Control automático de riego localizado de alta frecuencia en cultivos de olivo mediante el uso de indicadores fisiológicos del estado hídrico de la planta y de las variables climáticas de la zona.

VITA FACUNDO; CAPRARO FLAVIO; BUENO LUIS; SCHUGURENSKY CARLOS

2007-02-01

2010-03-31

Control Automático de Procesos, Electrónica e Informática

Proteccion agropecuaria-Sistemas de riego

Resumen Ejecutivo: En este trabajo se propone efectuar la identificación y determinación de un modelo dinámico hídrico del cultivo de olivoen la provincia de San Juan. Para ello se emplearán técnicas de inteligencia artificial (ej. red neuronal artificial). El modelo identificado será empleado posteriormente por un algoritmo de control automático de riego para evaluarpredicciones a futuro de las necesidades hídricas del cultivo las cuales deberán ser cubiertas a corto plazo.El controlador actúa directamente sobre el accionamiento de las válvulas de riego (apertura o cierre) y determina,en base a las predicciones efectuadas, en que momento se acciona el riego y cuanto tiempo debe permanecer en ese estado.Para ello se realizaran experimentos en campo que permitan identificar la dinámica del sistema sueloplanta-atmósfera en base a los datos del suelo, del olivo y meteorológicos.La identificación se determinará en forma experimental en un olivar en producción regado por goteo,con un equipo independiente del resto de la finca.El método se basa en instalar sensores de humedad volumétrica en el suelo dentro del bulbo húmedo,a fin de conocer en todo momento el contenido de agua del suelo, y de sensores de flujo de savia sobre el olivopara determinar la absorción de agua de la planta. En forma conjunta se relevan datos de una estación agrometeorológicaa fin de incluir las variables atmosféricas dentro de la identificación del proceso.Concluida la identificación el controlador de riego automático emplea esta información en conjuntocon los valores actuales de cada variable de interés para determinar la secuencia óptima de riego en cada zonateniendo presente las variaciones y exigencias que se presenten a futuro. Con el empleo de esta técnicade control predictivo se intentará cubrir las necesidades hídricas de la planta en todo momento disminuyendo el costo energético y mejorando la calidad del producto final.Descripción Técnica del Proyecto:•FinalidadDesarrollar un sistema de control automático de riego (en lazo cerrado) que permita cubrir de forma eficiente las necesidades hídricas del cultivo a fin de maximizar la eficiencia en el uso de agua y nutrientes empleadospara regadío en los cultivos de olivos de la provincia de San Juan, y que a su vez minimice los costos energéticos.Para determinar la adecuada estrategia de control sobre el sistema de riego se efectuaránmediciones en el suelo, la planta y la atmósfera a fin de englobar todas las variables que intervienen en el proceso.Objetivos específicos:•Identificar y validar la dinámica del sistema suelo-planta-atmósfera mediante experimentación en campo.•Efectuar el control (encendido y apagado) del sistema de riego localizado de alta frecuencia en el cultivo de olivo en función del estado hídrico de la planta, la humedad del suelo y los datos climáticos de la zona.•Cubrir los requerimientos hídricos del olivo y disminuir el rango de variación de humedad en la zona radicular del olivo.•Mejorar la eficiencia en el uso del agua empleada para el riego y disminuir el consumo de energía eléctrica y costo de bombeo.•Emplear sensores de humedad y flujo de savia de última generación.Materiales y Métodos.La experiencia se realizará en un olivar de 4años ubicado en el INTA, departamento Pocito, San Juan. La planta experimental (lugar de ensayo) está formado por dos parcelas, cada una de ellas esta dividida en dos sectores de riego por goteo que se accionan deforma independiente. En cada sector irrigado se emplazará una estación de medición. El riego de todos los sectores será automatizado a través del programa de control diseñado el cual determinará la forma deactuar sobre cada válvula de riego. Este programa será el encargado de efectuar la adquisición de datos yestablecer las secuencias de riego que minimicen el funcional de costo en función de predicciones a futuro.Las predicciones en la dinámica hídrica del sistema suelo-planta-atmósfera se efectúan mediante el modelodel proceso identificado en línea. Cada sector irrigado contará con un sensor (efecto capacitivo) de humedadvolumétrica del suelo y un sensor de flujo de savia que permitirán estimar el ingreso de agua a través delriego. A su vez, a pocos metros del olivar se colocara una estación agrometeorológica automática que registrala humedad y temperatura ambiente, velocidad y dirección del viento y radiación solar, cerca de la estacióntambién se instalará un tanque de evaporación tipo A.Etapa 1 . - Definir las zonas de parcelas, los sectores de riego y selección de estaciones de muestreo.- Seleccionar la ubicación de las estaciones de muestreo en forma aleatoria dentro de la parcela.- Estudio y caracterización de los suelos y distribución de raíces de cada estación de muestreo.- Descripción texturaly estructural de los distintos perfiles del suelo observados a través de una calicata.- Realización de calicatas de 2 m de profundidad para conocer características del suelo en profundidad, saturación y nivel freático.- Determinación de la profundidad efectiva de raíces y densidad de distribución de raíces en profundidad.Etapa 2 .- Instalación del equipo de riego y sistema de medición- Diseño, instalación y construcción de unequipo de riego por goteo para las cuatro zonas experimentales:a.- Construcción del Reservoriob.- Instalación del cabezal, filtro y ramalesc.-Colocación de un caudalímetro tipo Bolman a la salida del cabezal.d.-Disposición de emisores, laterales de riego y finales de línea.- Instalaciónde un tanque de evaporación tipo A y de una estación agrometeorológica automática en la zona de interés.- Elección al azar de las estaciones de muestreo (1 por zona irrigada), dentro de la parcela experimental previamente muestreada y en la proximidad de la planta- Instalación de una sonda capacitiva sensora de humedad volumétrica de suelo en cada una de las estaciones de muestreo (según profundidad efectiva de raíces).a.- Determinación visual de la zona mojada, tanto en superficie como en profundidad (bulbo húmedo).b.-Ubicación de sensores en la zona mojada a la profundidad efectiva de raíces.- Instalación de un sensor de flujo de savia en olivo testigo. Debe coincidir con la ubicación del sensor de humedad.- Instalación de una estación de adquisición de datos, que se compone de una computadora personal (PC) receptora,y del sistema de comunicación de señales de los sensores (bajo norma RS-485).- Las lecturas o registros de humedad volumétrica y flujo de savia se efectuará conforme lo requiera el algoritmo de identificación ycontrol. El tiempo de muestreo puede variar entre 10 seg y 15 min.Etapa 3 .- Identificación del proceso- Diseño de un algoritmo de identificación que permita efectuar las operaciones de apertura y cierre del sistemade riego en tiempos y duración aleatorios de manera tal que la humedad del suelo y el flujo de savia varíendentro de un rango tolerable sin dañar al cultivo. La variación en las variables medidas junto a las accionesde control y la influencia de las variables atmosféricas servirán para identificar la dinámica del procesoen distintos escenarios de operación.- Ejecución de 10 experimentos en cada sector irrigado empleando los algoritmos de identificación.- Efectuar el relevamiento de las variables involucradas y medidas en los experimentos de campo y ejecutar fuera de línea la identificación de la dinámica hídrica del sistema sueloplanta-atmósfera.- Ejecución de nuevos experimentos en campo a fin de efectuar la validación del modeloidentificado anteriormente.Etapa 4 .- Control de riego- Instalación y configuración del programa de control automático del sistema de riego en la PC.- Ejecución de experimentaciones en tiempo real y análisis del desempeño del controlador- Evaluación del sistema de control de riego en base al análisis del historial.Graficación de las variables involucradas en el proceso y acciones de control.Análisis en la reducción de costos y crecimiento del cultivo.