde: 
 
 
Ti = Tiempo usado en el recorrido en la iteración sub-i (s). 
 
 
i = Numeración de la iteración. 
 
18 
 
Tabla 2 Tiempos de recorrido del flotador.  
 
No. De 
Toma Tiempo (s) 
No. De 
Toma 
Tiempo 
(s) 
No. De 
Toma 
Tiempo 
(s) 
1 7,31 21 7,90 41 7,19 
2 6,91 22 6,88 42 6,89 
3 7,41 23 6,42 43 6,94 
4 7,91 24 7,13 44 7,42 
5 6,63 25 7,45 45 6,80 
6 7,53 26 7,21 46 7,02 
7 7,16 27 7,45 47 7,16 
8 6,34 28 7,18 48 6,98 
9 6,50 29 6,99 49 7,96 
10 7,00 30 7,02 50 6,40 
11 6,32 31 7,49 51 7,10 
12 7,19 32 6,69 52 7,15 
13 7,45 33 7,35 53 6,99 
14 6,42 34 8,01 54 7,40 
15 6,80 35 7,25 55 7,25 
16 6,94 36 7,46 56 6,83 
17 7,12 37 7,80 57 7,00 
18 7,36 38 9,58 58 7,42 
19 7,50 39 6,78 59 7,18 
20 6,12 40 7,45 60 7,32 
Fuente: El autor. 
 
 
Cálculo del tiempo promedio (ecuación 2): 
 
𝑡𝑡𝑃𝑃 =
∑ 𝑡𝑡𝑖𝑖
𝑛𝑛
𝑖𝑖=1
𝑖𝑖
 
( 2) 
 
𝑡𝑡𝑃𝑃 = 7,14 𝑠𝑠  
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
tp = Tiempo promedio en segundos 
 
 
19 
 
Teniendo la profundidad promedio (PP) y el ancho (a) se calculó el área (A), luego 
se obtuvo el tiempo promedio (tp
𝐴𝐴 = 𝑃𝑃𝑃𝑃 ∗ 𝑎𝑎 
);  con el área y la distancia entre puntos (L), fue 
calculada  la velocidad (V).  Al multiplicar la velocidad por el área; se obtiene el 
caudal (Q); ya que la superficie de la quebrada es rocosa, se presenta una 
variación entre el caudal superficial y el caudal en el fondo del acuífero, por ello se 
debe usar un factor de corrección que en este caso es 0,8; aclaración descrita en: 
http://www.pesacentroamerica.org/biblioteca /manual_de_riego.pdf. 
 
 
Cálculo del área transversal de la quebrada (ecuación 3): 
 
 
( 3) 
 
 
Donde: 
 
 
A  = Área (m2). 
Pp
𝐴𝐴 = 0,077 𝑚𝑚 ∗ 0,68 𝑚𝑚 
 =  Profundidad promedio (m). 
a  = Ancho del canal (m). 
 
 
𝐴𝐴 = 0,05236 𝑚𝑚2  
 
 
 
Cálculo de la velocidad promedio (ecuación 4): 
 
 
𝑉𝑉 =
1,54 𝑚𝑚
7,14 𝑠𝑠
 
( 4) 
 
𝑉𝑉 = 0,2157
𝑚𝑚
𝑠𝑠
  
 
 
Cálculo del caudal (ecuación 5): 
 
 
𝑄𝑄 = 𝑉𝑉 ∗ 𝐴𝐴 ∗ 0,8 ( 5) 
  
  
  
Donde: 
 
 
V = Velocidad (m/s). 
20 
 
Q  = Caudal (m3
𝑄𝑄 = 0,02158
𝑚𝑚
𝑠𝑠
∗  0,05236 m2 ∗  0,8 
/s). 
 
𝑄𝑄 = 0,009 𝑚𝑚3/𝑠𝑠 
𝑄𝑄 =   32,4 𝑚𝑚3/ℎ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
 
2. CÁLCULO DE CAUDALES DEL SISTEMA 
 
Para evitar la absorción de aire por la manguera, se debe hacer un pequeño 
reservorio cuyo volumen (ecuación 6) está restringido por el espacio en la 
quebrada misma, evitando una intervención significativa en el acuífero que 
causaría sanciones por parte de la CAR y cuyas medidas son las siguientes: 
 
 
𝑎𝑎 = 0,68𝑚𝑚 ( 6) 
ℎ𝑝𝑝 = 0,20𝑚𝑚  
𝐿𝐿 0 1,54𝑚𝑚  
𝑉𝑉𝑝𝑝 = 𝐿𝐿 ∗ 𝑎𝑎 ∗  ℎ𝑝𝑝   
𝑉𝑉𝑝𝑝 = 0,21𝑚𝑚3  
 
Donde: 
 
 
L ( m) = Longitud del reservorio 
a (m) = Ancho de la boca 
hp (m) = Profundidad promedio 
Vp (m3
2.1. CÁLCULO DE LA PRESIÓN AL FINAL DE LA MANGUERA 
) = Volumen Promedio 
 
 
 
 
La presión final de la manguera es útil para seleccionar las terminales, uniones, 
aspersores y otros elementos requeridos para la construcción del circuito de riego, 
para hallarla se usó la ecuación de Bernoulli, YOUNG, Hugh y FREEDMAN, 
Roger:2009, ver ecuación 7. 
 
 
𝑷𝑷𝒇𝒇 = (𝝆𝝆 ∗ 𝒈𝒈 ∗ 𝒉𝒉) + 𝑷𝑷𝒂𝒂𝒂𝒂𝑷𝑷𝒂𝒂 ( 7) 
 
 
 
Donde: 
 
 
Pf = Presión final (N/m2). 
ρ = Densidad del agua (kg/m3). 
g = Aceleración de la gravedad (m/s2). 
h  = Altura del punto de toma del agua (m). 
PatPT = Presión atmosférica en el punto de toma (N/m2)  
 
22 
 
La presión atmosférica en el punto de toma se calcula por medio de la ecuación 8, 
recuperado de: http://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_pressure. 
 
𝑃𝑃𝑎𝑎𝑡𝑡𝑃𝑃𝑎𝑎 =  𝑃𝑃𝑎𝑎𝑡𝑡  . 𝑒𝑒
−
𝑔𝑔∗𝑀𝑀∗ℎ
𝑅𝑅∗𝑎𝑎  (8) 
  
  
Donde: 
 
PatPT = Presión atmosférica en el punto de toma (N/m2). 
Pat = Presión atmosférica en el punto de toma (N/m2). 
e = Número de Euler. 
g = Aceleración de la gravedad (m/s2
𝑃𝑃𝑎𝑎𝑡𝑡𝑃𝑃𝑎𝑎 =  101325 . 𝑒𝑒
−
9.8∗0.029∗1950
8.314∗293.15  
). 
M = Masa molar del aire seco (Kg/mol). 
h = Altura del punto de toma (m). 
R = Constante universal de los gases (mol*K). 
T = Temperatura promedio del punto de toma. (K). 
 
 
 
𝑃𝑃𝑎𝑎𝑡𝑡𝑃𝑃𝑎𝑎 =  80717.044 𝑃𝑃𝑎𝑎  
 
 
Conociendo la presión atmosférica en el punto de toma podemos calcular la 
presión final  
 
 
Pf = (1000 Kg/m3 * 9,8 m/s2 * 50 m) + 80717.044 Pa 
Pf = 570717.044 Pa 
Pf
2.2. CÁLCULO DEL CAUDAL DE LA MANGUERA 
 = 82,775 psi 
 
 
 
 
Conociendo la cantidad máxima disponible de agua en un instante  y el volumen 
del pozo ahora  se debe conocer el caudal de la manguera para lo cual se usó la 
ecuación de Bernoulli, YOUNG, Hugh y FREEDMAN, Roger:2009 (ecuación 9), 
para hallar la velocidad final (ecuación 10): 
 
 
𝑃𝑃1 +  𝜌𝜌𝑔𝑔ℎ1 +  1 2� 𝜌𝜌𝑉𝑉1
2
 =  𝑃𝑃2 +  𝜌𝜌𝑔𝑔ℎ2 +  
1
2� 𝜌𝜌𝑉𝑉2
2 + ∆𝑃𝑃  ( 9) 
 
 
 
 
23 
 
Donde: 
 
P1 = P2 = Presión Atmosférica (Pa) debido a que la diferencia de altura no es 
considerable. 
ΔP = Pérdida de presión (Pa). 
ρ = Densidad del agua (Kg/m3). 
h1 = Altura punto de toma (m). 
h2 = Altura punto de salida (m). 
V1 = Velocidad del liquido en el punto de toma (m/s). 
V2
∆𝑃𝑃 = 𝑓𝑓 ∗  
𝐿𝐿
𝐷𝐷
∗  
𝑉𝑉2
2 ∗ 𝑔𝑔
 
 = Velocidad del liquido en el punto de salida (m/s). 
 
 
Para calcular la pérdida de presión se usó la ecuación de Darcy-Weisbach 
(ecuación 10), recuperado de: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn 
212.html. 
 
 
(10) 
 
 
Donde: 
 
ΔP = Pérdida de presión (mca). 
L = Longitud de la manguera (m). 
D = Diámetro de interior de la manguera (m). 
V = Velocidad del fluido hidráulico en la manguera (m/s). 
g =  Aceleración de la gravedad (m/s2
𝑅𝑅𝑒𝑒 =  
𝜌𝜌 ∗ 𝑉𝑉 ∗ 𝐷𝐷
𝜇𝜇
 
). 
f = Factor de fricción de Darcy-Weisbach. 
 
Teniendo en cuenta que el factor de fricción (f) es adimencional y depende del 
número de Reynolds (Re), recuperado de: http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3% 
BAmero_de_Reynolds se debe calcular este último (ecuación 11). 
 
 
(11) 
 
Donde: 
 
µ = Viscosidad dinámica del fluido (Kg/m*s). 
Re = Número de Reynolds. 
 
La tabla 3 muestra el valor de la viscosidad dinámica a las temperaturas comunes 
del agua en el sector; estás temperaturas fueron tomadas por el autor para fines 
diferentes a este proyecto. 
24 
 
 
Tabla 3. Viscosidad dinámica del agua a diferentes temperaturas 
Temperatura (ºC) Viscosidad dinámica (Kg/m*s) 
6 0.001473 
7 0.001429 
8 0.001386 
9 0.001346 
10 0.001308 
11 0.001271 
12 0.001236 
Promedio 0.001350 
Fuente: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/viscoh2o.pdf 
 
 
Reemplazando los valores ya conocidos  (tomando el promedio de las 
viscosidades) en la ecuación 11 da como resultado: 
 
 
𝑅𝑅𝑒𝑒 =  
1000 ∗ 0.2153 ∗ 0.0254
0.001350
 
𝑅𝑅𝑒𝑒 =  4050.81 
 
 
Lo anterior nos indica que es un flujo turbulento lo cual es común en este tipo de 
afluentes; ya que la manguera usada es del tipo económico su superficie interna 
es irregular así que para fines de cálculo  se tubo en cuenta un factor de fricción 
para régimen turbulento intermedio donde tanto la rugosidad relativa del material 
(εr
𝑓𝑓 =  −1.8 ∗  log⁡�
6.9
𝑅𝑅𝑒𝑒
+ 
𝜀𝜀𝑟𝑟1.11
3.7
� 
) como el número de Reynolds (Re) influyen en el cálculo, recuperado de: 
http://es.wikipedia.org/wiki/ Factor_de_fricci%C3%B3n_de_Darcy, se calculó el 
factor de fricción como se muestra en la ecuación 12: 
 
 
(12) 
 
Donde: 
 
 
f = Factor de fricción. 
Re = Número de Reynolds. 
εr 
La tabla 4  muestra la rugosidad relativa al material de diferentes materiales; de la 
cual se desprende que la rugosidad a utilizar es la del plástico (PE, PVC) ya que 
= Rugosidad relativa del material. 
 
25 
 
son los materiales comunes en los que se elaboran es tipo de mangeras de us 
agrícola. 
 
 
Tabla 4. Rugosidad absoluta de los materiales. 
RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES 
Material ε (mm)   Material ε (mm) 
Plástico (PE, 
PVC) 0,0015   
Fundición 
asfaltada 0,06-0,18 
Poliéster 
reforzado 
con fibra de 
vidrio 0,01   Fundición 0,12-0,60 
Tubos 
estirados de 
acero 0,0024   
Acero 
comercial y 
soldado 0,03-0,09 
Tubos de 
latón o cobre 0,0015   
Hierro 
forjado 0,03-0,09 
Fundición 
revestida de 
cemento 0,0024   
Hierro 
galvanizado 0,06-0,24 
Fundición 
con 
revestimiento 
bituminoso 0,0024   Madera 0,18-0,90 
Fundición 
centrifugada 0,003   Hormigón 0,3-3,0 
Fuente: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn212.html 
 
 
Reemplazando los valores en la ecuación 12 se obtiene el factor de fricción: 
 
𝑓𝑓 =  −1.8 ∗  log⁡�
6.9
4050.81
+  
0.00151.11
3.7
� 
𝑓𝑓 =  −0.00342 
 
 
Conociendo el factor de fricción (f) podemos calcular la pérdida de carga usando la 
ecuación 10, así: 
 
26 
 
∆𝑃𝑃 = 𝑓𝑓 ∗  
𝐿𝐿
𝐷𝐷
∗  
𝑉𝑉2
2 ∗ 𝑔𝑔
 
∆𝑃𝑃 = −0.00342 ∗  
500
0.0254
∗  
0.21532
2 ∗ 9.8
 
∆𝑃𝑃 = −0.1592𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎 
1 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎 = 9806.65 𝑃𝑃𝑎𝑎 
∆𝑃𝑃 = −0.1592𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎 ∗ 9806.65𝑃𝑃𝑎𝑎 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑎𝑎�  
∆𝑃𝑃 = −1561.22 𝑃𝑃𝑎𝑎 
 
Sabiendo que el punto de toma del agua (h1) se encuentra  a 50 m por encima de 
altitud de la de la finca (h2
ℎ2 =  ℎ1 −  50 
), se calculó la velocidad a salida de la manguera 
(ecuación 13). 
 
 
( 13) 
𝑃𝑃1 =  𝑃𝑃2  
𝑃𝑃1 +  𝜌𝜌𝑔𝑔ℎ1 +  1 2� 𝜌𝜌𝑉𝑉1
2
 =  𝑃𝑃2 +  𝜌𝜌𝑔𝑔(ℎ1 − 50) +  
1
2� 𝜌𝜌𝑉𝑉2
2
 +  ∆𝑃𝑃  
1
2� 𝜌𝜌𝑉𝑉1
2 =  −50𝜌𝜌𝑔𝑔 +  1 2� 𝜌𝜌𝑉𝑉2
2 +  ∆𝑃𝑃  
𝑉𝑉1
2 =  −100𝑔𝑔 + 𝑉𝑉2
2 +  
∆𝑃𝑃
𝜌𝜌
 
 
𝑉𝑉2 =  �(𝑉𝑉1
2 +  100𝑔𝑔 − 1.561𝑚𝑚
2
𝑠𝑠2� ) 
 
𝑉𝑉2 =  �(0,2153
2  +  980𝑚𝑚
2
𝑠𝑠2  � − 1.561
𝑚𝑚2
𝑠𝑠2� ) 
 
𝑉𝑉2 = 31,28𝑚𝑚 𝑠𝑠⁄   
 
 
Donde: 
 
V1  = Velocidad del agua en la bocatoma. 
V2
𝐴𝐴𝑚𝑚 =  (0,0254𝑚𝑚)2 ∗  𝜋𝜋 4�  
 = Velocidad del agua en la boca de la manguera. 
 
 
Con la velocidad y el área de la manguera se calcula el caudal máximo de la 
manguera (ecuación 14): 
 
El cálculo de caudal es: 
 
( 14) 
 
𝐴𝐴𝑚𝑚 =  5,07 ∗  10−4𝑚𝑚2  
𝑄𝑄𝑚𝑚 =  𝑉𝑉2 ∗  𝐴𝐴𝑚𝑚   
𝑄𝑄𝑚𝑚 =  31,28𝑚𝑚 𝑠𝑠⁄ ∗  5,07 ∗  10−4 𝑚𝑚2  
27 
 
𝑄𝑄𝑚𝑚 = 0,01585 𝑚𝑚
3
𝑠𝑠�   
Donde: 
 
 
Am = Área de la manguera (m2). 
Qm = Caudal a boca de manguera (m3
2.3. CÁLCULO DEL CAUDAL DEL ASPERSOR 
/s). 
 
 
 
 
El aspersor existente para realizar el riego es el 70-10-30G (ver figura 8) de la 
compañía Intecmecol, la razón para ello es el uso de los recursos ya existentes 
que mejor se acomodaran al proyecto a desarrollar.  
 
 
Figura 8. Aspersor radial 70-10-30G, fabricado por Intecmecol.  
 
 
Fuente: www.intecmecol.com 
 
Diámetro del aspersor: 3/16” 
 
 
En la tabla 5 se muestran las características técnicas del aspersor 
 
 
Tabla 5 Características técnicas de los aspersores. 
FICHA 
TÉCNICA 
Presión (P) Descarga (Q) Diametro del 
área cubierta 
por el 
aspersor (D) 
28 
 
PSI Gal/min m 
Boquilla: 
 
6.35 mm X 3.1 
mm 
30 12.9 33.2 
35 13.8 34.4 
40 14.8 35.3 
45 15.5 36 
50 16.3 36.3 
55 17 37.5 
60 17.7 37.8 
Fuente: www.intecmecol.com 
Cálculo del caudal del aspersor (ecuación 15): 
 
𝐷𝐷𝑎𝑎 = 0,0048𝑚𝑚 ( 15) 
𝐴𝐴𝑎𝑎 =  (0,0048𝑚𝑚)2 ∗  𝜋𝜋 4�   
𝐴𝐴𝑎𝑎 = 1,81 ∗  10−5𝑚𝑚2  
𝑄𝑄𝑎𝑎 = 𝑉𝑉2  ∗  𝐴𝐴𝑎𝑎   
𝑄𝑄𝑎𝑎 = 31,31𝑚𝑚 𝑠𝑠⁄ ∗ 1,81 ∗  10−5𝑚𝑚2  
𝑄𝑄𝑎𝑎  = 0,0006𝑚𝑚
3
𝑠𝑠�   
 
Donde: 
 
 
Da =  Diámetro boca del aspersor (m). 
Aa = Área boca del aspersor (m2). 
Qa = Caudal del aspersor (m3/s).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
29 
 
3. DISEÑO DEL CIRCUITO DE RIEGO 
 
 
3.1. CÁLCULO DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD 
 
 
El cálculo del porcentaje de humedad fue el punto de partida para el proceso de 
automatización del riego ya que este es el exceso o falta de agua durante las 
diferentes etapas del cultivo pueden causar la pérdida total o parcial de la 
cosecha;  para ello se tuvieron en cuenta varios factores como lo son: el tipo de 
suelo, la lámina de agua a aplicar y la profundidad de la lámina; sabiendo que 
(ecuación 16): 
 
 
𝐿𝐿𝑎𝑎𝑚𝑚 = 𝑊𝑊 ∗ �
𝜌𝜌𝑎𝑎
𝜌𝜌𝑤𝑤
� ∗ 𝑃𝑃 ( 16) 
. 
 
Donde: 
 
 
Lam  = Lámina de agua. (mm). 
W = Porcentaje de humedad en tierra. 
ρa  = Densidad aparente del suelo (N/m3). 
ρw  = Densidad del agua (N/m3). 
P  = Profundidad (m). 
 
 
La fórmula anterior, así como su implementación se encuentra disponible en 
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/raspa/und_2/pdf/ und2.pdf.  La 
lámina de agua es la sección de la profundidad tomada como referencia que está 
ocupada por agua.  Para su cálculo, es de suma importancia la densidad del suelo 
ya que en este radica si se debe aplicar una cantidad mayor o menor de agua para 
lograr el porcentaje de humedad contenida deseado; la figura 9 muestra de una 
forma más clara lo que es la lámina de agua. 
 
 
30 
 
Figura 9. Diagrama hipotético de los componentes del suelo. 
 
Fuente: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/raspa/und_2/pdf/und2.pdf.   
 
A continuación se averiguó cuál es el tipo de suelo de la finca, para este fin fue 
usada la información obtenida de la tabla 6, recuperado de: 
http://civilgeeks.com/2011/09/19/caracterizacion-fisica-del-suelo-para-el-riego/. 
 
 
Tabla 6. Tipos comunes de suelos. 
TIPOS DE SUELO 
DENSIDAD 
APROXIMADA 
(g/cm3) 
Suelos orgánicos 0,1- 0,6 
Suelos superficiales texturas finas 1,0 – 1,3 
Suelos superficiales texturas gruesas 1,0 - 1,8  
Suelos compactados 1,0 – 2,0 
Suelos franco arcillosos 1,0 – 1,4 
Suelos franco limosos 1,1 – 1,4 
Suelos franco arenosos 1,2 – 1,8 
Suelos volcánicos 0,3 0,85 
Fuente: http://civilgeeks.com/2011/09/19/caracterizacion-fisica-del-suelo-para-el-
riego/ 
 
 
Seguidamente se considera el consumo de agua del maíz, para ello ya existen 
gráficas que permiten conocer el consumo de agua de la planta en cada estadio 
de su desarrollo lo cual facilitó el desarrollo del proyecto, ver figura 10. 
 
31 
 
Figura 10. Consumo de agua en el cultivo de maíz. 
 
Fuente: 
http://www.viarural.com.ar/viarural.com.ar/insumosagropecuarios/agricolas/semilla
shibridas/cargill/manualmaiz/manualmaizcargill44.htm 
 
 
La información que muestra la figura 10, es el consumo diario, el cual lo indican 
los números a la izquierda de la gráfica; por observación empírica se determinó 
que el suelo en la finca es un suelo franco arcilloso así que su densidad se 
encuentra entre 1.0 a 1.4 g/cm3
Tabla 7. Ciclo  de vida del maíz porva. 
; ésta información combinada con el dato de la 
lámina de agua en los diferentes tiempos del cultivo brinda el porcentaje de 
humedad en suelo requerido en cada etapa. Debido a que las raíces del maíz son 
superficiales los sensores (ver capitulo 5)  se ubicaran a 10 cm de profundidad que 
es donde en promedio hay un mayor número de raíces y por lo tanto el sector de 
la planta donde hay mayor absorción de agua y nutrientes.  Por experiencia del 
autor, el maíz porva a una altitud de 2100m tiene el siguiente ciclo de vida: 
 
 
PERIODO SEMANAS 
Siembra 0 
Brote 1 – 2 
4 – 5 hojas 3 – 4 
6 – 7 hojas 5 – 7 
9 – 10 hojas 8 – 9 
Floración 10 – 11 
Llenado 12 – 14 
Maduración 14 – 16 
Secado 17 – 18 
Fuente: El autor. 
 
32 
 
La tabla 7 es fruto de la experiencia del autor y describe el comportamiento de los 
dos cultivos anteriores al proyecto, sembrados en la finca la Reforma entre los 
años 2012 y 2013. 
 
 
Con los datos anteriores, fueron calculados los porcentajes de humedad durante el 
ciclo de vida del maíz para así obtener  los diferentes set point que se requieren a 
lo largo del proceso ya que como se ha visto no se requiere la misma lámina de 
agua a lo largo del desarrollo de la planta; despejando del la ecuación 16 el 
porcentaje de humedad se obtiene la ecuación 17. 
 
 
 
𝑊𝑊 =
𝐿𝐿𝑎𝑎𝑚𝑚
�
𝜌𝜌𝑎𝑎
𝜌𝜌𝑤𝑤
� ∗ 𝑃𝑃
∗ 100 
( 17) 
 
 
 
El porcentaje de humedad en terreno es fundamental para el sistema de control ya 
que este es el indicador utilizado para controlar el riego en el cultivo de maíz. 
 
 
En la tabla 8 se muestra la variación del porcentaje de humedad requerido con 
respecto a la etapa de crecimiento del maíz; para ello se aplica la información 
suministrada en la figura 10. 
 
 
 
Tabla 8. Porcentaje de humedad con respecto al tiempo. 
Periodo Semanas 
Lámina 
de agua 
diaria 
(mm) 
Días de 
aplicación 
Lámina 
de agua 
semanal 
(mm) 
% de 
humedad 
1 – Siembra  0 1 7 7 5 
2 – Brote  1 – 2 1.5 7 10.5 7.5 
3 – De 4 – 5 hojas 3 – 4 2 7 14 10 
4 – De 6 – 7 hojas 5 – 7 3 7 21 15 
5 – De 9 – 10 hojas 8 – 9 4 7 28 20 
6 – Floración  10 – 13 7 7 49 35 
7 – Llenado  14 – 18 5.5 7 38.5 27.5 
8 – Maduración  18 – 21 4 7 28 20 
9 – Secado  22 – 24 0 7 0 0 
Fuente: El autor. 
 
 
33 
 
3.2. DISTRIBUCIÓN ÁREA DE RIEGO 
 
 
El área a trabajar es un lote rectangular de 30m de ancho por 80m de largo, dando 
un área total de 2400m2
Figura 11 Posibles distribuciones del sistema de riego. 
; usando los recursos ya existentes se cuenta con 6 
aspersores 70-10-30G (ver figura 8). 
 
De acuerdo con pruebas preliminares de funcionamiento, se observó que el 
diámetro de funcionamiento es de 20m con una presión de 72 psi. 
 
Teniendo en cuenta esta información se plantearon diferentes distribuciones de 
riego (ver figura 11). 
 
 
 
Fuente: El autor. 
 
 
La distribución de riego seleccionada es la segunda ya que presenta menos zonas 
de sobreirrigación y las áreas sin riego son muy pequeñas. 
 
 
3.3. CIRCUITO DE RIEGO 
 
 
El circuito de riego es el inicio del proyecto, ya que se pasa de un solo punto de 
riego móvil a 6 puntos estacionarios distribuidos en el área de cultivo y activados  
según la necesidad; inicialmente estos se activaron por medio de válvulas tipo 
bola de 1” de diámetro (ver figura 12). Se observó que  no se pueden activar más 
de 2 simultáneamente por restricciones de caudal, ya que de acuerdo con pruebas 
34 
 
preliminares de funcionamiento  el diámetro de funcionamiento al activar más de 2 
válvulas cae a 8m. 
  
 
Figura 12. Válvula tipo bola. 
 
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_industrial. 
 
 
Conexión de la manguera del circuito de riego a la manguera de acometida a la 
quebrada., ver figura 13. 
 
Figura 13. Empalme de la manguera de distribución a la manguera de repartición 
del circuito. 
 
Fuente: El autor. 
35 
 
Zona donde se llevó a cabo el cultivo, ver figura 14. 
 
Figura 14. Zona de cultivo. 
 
Fuete: El autor. 
 
 
Los aspersores que se encontraban en la granja son de dos presentaciones 
diferentes (ver figura 15), Los primeros son aspersores pequeños de ½” que 
brindan un radio de cobertura de 5m, los segundos son los aspersores 70–30–10G 
de 1” de diámetro y radio de 10m, en la figura 15 se puede notar su diferencia en 
tamaño (el aspersor de ½” es el del medio). 
 
 
Figura 15. Comparación entre Aspersores 70–30–10G y uno convencional de ½”. 
 
Fuente: El autor. 
 
36 
 
 
Los aspersores se colocaron en estructuras de tubería de PVC, mostradas en la 
figura 16 para derivar  la manguera (la estructura de la izquierda en la imagen), la 
estructura pequeña se usa en los puntos de empalme al final de una manguera. 
 
 
Figura 16 Estructuras para soporte y control de los aspersores. 
 
Fuente: El autor. 
 
La figura 17 muestra el montaje en el poste de soporte; se ajusta con neumático 
(El mismo usado al interior de las llantas de los vehículos) para facilitar su 
desmonte y para disminuir los costos de la estructura. 
Figura 17. Montaje De la estructura. 
 
Fuente: El autor. 
37 
 
La unión  entre la manguera y la estructura se puede ver en la figura 18. 
 
 
Figura 18. Unión de la estructura a la manguera de distribución. 
 
Fuente: El autor. 
 
En la figura 19 se ve la unión completa entre la manguera y la estructura. 
 
Figura 19. Unión de la estructura a la manguera de distribución. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
Circuito en funcionamiento, ver figura 20. 
 
 
38 
 
Figura 20. Circuito activo. 
 
Fuente: El autor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
 
4. CÁLCULO DE LOS MOTORES DE LAS ELECTROVÁLVULAS 
 
 
4.1. CÁLCULO DEL TORQUE DEL MOTOR 
 
 
Debido a lo limitado de los recursos y a que el sistema requiere de apertura y 
cierre totales de las válvulas  se opta por diseñar y construir las electroválvulas,  
para tal fin se realiza un experimento para calcular la fuerza requerida para abrir y 
cerrar la válvula; para ello se utilizan los siguientes elementos: 
 
 
 Dinamómetro de resorte, ver figura 21. 
 Pie de rey (calibrador), ver figura 22. 
 Válvula de PVC de 1” a 350 psi, ver figura 23. 
 
 
Figura 21. Dinamómetro de resorte peso máximo 12 kg. 
 
Fuente: El autor. 
40 
 
Figura 22. Calibrador Mitutoyo. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
Figura 23. Válvula PVC 1” presión Máxima 350 psi. 
 
Fuente: El autor 
 
 
Para obtener la fuerza requerida para abrir la válvula se haló de la balanza resorte 
hasta lograr el giro del eje de la válvula, ver figura 24. 
41 
 
Figura 24. Proceso experimental de obtención de la fuerza. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
Tabla 9. Fuerzas obtenidas y promedio de las mismas. 
No. Toma Fuerza (kg-f) 
1 4.5 
2 5.0 
3 5.2 
4 4.9 
5 4.9 
6 5.1 
7 5.3 
8 4.8 
9 5.0 
10 5.0 
Total 49.7 
Promedio 4.97 
Fuente el autor. 
 
 
Las fuerzas obtenidas y su promedio se muestran en la tabla 9, y se utilizaron para 
calcular el torque requerido para girar el eje (ecuación 18). 
 
Conociendo: 
 
 
𝜏𝜏 = 𝐹𝐹𝑝𝑝 ∗ 𝐿𝐿 ( 88) 
 
 
42 
 
Donde: 
 
 
τ  = Torque  (N-m). 
Fp
𝜏𝜏 = 4.97 ∗ 0.04 
  = Fuerza promedio  (N). 
L = Longitud del brazo  (m). 
 
 
Como  1 kg-f= 9.8 N 
 
 
Resolviendo la ecuación 18 se obtiene:: 
 
 
 
𝜏𝜏 = 0.1988 𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓 −𝑚𝑚  
𝜏𝜏 = (4.97 ∗ 9.8) ∗ 0.04  
𝜏𝜏 = 1.95 𝑁𝑁 −𝑚𝑚  
 
 
Disponible en http://en.wikipedia.org/wiki/Torque. 
 
 
El torque es pequeño y por lo tanto los motores comerciales no se referencian en 
HP, sino en kgf-cm, se ha ce la conversión a esta unidad de medida (ecuación 19). 
 
 
1N-m = 10.197 Kgf-cm 
 
 
𝜏𝜏 =  1.95 ∗ 10.197 ( 19) 
𝜏𝜏 = 19.88 𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓 − 𝑚𝑚𝑚𝑚  
 
 
4.2. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL MOTOR 
 
 
Teniendo en cuenta que la apertura se realiza en 5s y que la válvula queda 
completamente abierta con ¼ de giro; se calcularon las rpm (revoluciones por 
minuto) ver ecuación 20: 
 
 
𝜋𝜋
2� = 5𝑠𝑠 (20) 
𝑁𝑁 = 60𝑠𝑠  
𝑁𝑁 =
6𝜋𝜋
𝑠𝑠
 
 
43 
 
Donde: 
 
 
N  = Velocidad angular (rad/s). 
 
 
Ya que el motor tarda 20s en dar una vuelta esto indica que su velocidad son 3 
rpm, por lo cual se requiere un reductor. 
 
 
4.3. CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL MOTOR 
 
 
Sabiendo que un HP =  745.699872 watt y con el torque ya calculado se puede 
obtener la potencia del motor (ecuación 21). 
 
 
Conociendo: 
 
 
𝜏𝜏 =  
𝑃𝑃
𝜔𝜔
 
( 21) 
 
 
Recuperado de: http://en.wikipedia.org/wiki/Torque. 
 
 
Donde:  
 
 
τ  = Torque (N-m). 
P  = potencia  (watts). 
ω   =  Velocidad angular (rad/s). 
 
Despejando la potencia de la ecuación 21 se obtiene (ecuación 22). 
 
 
𝑃𝑃 =  𝜏𝜏 ∗ 𝜔𝜔 ( 22) 
𝑃𝑃 =  0.1988 ∗ 6𝜋𝜋  
𝑃𝑃 = 36.76 𝑤𝑤𝑎𝑎𝑡𝑡𝑡𝑡𝑠𝑠  
 
 
Teniendo en cuenta el factor de reducción (fr): 
 
 
vp =  Velocidad promedio de un motor = 2400 rpm y se requieren 3 rpm (ecuación 
23), entonces: 
44 
 
 
 
𝑓𝑓𝑟𝑟 =  
2400
3
 
( 23) 
𝑓𝑓𝑟𝑟 = 800  
 
 
Para calcular la corriente se uso como base la ecuación 24, asumiendo como 
despreciables las pérdidas por fricción se obtiene: 
 
 
𝑃𝑃 = 𝑉𝑉 ∗ 𝐼𝐼 ( 24) 
 
 
Donde: 
 
 
P  = Potencia requerida (watts). 
V  = Voltaje de trabajo (V). 
I  = Intensidad (A).  
 
 
El voltaje de trabajo es de 22 VDC; para así calcular la corriente el motor 
(ecuación 25): 
 
 
𝐼𝐼 =  
𝑃𝑃
𝑉𝑉
 
( 25) 
𝐼𝐼 =  
36.76
22
 
 
𝐼𝐼 = 1,67𝐴𝐴  
 
 
Con estos datos se seleccionó un motor Irugashi 2840-215-g-5 (ver figura 25). 
 
Figura 25  Medidas del motor. 
 
45 
 
Fuente: Fuente: http://www.igusa.com/pages/motors/2840.html. 
Las características técnicas se muestran en la tabla 10. 
 
 
Tabla 10. Especificaciones técnicas del motor (traducida por él autor). 
Mod
elo 
 Sin carga Máxima eficiencia Bloqueado 
Vo
ltaj
e 
Vel
ocid
ad 
Corr
ient
e 
Velo
cida
d 
Torque Corr
ient
e 
Pot
enci
a 
Efici
enci
a 
Torque corri
ente 
V RP
M 
A RPM mN
-m 
g
-
c
m 
o
z-
in 
A W % m
N
-
m 
g
-
c
m 
o
z-
in 
A 
2840
-
054-
G-5 
12 128
00 
0,2 1065
0 
7,7
2 
7
8
,
8 
1,
0
9 
1,11 8,64 65,4 4
6,
0 
4
6
9 
6,
5
1 
5,60 
2840
-
095-
G-3 
12 164
40 
0,29 1397
0 
8,7
0 
8
8
,
8 
1,
2
3 
1,64 12,8 65,0 5
7,
9 
5
9
1 
8,
2
1 
9,28 
2840
-
215-
G-5 
22
2 
619
0 
0,03
5 
5100 4,5
8 
4
6
,
7 
0,
6
5 
1,17 25,7
4 
65,0 2
6,
0 
2
5
6 
3,
6
8 
5,57 
2840
-
250-
G-5 
24 120
00 
0,1 1010
0 
6,9
2 
7
0
,
6 
0,
9
8 
1,49 35,7
6 
62,9 4
3,
7 
4
4
6 
6,
1
9 
7,09 
Fuente: http://www.igusa.com/pages/motors/2840.html 
 
 
Debido a los altos costos para desarrollar la electroválvula que se enumeran en la 
tabla 11, y como en el momento se encuentran electroválvulas chinas económicas  
para iniciar un sistema, se optó por las electroválvulas ROB-10456, cuyo costo es 
28.000 COP (pesos colombianos) ver figura 26. 
 
Tabla 11. Costo para hacer las electroválvulas. 
DETALLE CANTIDAD PRECIO 
UNITARIO 
PRECIO 
TOTAL 
Motor 6 50.000 300.000 
Microswitch 12 800 9.600 
Válvula 6 15.000 90.000 
Carcaza 6 4.000 24.000 
Total   423.600 
46 
 
Fuente: El autor. 
Figura 26. Electroválvula. 
 
Fuente: el autor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
47 
 
 
5. SELECCIÓN SENSORES 
 
 
Es requerido un sensor capaz de medir la humedad del suelo, se selecciona el 
sensor para humedad de suelo Decagon (ver figura 27) o en su defecto uno 
similar, la ficha técnica de este sensor se observa en la tabla 12. 
 
 
Figura 27. EC-5 sensor de humedad del suelo 
 
 
Fuente: http://bioweb.co/co/comercio/popup_image.php?pID=2088 
 
 
Tabla 12. Características sensor de humedad en suelo Decagon. 
PRECISIÓN Permitividad dieléctrica aparente (εa): ± 0,5 para εa de 
2 a 10, ± 2,5 para εa de 10 a 50 
Contenido volumétrico de agua en el suelo(VWC): 
Utilizando la ecuación estándar de calibración: ± 0,03 
m3/m3 (± 3% VWC) típica en suelos minerales que 
tienen conductividad eléctrica solución < 10 dS/m 
Utilizando una calibración específica del suelo, ± 0,02 
m3/m3 (± 2% VWC) en cualquier tipo de suelo 
RESOLUCION εa: 0.1 para εa de 1 a 30, 0.2 para εa de 30 a 50 
VWC: 0.0008 m3/m3 (0.08% VWC) en suelos minerales 
0 a 0,50 m3/m3 (0-50% VWC) 
ALCANCE εa: 1 (aire) a 50 
VWC: Calibración dependiente; hasta 0 - 57% con 
VWC ecuación polinómica 
MEDICIÓN DE 
TIEMPO 
10 ms  
TIPO DE SENSOR Capacidad (FDR) 
SALIDA 300 - 1250 mV, independiente de la voltaje de 
excitación 
48 
 
ENTORNO DE 
FUNCIONAMIENTO 
Survival Temperatura: -40 - 50°C 
Temperatura de funcionamiento: 0 - 50°C 
ENERGIA 3 VDC @ 12 mA a 15 VDC @ 15 mA 
CABLE LONGITUD 5m, longitudes especiales de cables están disponibles 
bajo petición 
TIPOS DE 
CONECTORES 
3,5 mm "estéreo" enchufe o cables pelados y 
estañados (3) 
DIMENSIONES DE 
SENSOR 
14.5 cm x 3.3 cm x 0.7 cm 
REGISTRADOR DE 
DATOS DE 
COMPATIBILIDAD 
(NO EXCLUYENTE) 
 
Decagon: EM50 series, ProCheck 
Campbell Scientific: CR10X, CR21X, CR23X, CR850, 
CR1000, CR3000, etc 
Otros: Cualquier sistema de adquisición de datos capaz 
de excitación VDC 3-15 y terminó sola medición de 
tensión en 12 bits o mejor resolución. 
Fuente: http://decagon.es/productos/sensores/sensores-de-humedad-del-
suelo/10hs-sensor-de-humedad-del-suelo/ 
 
 
Debido a su alto costo se opta por la versión más económica de origen chino. 
El SEN0114 (figura 28) cuyas características técnicas se ven a continuación: 
 
 
Figura 28. Sensor de humedad contenida SEN0114. 
 
Fuente: http://www.dfrobot.com.cn/index.php ? 
 
 
Las especificaciones técnicas del Sensor de humedad contenida SEN0114 se 
observan en la tabla 13. 
 
Tabla 13. Especificaciones técnicas del Sensor de humedad contenida SEN0114. 
CARACTERISTICA VALOR 
Tensión de alimentación 3,3 a 5,0V 
49 
 
Tensión de salida 0 – 2,3V 
Corriente  Max. 45mA 
Vida útil Aprox. 1 año 
Largo 60mm 
Ancho 20mm 
Espesor 5mm 
Fuente: http://www.dfrobot.com.cn/index.php ? 
 
 
5.1. CARACTERIZACIÓN DEL SENSOR 
 
 
La caracterización del sensor se hizo indispensable ya que las características 
técnicas entregadas por el fabricante del sensor no muestran la gráfica de 
comportamiento del sensor en la relación entre el porcentaje de humedad 
contenida en el suelo y el voltaje o corriente de salida del sensor. 
 
 
5.1.1. Circuito de prueba 
 
 
Ya que los indicadores técnicos entregados por los fabricantes son bastante 
limitados se decidió desarrollar una prueba de laboratorio para obtener la curva 
característica del sensor así: 
 
 
Utilizando un alimentador para celular de 5V y 450 mA, al que se le conectó una 
resistencia total de 204Ω para obtener una corriente de salida máxima de 20mA 
para no exceder las especificaciones del sensor y mantener la norma de 
funcionamiento de la gran mayoría de los sensores cuyo rango se encuentra entre 
los 4 a 20 mA; esta salida se conecta a la alimentación del sensor (cable rojo), la 
tierra con la tierra del sensor (cable negro) y la salida de señal (cable azul) da el 
voltaje de salida del sensor. 
 
 
En la figura 29 se puede observar el diagrama eléctrico de la prueba de laboratorio 
desarrollada para obtener la curva característica del sensor los valores de 
resistencia de R1 y R2, así como las características del transistor son 
desconocidas por el autor ya que estos hacen parte del diseño interno del sensor; 
la figura 30 muestra la prueba de laboratorio  en sí misma. 
 
 
50 
 
Figura 29.  Diagrama eléctrico de la prueba de laboratorio. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
Figura 30. Circuito de alimentación del sensor. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
5.1.2. Funcionamiento del sensor 
 
 
La figura 31 muestra el funcionamiento interno del sensor y facilita la comprensión 
de su funcionamiento. 
51 
 
Figura 31. Diagrama del circuito interno del sensor de humedad contenida 
SEN0114. 
 
Fuente: http://www.dfrobot.com.cn/index.php ? 
 
5.1.3. Obtención de los datos 
 
 
Se diseñó un experimento sencillo con tierra depositada en vasos, a la cual se le 
fue agregando agua para así variar la humedad contenida y por tanto el voltaje de 
salida del sensor, ver figura 32. 
 
 
Figura 32. Vasos con tierra a diferentes % de humedad 
 
Fuente: El autor. 
 
 
Usando un medidor de humedad para jardinería (ver figura 33) se midió la 
humedad en cada vaso para así obtener el valor de referencia entre el porcentaje 
de humedad y el voltaje de salida  del sensor.  
 
52 
 
Figura 33. Medidor de humedad contenida. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
A continuación se tomó la medida del voltaje leído con el multímetro (ver figura 
34). 
 
 
Figura 34. Toma de datos. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
 
Los datos obtenidos en el experimento se muestran en la tabla 14. 
 
53 
 
Tabla 14. Datos experimentales. 
No. De 
Toma 
            
Sensor 
% 
Humeda
d 
A 
Voltaj
e (V) 
  B 
Voltaj
e (V) 
C 
Voltaj
e (V) 
D 
Voltaj
e (V) 
E 
Voltaj
e (V) 
F 
Voltaj
e (V) Voltaje Promedio 
  
1 15.00 1.66   1.65 1.77 1.59 1.6 1.7 
1.6616666
7 
2 20.00 2.3   2.22 2.35 2.35 2.3 2.35 
2.3116666
7 
3 25.00 2.6   2.58 2.54 2.6 2.55 2.6 
2.5783333
3 
4 30.00 2.7   2.66 2.7 2.67 2.68 2.7 2.685 
5 40.00 2.74   2.74 2.74 2.73 2.74 2.75 2.74 
6 45.00 2.8   2.78 2.8 2.76 2.8 2.8 2.79 
7 50.00 2.82   2.81 2.82 2.81 2.82 2.82 
2.8166666
7 
8 60.00 2.86   2.83 2.85 2.84 2.85 2.84 2.845 
9 70.00 2.92   2.89 2.89 2.89 2.91 2.9 2.9 
10 80.00 2.94   2.94 2.95 2.94 2.93 2.94 2.94 
11 90.00 2.97   2.98 2.97 2.98 2.98 2.97 2.975 
12 100.00 3   3 3 3 3 3 3 
Fuente: El Autor. 
 
La figura 35 muestra la relación entre el voltaje de salida del sensor y el porcentaje 
de humedad contenida obtenido del experimento. 
 
 
Figura 35. Relación Voltaje Vs % de humedad. 
 
Fuente: El autor. 
54 
 
 
5.1.4. Formulación del sensor 
 
 
Como podemos observar en la figura 36 el comportamiento del sensor es 
logarítmico y por lo tanto su formula genérica es (ecuación 26): 
 
 
𝑉𝑉 = 𝐴𝐴 log(𝐻𝐻) +  𝐵𝐵 ( 26) 
 
 
Recuperado de: http://www.vitutor.com/fun/2/c_14.html. 
 
 
Donde: 
 
 
V = Voltaje 
H =  % de humedad 
A = Constante 
B = Punto de corte en V 
 
 
Después de calculado se obtiene la función de aproximación que fue usada para 
tratar los datos enviados por el sensor y convertirlos en los valores de humedad 
que le servirán al programa de la tarjeta de adquisición para tomar la decisión de 
regar el cultivo o no. Para ello, se despeja el voltaje de la ecuación anterior 
obteniendo (ecuación 27): 
 
 
𝑉𝑉 = 0.543 ∗ ln(𝐻𝐻) +  0.620 ( 9) 
𝐻𝐻 =  𝑒𝑒(
𝑉𝑉−0.620
0.543 )  
 
 
Donde: 
 
e = 2.718281 (Número de Euler). 
 
La ecuación 27 se usa dentro del programa para tratar la señal recibida (ver anexo 
2). 
 
 
 
 
 
 
55 
 
 
6. SISTEMA DE INFORMACIÓN BÁSICO 
 
 
El sistema de información de este sistema de riego es la base de una futura 
evaluación para con el tiempo hacer un riego predictivo; en este proyecto, el 
alcance se limitará a la toma de datos de humedad y de accionamiento de las 
diferentes válvulas; esta información se guardará en un archivo.txt. 
 
 
6.1. SOFTWARE DE ADQUISICIÓN DE DATOS 
 
 
El programa para la adquisición de datos se desarrolló en Dev c++ de Bloodshed 
Software, un compilador de C++ con licencia GNU; y los datos son recibidos por 
medio de una conexión serial RS232 entre el computador y el PIC 18F4550 (ver 
figura 36); está comunicación es unidireccional ya que el PIC solo envía datos; por 
lo cual el sistema puede seguir funcionando así el computador este apagado o no 
encuentre conexión.  Se usó la un PIC 18F4550, ya que además de ser 
económico, está altamente difundido lo que permite encontrar el repuesto 
fácilmente tiene 13 entradas análogas lo que facilita con una modificación del 
código recibir hasta 13 señales análogas de sensores, además también brinda 
conexión USB; esto complementa una futura actualización del sistema al buscar 
una comunicación serial USB y no la RS232 utilizada actualmente y así poder 
conectar el sistema a computadores que no tengan puerto serial. 
 
 
Figura 36. Conexión PIC 18F4550 al computador por medio de un Max232 
 
Fuente: El autor. 
 
La comunicación serial RS232 se usó por ser bastante común y obtenerse soporte 
fácilmente. El programa no tiene interfaz gráfica lo que lo hace liviano; por lo cual 
56 
 
al ejecutarlo no se requiere interacción alguna con el usuario, el código del 
programa se encuentra en el  Anexo 1.  El diagrama de flujo está en la figura 37. 
 
 
Figura 37. Diagrama de flujo programa PC. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
 
1 Inic io J 
I Ab r i r cue rto I 
¡ 
l l ee r pue rto J 
j 
1 Gu ~r d or doto J 
j 
1 Env ior doto o lo f unc ió n t ie mpoyorchivo J 
I Ge ne ror ~rc h ivo d. t.,to I 
1 Uomor f unc ió n de <i<t . motie mpo J 
1 Coptu r ~r f oc ho y ho ro 1 
I Ab r ir orc hivo de t.,to I 
¡ 
E«r ibir doto y t ie mpo e n e l orchivo de t.,to 
I Ce rr or . rchivo de t.,to J 
57 
 
 
 
 
7. SISTEMA DE CONTROL 
 
 
Este se realizó con un Microcontrolador PIC 18F4550, programado en SDCC que 
tiene licencia GNU. 
 
 
El sistema de riego por aspersión a controlar tiene un flujo de agua prácticamente 
constante y las válvulas de cada aspersor se manejan con un control on-off ya que 
en el riego se requiere de todo el caudal disponible para hacer la tarea de forma 
rápida y eficiente. 
 
 
7.1. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA. 
 
 
 
El diagrama de bloques, muestra de una manera gráfica los pasos que sigue el 
sistema en su accionar, ver figura 38. 
 
 
Figura 38. Diagrama de bloques del control de riego. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
Para iniciar el control se tuvo en cuenta el porcentaje de humedad con respecto al 
tiempo (ver tabla 8), el cual muestra los diferentes set points que tiene el sistema a 
medida que las plantas crecen, para ese primer paso también se tuvo en cuenta la 
ecuación 24; es de aclarar que el conversor análogo digital del PIC tiene una 
resolución de 8 bits y  retorna un número entre 0 y 255, ver tabla 15. 
 
 
58 
 
Tabla 15. Relación entre la humedad y el voltaje así como su equivalencia entre 0 
– 255. 
% de 
humedad Voltaje (V) 
Equivalencia 
0 - 255 (Set 
point) 
5 1.493924786 76 
7.5 1.71409234 87 
10 1.870303705 95 
15 2.090471259 107 
20 2.246682625 115 
35 2.550553997 130 
27.5 2.419603001 123 
20 2.246682625 115 
0 0 0 
Fuente: El autor. 
 
 
Como ya se había dicho, el sistema de control es on-off, siguiendo como principio 
de determinación la comparación entre el valor recibido (Valrev) y el set point (SP) 
en esa etapa especifica del desarrollo del cultivo (ver tabla 8), como se muestra en 
el siguiente pseudo-código. 
 
 
If ( Valrev <= SP) 
Entonces: 
 Activar electroválvulan; 
Else 
 Apagar electroválvulan
7.2. PROGRAMA DEL PIC 
; 
Fin 
 
 
 
 
Se seleccionó como cerebro para el circuito, un microcontrolador PIC 18F4550  
que tiene prestaciones adicionales como lo son: 2 moduladores PWM y la 
capacidad de generar sistemas maestro – esclavo.  El código del programa se 
encuentra en el Anexo 2. 
 
 
El diagrama de flujo del sistema se muestra en la figura 39. 
 
 
 
59 
 
Figura 39. Diagrama de flujo. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
60 
 
 
8. DISEÑO ELECTRÓNICO 
 
 
El circuito electrónico del sistema consta de 6 sensores de humedad contenida, 
los cuales adquieren la señal de humedad en tierra y la envían al cerebro del 
sistema  un microcontrolador PIC 17F4550, que evalúa y trata la señal con el fin 
de determinar si se requiere o no el riego; en caso de ser necesario el riego activa 
el aspersor del sector que requiere el riego; para ello, activar una de las del 6 
salidas del puerto B, esta señal es enviada a uno de los 6 optoacopladores, los 
cuales activan el transistor de potencia asociado, que a su vez dispara la 
electroválvula respectiva permitiendo el paso del caudal de agua hacia el 
aspersor, iniciando así el riego del sector; si se presenta el caso de que más de un 
área requiere riego, el sistema compara los niveles de humedad de las áreas y  
selecciona el menor para  por este iniciar el riego. 
 
 
Los componentes electrónicos utilizados para desarrollar el prototipo se listan en 
la tabla 16 y el diagrama electrónico se muestra en la figura 40. 
 
 
Tabla 16. Componentes electrónicos. 
CODIGO REFERENCIA CANTIDAD 
Fuente  1 
PIC1 Pic 18f4550 1 
U2 – U7 PC817 6 
Q1 – Q6 TIP41C 6 
RV1 – RV6 SEN0114 6 
D1 – D6 Diodo led 6 
C1 Condensador 1 µF 1 
Fuente Vdd 1 
Cristal Cristal 1 
Fuente: El autor. 
 
 
61 
 
Figura 40. Diseño electrónico. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
 
 
 
62 
 
 
9. RESULTADOS 
 
 
Una vez desarrollado el sistema, fue implementado y usado; durante el desarrollo 
del cultivo de maíz el cual duró 6 meses. 
 
 
El sistema de riego autónomo brindó grandes prestaciones al usuario final, ya que 
al generar un circuito de riego estable y fijo se redujeron a cero las pérdidas 
causadas por aplastamiento, así como los costos de mano de obra por traslado 
del aspersor; otro beneficio fue el aumento de tiempo disponible para desarrollar 
otras labores dentro del cultivo.  
 
 
9.1. RESULTADOS FÍSICOS. 
 
El riego controlado permitió un aumento significativo de la producción ya que el 
cultivo anterior del mismo producto en un área de 6400m2 generó una producción 
total de 5 cargas de maíz (cada carga equivale a 100kg) y el resultado en el cultivo 
prototipo fue de 11 cargas, conociendo que el área del cultivo prototipo es de 
2400m2
𝑅𝑅𝑅𝑅 =
�𝐴𝐴𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐴𝐴𝑃𝑃𝑃𝑃
� �  ∗  𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
 
 el autor dedujo la siguiente relación (ecuación 26): 
 
 
( 10) 
𝑅𝑅𝑅𝑅 =
�6400𝑚𝑚
2
2400𝑚𝑚2� � ∗ 11
5
 
 
𝑅𝑅𝑅𝑅 = 5.87  
 
 
Donde: 
 
 
RR = Rendimiento real. 
APC = Área primer cultivo (m2). 
ACP = Área cultivo prototipo (m2). 
CCP = Cargas obtenidas cultivo prototipo. 
CPC = Cargas obtenidas primer cultivo. 
 
Al ver esta cifra se observa que la producción aumentó casi 6 veces, algo bastante 
significativo en cuanto a los beneficios directos e indirectos del sistema de riego 
autónomo. 
63 
 
 
 
Como se puede ver en las siguientes imágenes, las ventajas del sistema no solo 
radican en la eficiencia en el riego y la desaparición de pérdidas por aplastamiento 
que llegaban casi a un 35% de las plantas sembradas, sino que el tiempo que se 
gastaba en el traslado de la manguera  ahora queda disponible para otros trabajos 
lo que permite al usuario final desarrollar mejor las otras faenas asociadas con el 
cultivo en cuestión (Fumigado, abonado y deshierbe). 
 
 
La figura 41, es una imagen del primer cultivo de maíz en la finca La Reforma 
donde se ve caos y problemas de maleza fuera del sector del medio donde las 
plantas de maíz son casi inexistentes. 
 
 
Figura 41. Primer cultivo. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
La figura 42 muestra el atraso clásico por falta de riego en las primeras etapas del 
desarrollo; como consecuencia al iniciar el riego el pasto crece con mayor rapidez 
que el maíz, retrasando aun más su crecimiento y generando abandono del sector 
para no gastar más dinero en un sector que no dará frutos. 
 
64 
 
 
Figura 42. Primer cultivo, atraso por falta de riego. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
En la figura 43, se observa con claridad la diferencia entre la línea de cultivo y el 
surco de separación entre plantas, ventaja obtenida del tiempo libre que obtuvo el 
usuario al no tener que trasladar constantemente la manguera. 
 
 
Figura 43. Cultivo prototipo, primeras etapas de crecimiento. 
 
Fuente: El autor. 
65 
 
Las figuras 44 y 45 muestran el aspecto general del cultivo a los 2 meses, donde 
se observa mejor aspecto físico, mejor color y una buena distribución y 
mantenimiento del área de cultivo. 
Figura 44. Cultivo a los 2 meses. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
En la figura 45 se observa en mayor detalle la calidad de las plantas en 
crecimiento. 
 
 
Figura 45. Cultivo a los 2 meses. 
 
Fuente: El autor. 
66 
 
La figura 46 muestra la apariencia general del primer cultivo aproximadamente a 
los 3 meses de la siembra, nótese el color verde amarillento de las hojas lo cual es 
una consecuencia de un mal riego. 
 
 
Figura 46.  Primer cultivo a los 3 meses aproximadamente. 
 
Fuente: El autor. 
 
En la figura 47 se puede observar el color verde intenso de las hojas y el aumento 
de tamaño de las mismas en contraste con las figura 46. 
 
 
Figura 47. Cultivo a los 4 meses. 
 
Fuente: El Autor. 
67 
 
La  figura 48 muestra un fruto en la etapa de mazorca, que  ya evidencia un buen 
tamaño de mazorca y de grano, lo cual incrementa su precio al momento de la 
cosecha. 
 
 
Figura 48. Fruto en estado de mazorca. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
En la figura 49 es evidente el mayor tamaño de la mazorca recién colectada contra 
un fruto de la cosecha pasada; se debe aclarar que la semilla usada fue 
seleccionada de la cosecha anterior así que no hubo un cambio de semilla que 
explique el aumento del tamaño del fruto. 
 
 
Figura 49. Comparación mazorca cultivo prototipo con un fruto de la primera 
cosecha. 
 
Fuente: El autor. 
 
68 
 
En el final de este recorrido se encuentra el resultado de la cosecha en si, donde 
se puede la gran cantidad de maíz cosechado en un área tan reducida, ver figuras 
50, 51 y 52. 
 
 
Figura 50. Resultados cultivo prototipo. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
Figura 51. Resultados cultivo prototipo. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
 
 
69 
 
Figura 52. Resultados cultivo prototipo. 
 
Fuente: El autor. 
 
 
9.2. RESULTADOS ECONÓMICOS 
 
 
Así como es relevante analizar los resultados físicos del proyecto y el hecho de 
que lograra superar las expectativas del autor, los costos del proyecto también son 
un elemento muy importante a tener en cuenta ya que hacen atractivo el proyecto, 
pues el costo de materiales no es alto, ver Anexo 3. 
 
 
En este cultivo en particular, se observó que tuvo una mayor producción con un 
costo superior a la inversión en el primer cultivo; el aumento en la inversión es 
debido a los costos en que se  incurrió para la implementación del sistema de 
riego, pero si se evalúa a profundidad el hecho de que el sistema se puede 
reutilizar para futuros cultivos está inversión se puede recuperar en el mediano 
plazo dependiendo de las condiciones del mercado ya que al tratarse de un 
producto agrícola los precios varían según la época del año. 
 
 
 
 
 
 
 
 
70 
 
10. CONCLUSIONES 
 
 
 El sistema de riego autónomo facilita el trabajo en la finca ya que reduce 
sustancialmente el tiempo utilizado en el riego del cultivo, ya que este es 
casi de cero solo afectado por mantenimientos programados o de 
emergencia. 
 Al hecho de usar un sistema sensado en lugar de uno temporizado elimina 
el sobrerriego accidental, optimizando recursos y tiempo. 
 El dispositivo es más económico que los que se encuentran en el mercado, 
ya que el costo es asequible al agricultor colombiano. 
 El dispositivo se puede utilizar en diferentes métodos de riego, como el 
cañón o la micro aspersión dependiendo de las necesidades del cultivo. 
 Para riego por goteo hay que tener muy en cuenta   la necesidad de una 
cantidad descomunal de sensores, ya que se necesitaría uno por planta; lo 
que lo podría volver inviable  un sistema de este tipo o hacer necesario un 
sistema más detallado para áreas de producción mucho mayores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
71 
 
11. RECOMENDACIONES 
 
 
 
 Cambiar la conexión RS232 por una USB lo que facilitaría su distribución; 
ya que actualmente solo pocos computadores traen el puerto serial (RS232) 
instalado. 
 Desarrollar un programa de enlace más amigable con el usuario que incluya 
una interfaz humano- máquina de fácil manejo y monitoreo con históricos. 
 Hacer la transmisión de los sensores inalámbrica, lo que facilitaría la 
instalación y favorecería la medición y monitoreo con mayor cantidad de 
sensores y/o con un sistema móvil de medición. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
72 
 
12. BIBLIOGRAFÍA 
 
 
Bohórquez Méndez, Gabriel Hernesto  y Osorio Agudelo, Daniel Hernán. (2005). 
Diseño y simulación de un sistema de control de riego en un invernadero, 
mediante una base de datos de conocimiento. Tesis de grado ingeniería en diseño 
y automatización electrónica, Universidad de la Salle. Bogotá, Colombia. 
Universidad de la Salle. 
 
Gurovich, Luis A. (1999). Riego Superficial Tecnificado. 2ª edición. Chile. 
Alfaomega. 
 
Moya Talens, Jesús Antonio. (2002). Riego Localizado y Fertirrigación. 3ª edición. 
Madrid España. Mundi-Prensa.  
 
Prieto Baquero, Miguel Angel. (2010). Diseño y simulación de un sistema de 
fertirriego como herramienta adicional para el aumento de la calidad de producción 
de pastos. Tesis de grado ingeniería en diseño y automatización electrónica, 
Universidad de la Salle. Bogotá, Colombia. 
 
Rozo Martín, Lina Maria y Chaparro Quiroga, Cesar Fernando. (2008). Diseño y 
simulación de un sistema de riego automático para el invernadero de la 
Universidad de la Salle sede floresta. Tesis de grado ingeniería en diseño y 
automatización electrónica, Universidad de la Salle. Bogotá, Colombia. 
 
Bus CAN. Recuperado en:  http://es.wikipedia.org/wiki/Bus_CAN 
 
Guia práctica de cáculo de motores eléctricos. Recuperado en:  
http://blueseaservice3000ca.files.wordpress.com/2013/02/calculo-potencias-moto 
res-electricos.pdf 
 
Como funciona un motor o motorreductor. Recuperado en:  
http://www.potenciaelectromecanica.com/calculo-de-un-motorreductor/ 
 
 
Igarashi motors. Recuperado en:  http://www.igusa.com/pages/motors/2840.html 
 
Mosture Sensor. Recuperado en:  http://bioweb.co/co/comercio/popupimage. php? 
pID=2088 
 
Sensor de humedad en suelo. Recuperado en: http://decagon.es/ 
productos/sensores/sensores-de-humedad-del-suelo/10hs-sensor-de-humedad-
del-suelo/ 
 
Manual práctico para el diseño de sistemas de minirriego. Programa Especial para 
la Seguridad alimentaria (PESA). Gobierno de Honduras.  Recuperado de: 
http://teca.fao.org/sites/default/files/ technology_files /Manual _de_riego.pdf 
73 
 
 
Presión atmosférica. Recuperado de: http://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_ 
pressure 
 
Perdida de carga. Recuperado de: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal 
/tutorialn 212.html. 
 
Número de Reynolds. Recuperado en: http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3% 
BAmero_de_Reynolds 
 
Viscosidad dinámica del agua. Recuperado de: http://www.vaxasoftware. 
com/doc_edu/qui/viscoh2o.pdf 
 
R.A.S.P.A. Relación Agua, Suelo, Planta, Atmósfera. Recuperado de: 
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/ raspa/und_2/pdf/und2.pdf 
 
Civligeeks.com. Recuperado de:http://civilgeeks.com/2011/09/19/caracterizacion-
fisica-del-suelo-para-el-riego/ 
 
Agua y riego, densidades a cosecha. Recuperado de: 
http://www.viarural.com.ar/viarural.com.ar/insumosagropecuarios/agricolas/semilla
shibridas/cargill/manualmaiz/manualmaizcargill44.htm 
 
Torque. Recuperado de: http://en.wikipedia.org/wiki/Torque 
 
Funciones logarítmicas. Recuperado de: http://www.vitutor.com/fun/2/c_14.html. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
74 
 
ANEXO 1 
 
 
Programa en c++ para la comunicación serial y el almacenamiento de los datos 
(PC). 
 
 
int tiempoyarchivo(char mensaje) ; 
 int main() 
{ 
 HANDLE h; /* handler, sera el descriptor del puerto */ 
 DCB dcb; /*  estructura de configuracion */ 
 DWORD dwEventMask; /* mascara de eventos */ 
  
 /* abrimos el puerto */ 
 h=CreateFile("\\\\.\\COM1",GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,FILE_SHA
RE_READ,NULL,OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_ARCHIVE,NULL); 
  
 if(h == INVALID_HANDLE_VALUE) { 
  cout<<"a"<<endl; 
  /* ocurrio un error al intentar abrir el puerto */ 
 } 
  
 /* obtenemos la configuracion actual */ 
 if(!GetCommState(h, &dcb)) { 
  cout<<"1"<<endl; 
  /* error: no se puede obtener la configuracion */ 
 } 
  /* Configuramos el puerto */ 
 dcb.BaudRate = 9600; 
 dcb.ByteSize = 8; 
 dcb.Parity = NOPARITY; 
 dcb.StopBits = ONESTOPBIT; 
 dcb.fBinary = TRUE; 
 dcb.fParity = TRUE; 
  
 /* Establecemos la nueva configuracion */ 
 if(!SetCommState(h, &dcb)) { 
  /* Error al configurar el puerto */ 
 } 
  /* Para que WaitCommEvent espere el evento RXCHAR */ 
 SetCommMask(h, EV_RXCHAR); 
 cout<<"2"<<endl; 
  while(1) { 
  DWORD n; 
  char enviar; 
75 
 
  char recibido; 
  /* De la llamada a WaitCommEvent solo se retorna cuando ocurra 
   * el evento seteado con SetCommMask */ 
  WaitCommEvent(h, &dwEventMask, NULL); 
  char caracter; 
  cout<<"a1"<<endl; 
  int a=1; 
  while(a==1) { 
   //cout<<"a1"<<endl; 
   ReadFile(h, &recibido, 1/* leemos un byte */, &n, NULL); 
   caracter=recibido; 
   if(!n) 
    break; 
   cout <<recibido; /* mostramos en pantalla */ 
   tiempo(caracter); 
  }; 
  cout<<recibido<<endl; 
  cout<<endl; 
  cout<<endl;   
 } 
 return 0; 
} 
int tiempo(char mensaje)  
{ 
 FILE *Archivo;  
 Archivo = fopen("basededatos.txt","a");  
        //declaración interna de la función 
          time_t rawtime; 
    struct tm * fechayhora; 
    char buffer [40]; 
    time (&rawtime); 
    fechayhora = localtime (&rawtime); 
    strftime (buffer,128,"%d/%m/%y %I:%M%p.",fechayhora); 
    cout<<buffer<<endl; 
 
        fprintf(Archivo,"%s %-10.10c \n",buffer,mensaje);//"cadena, %s 
\n",cadenauno);  
  fclose(Archivo);  
        return 0; 
} 
 
 
 
 
 
 
 
76 
 
ANEXO 2 
 
 
Programa en C para el PIC 18F4550 
 
void main() 
{ 
   int8 sensor0;  //Espacio para guardar el dato leído 
   int8 sensor1;  //Espacio para guardar el dato leído 
   int8 sensor2;  //Espacio para guardar el dato leído 
   int8 sensor3;  //Espacio para guardar el dato leído 
   int8 sensor4;  //Espacio para guardar el dato leído 
   int8 sensor5;  //Espacio para guardar el dato leído 
   int8 comparador;  //Guarda el sensor de menor valor 
   setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);   //Reloj interno para el conversor AD 
   setup_adc_ports(AN0_TO_AN7);  //Declaración de los puertos AN0 al AN7 como 
entradas análogas 
   set_adc_channel (0); //Asignación del canal 0 para hacer la conversión 
   set_adc_channel (1); //Asignación del canal 1 para hacer la conversión 
   set_adc_channel (2); //Asignación del canal 2 para hacer la conversión 
   set_adc_channel (3); //Asignación del canal 3 para hacer la conversión 
   set_adc_channel (4); //Asignación del canal 4 para hacer la conversión 
   set_adc_channel (5); //Asignación del canal 5 para hacer la conversión 
   output_b(0); //Poner todas las salidas en 0 
   setup_timer_0(RTCC_INTERNAL | RTCC_DIV_256);   //inicializador del timer 
para interrumpir cada 13ms 
   ENABLE_INTERRUPTS(INT_TIMER0); 
   setup_timer_1(RTCC_INTERNAL | RTCC_DIV_256);   //inicializador del timer 
para interrumpir cada 13ms 
   ENABLE_INTERRUPTS(INT_TIMER1); 
   ENABLE_INTERRUPTS(GLOBAL); 
   set_timer0(0);    //inicializador del timer encargado del conteo de tiempo 
   set_timer1(0);    //inicializador del timer encargado del conteo de tiempo 
   int8 etapa = 1;  //% de humedad 
   int aspersor =0;  //Aspersor activo 
   int32 Tiempo_real = 0; 
   int16 Tiempo_mensaje = 0;  //Tiempo al cual se va a enviar el mensaje al 
computador (cada 10 min) 
   float humedad = 0; 
   while(true) 
      { 
         sensor0=read_adc(0);  //Se realiza al lectura del canal 0  y se le asigna a 
lectura 
         sensor1=read_adc(1);  //Se realiza al lectura del canal 1  y se le asigna a 
lectura 
77 
 
         sensor2=read_adc(2);  //Se realiza al lectura del canal 2  y se le asigna a 
lectura 
         sensor3=read_adc(3);  //Se realiza al lectura del canal 3  y se le asigna a 
lectura 
         sensor4=read_adc(4);  //Se realiza al lectura del canal 4  y se le asigna a 
lectura 
         sensor5=read_adc(5);  //Se realiza al lectura del canal 5  y se le asigna a 
lectura 
          // Seleecionar la zona con menor % de humedad 
          if (sensor0<sensor1) 
        { 
         comparador=sensor0; 
         aspersor=0; 
        } 
        else 
        { 
        comparador=sensor1; 
        aspersor=1; 
        } 
         
        if (comparador>sensor2) 
        { 
         comparador = sensor2; 
         aspersor = 2; 
        } 
        if (comparador>sensor3) 
        { 
         comparador = sensor3; 
         aspersor = 3; 
        } 
        if (comparador>sensor4) 
        { 
         comparador = sensor4; 
         aspersor = 4; 
        } 
        if (comparador>sensor5) 
        { 
         comparador = sensor5; 
         aspersor = 5; 
        } 
                //Linelizar la señal 
         
        humedad = exp((comparador-0.620)/0.543); 
      //Tomar solo la parte entera 
         
        comparador=(int) humedad; 
        Tiempo_real=get_timer0(); 
78 
 
      if (Tiempo_real < 46523076) 
         { 
         etapa=5; 
         } 
      if (Tiempo_real < 93046153) 
         { 
         etapa=8; 
         } 
      if (Tiempo_real < 186092307) 
         { 
         etapa=10; 
         } 
      if (Tiempo_real < 325661538) 
         { 
         etapa=15; 
         } 
      if (Tiempo_real < 418707692) 
         { 
         etapa=20; 
         } 
      if (Tiempo_real < 604800000) 
         { 
         etapa=35; 
         } 
         if (Tiempo_real < 837415384) 
         { 
         etapa=28; 
         } 
         if (Tiempo_real < 976984615) 
         { 
         etapa=20; 
         } 
         if (Tiempo_real < 1116553846) 
         { 
         etapa=0; 
         } 
          
       if((comparador<=etapa) && (etapa>0)) 
       { 
         if (aspersor == 0) 
         { 
            output_bit(PIN_B0,1); 
         } 
         if (aspersor == 1) 
         { 
            output_bit(PIN_B1,1); 
         } 
79 
 
         if (aspersor == 2) 
         { 
            output_bit(PIN_B2,1); 
         } 
         if (aspersor == 3) 
         { 
            output_bit(PIN_B3,1); 
         } 
         if (aspersor == 4) 
         { 
            output_bit(PIN_B4,1); 
         } 
         if (aspersor == 5) 
         { 
            output_bit(PIN_B5,1); 
         } 
       } 
       else 
       { 
         output_b(0); 
       } 
     //Envio mensaje al puerto serial 
       Tiempo_mensaje = get_timer0(); 
        if (Tiempo_mensaje == 464153) 
         { 
            //printf("%lU\r",I); 
            printf("sensor 0 %U\r",sensor0); 
            printf("sensor 1 %U\r",sensor1); 
            printf("sensor 2 %U\r",sensor2); 
            printf("sensor 3 %U\r",sensor3); 
            printf("sensor 4 %U\r",sensor4); 
            printf("sensor 5 %U\r",sensor5); 
            printf("Aspersor activo%U\r",aspersor); 
            //printf("RPM %f\r",RPM); 
            set_timer1(0);  
            delay_ms(50); 
           
         } 
      } 
} 
 
 
 
 
 
 
 
80 
 
ANEXO 3 
 
 
Presupuesto del proyecto 
 
PRESUPUESTO PROYECTO 
CÓDI
GO RUBRO 
CANTID
AD 
DESCRIPC
IÓN 
FINANCIAC
IÓN SUBTOT
AL TOTAL PROPIOS 
1 NOMINA           
1.1 Director de tesis 30 Dirección de proyecto   25000 750000 
1.3 Tesista 500 
Desarrollad
or del 
proyecto 
7500000 15000 7500000 
  SUBTOTAL NOMINA     7500000   
825000
0 
CÓDI
GO RUBRO   
DESCRIPC
IÓN 
FINANCIAC
IÓN SUBTOT
AL TOTAL PROPIOS 
2 MATERIALES E INSUMOS           
2.1 Mangueras 2   160000 80000 160000 
2.2 Electroválvulas 6   180000 30000 180000 
2.3 Microcontrolador 2   32000 16000 32000 
2.4 Sensores 6   600000 100000 600000 
2.5 Cableado 2 Rollos de 350 m 190000 95000 190000 
2.6 Aspersores 6   150000 25000 150000 
2.7 Baquela  2 Baquela universal 10000 5000 10000 
2.8 Transistores 6 TIP 41C 6000 1000 6000 
2.9 Optoacopladores 6 PC817C 4800 800 4800 
2.1 MAX232 2   3000 1500 3000 
2.11 Condensadores 10   1000 100 1000 
2.12 Resistencias 30 Varias 600 20 600 
2.13 Carcasa 1   17000 17000 17000 
2.14 Fuente 1 Fuente de computador 35000 35000 35000 
2.15 Cable  200   100000 500 100000 
2.16 Led 10   3500 350 3500 
81 
 
2.17 Válvulas 5 Varias para pruebas 62500 12500 62500 
2.18 Neumático 1   8000 8000 8000 
2.19 Tubo PVC 1" 2 De 6m 28000 14000 28000 
2.2 Unión T  PVC 1" 7   9800 1400 9800 
2.21 Adaptador hembra 1" 6   1800 300 1800 
2.22 Pegante PVC 1   3000 3000 3000 
2.23 Limpiador PVC 1   2500 2500 2500 
2.24 Cinta de teflón 1   800 800 800 
2.26 Cable serial 1   5000 5000 5000 
2.27 Varios 1   200000 200000 200000 
  
SUBTOTAL 
MATERIALES E 
INSUMOS 
    1814300   1814300 
3 EQUIPOS           
3.1 Computador 1   1000000 1000000 1000000 
3.2 Quemador de PIC 1   75000 75000 75000 
3.3 Cautín 1   35000 35000 35000 
3.4 Multímetro 1   120000 120000 120000 
  SUBTOTAL EQUIPOS     1230000   
123000
0 
4 INFRAESTRUCTURA           
4.1 
Cultivo en la 
finca mas los 
insumos y 
requerimientos 
incluidas las 
pruebas piloto 
    1000000   1000000 
  
SUBTOTAL 
INFRAESTRUC
TURA 
    1000000   1000000 
  TOTAL     11544300   12294300