El ensayo se llevó a cabo en la provincia de los Ríos, Babahoyo, Ecuador, localizada en una zona climática denominada tropical monzónico; con un clima tropical seco y con una temperatura media que oscila entre 22 y 33 ºC, precipitación promedio anual de 1867 mm. Se utilizaron árboles jóvenes de cacao bajo riego con microaspersores, en un suelo franco arenoso.

El riego se esparció con base en la reposición de la lámina evapotranspirada por el cultivo de cacao, utilizando la metodología de dos pasos [6], en que se calcula la evapotranspiración de referencia del día anterior y se aplica la ecuación HS, con los datos de temperaturas máxima y mínima diarias correspondientes, obtenidas a través de un sensor digital DS1820 y contrastada con los valores de diferencia de contenido de humedad del suelo, proveniente de las sondas YL69.

Se instalaron tres sensores tipo YL69 previamente calibrados, a 10, 20 y 30 cm de profundidad, de acuerdo con lo observado por [14], quienes encontraron que las raíces secundarias del cacao se encuentran en los primeros 30 centímetros del suelo y son encargadas de tomar los alimentos y el agua que la planta necesita para su normal desarrollo.

Estos datos se promediaron para obtener los valores de humedad del suelo y se establecieron los valores de capacidad de campo (CC) y punto permanente de marchitez, en 23 y 9 %, característicos de suelos franco arenosos.

Con este sistema, el usuario dispondrá de un seguimiento por control remoto, además de una base de datos para observar cómo fluctúan las variables a lo largo de periodo de plantación de su cultivo. El sistema posee una alta robustez y calidad comparable a los sistemas de monitorización disponibles en el mercado, pero con un coste menor. El sistema se desarrolló con base en la metodología del modelo en V para sistemas mecatrónicos [15], que comprende seis etapas para obtener el producto final (figura 1).

Figura 1

El sistema consta de un dispositivo encargado de enviar los valores obtenidos por los sensores a un servidor; en este se desarrolló una aplicación que permite captar, almacenar y procesar dichos valores para la puesta en marcha de los actuadores del sistema de riego.

Una vez integrados los subsistemas, el prototipo nos permite la validación respecto al accionamiento de los actuadores.

Se tiene una base de datos para almacenar la información recopilada, con sus respectivas relaciones para una interacción más dinámica con esta.

La interfaz brinda la visualización del estado del sistema de riego, los valores en tiempo real de cada uno de los sensores, así como la posibilidad de cambiar el modo de activación de los actuadores, ya sea de forma automática o manual.

Al enviar los datos desde la placa Arduino se obtiene como respuesta “sensor agregado” por parte del servidor, es decir, los datos se han recibido y almacenado en la base de datos de manera satisfactoria.

Figura 6

Mediante la comunicación serial entre la placa Arduino DUE y el PC (figura 6), se logró constatar las respuestas por parte del servidor. El código de estado “200” es una respuesta del servidor http ante una petición estándar correcta.

Similar resultado se obtuvo al emplear una placa Arduino, pues demostró su adecuado funcionamiento en campo en la automatización del riego en horas específicas [16].

De manera experimental, los intervalos de tiempo se establecieron cada 15 minutos, para registrar los valores de cada uno de los sensores simulados. Por otra parte, se registraron los tiempos de respuesta del servidor ante las peticiones del sistema.

Al servidor se le realizan dos tipos de peticiones: POST y GET, que permiten insertar y obtener datos, respectivamente. Se observó que al insertar datos, el tiempo de respuesta por parte del servidor es mayor que cuando se obtienen, porque seguido de la petición POST, el servidor realiza los cálculos respectivos, los valores son ingresados a la base de datos y, finalmente, se obtiene la respuesta del servidor; por otro lado, la petición GET obtiene directamente los valores de la base de datos, y los envía como respuesta.

Los valores promedios para el método POST y GET son: 651,03 y 99,64 milisegundos, respectivamente. El tiempo de respuesta por parte de los dos métodos no afecta el correcto funcionamiento del sistema (figura 7), porque dichos tiempos son relativamente rápidos para la velocidad de respuesta que requiere.

Figura 7

Como se muestra en la figura 3, el primer objeto de respuesta se obtiene mediante una petición tipo GET y hace referencia al modo de activación, que en este caso es igual a 0 (modo automático); el segundo objeto de respuesta muestra que el sensor ha sido agregado correctamente con el método POST, e indica la activación de los actuadores (1 = encender; 0 = apagar).

Se analizaron las variaciones que presentan los valores de los sensores para que el sistema se active con una muestra de 90 datos.

En la figura 8 se muestran los valores de temperatura arrojados por los sensores para el periodo evaluado, los cuales se utilizaron para obtener los valores de ET₀, usando la ecuación (2), dato que permitirá calcular al ET_c del cultivo de cacao, aplicando la ecuación (1). En esta misma figura se pueden observar los valores de humedad del suelo para el periodo evaluado, mostrando que estos siempre se encuentran dentro del rango de los umbrales de CC y punto permanente de marchitez (PPM), con lo cual se verifica que el cultivo en ningún momento está bajos condiciones limitantes de agua.

Figura 8

En un ensayo realizado en un pequeño huerto [17] se encontró que el funcionamiento de los sensores de humedad de bajo costo es aceptable, pues la entrega de valores se aproxima a los que normalmente entregan los sensores de alta precisión. Comprobando el control del riego se puede realizar de manera automática en tiempo real.

En la figura 9 se muestran los valor de lámina de evapotranspiración (ET_c) del cacao (Theobroma cacao) durante el periodo evaluado, obtenida por el sistema, el cual ha recibido los datos del sensor de temperaturas y los envía hacia el servidor. Este último decodifica y procesa estos datos, calculando el valor de la ET_c diaria, con la cual se realizan los cálculos de lámina de riego, que envían la orden para la apertura de las válvulas para la aplicación de la lámina de riego correspondiente.

Similares resultados se obtuvieron con un Sistema de Monitoreo Remoto desarrollado para el cultivo de arroz [18], mediante tecnología Arduino, el cual le ofrece al usuario información en tiempo real, completa, detallada y a distancia; el usuario también podrá recibir notificaciones sobre cualquier eventualidad en el sistema de riego para evitar poner en riesgo el cultivo.

Figura 9 /

Al comparar los valores mostrados por las fluctuaciones de la humedad del suelo, producto del consumo por el cultivo, se observa correspondencia con la ET_c. Ello evidencia que podrían ser usadas como una cercana referencia para conocer esas necesidades de riego y las láminas que necesitaría el cultivo para su adecuado desenvolvimiento.

Paralelamente, el sistema hace un chequeo con los valores de humedad del suelo: si estos valores no se encuentran dentro de los rangos establecidos (CC y PPM), el sistema emite una alarma para que el usuario busque la causa de esta alteración, ya que puede haber fugas u obstrucciones que impidan que el riego se esté aplicando de forma adecuada, esto es, cumple con lo expresado en [2]: la planta de cacao en niveles de contenido de humedad cercanos a capacidad de campo presenta buen desarrollo.

La evolución del contenido de humedad del suelo durante el periodo evaluado indica que el suministro de agua al suelo y, por ende, al cultivo fue adecuado, por lo cual se infiere que el uso de la ecuación HS generó valores ajustados a las necesidades reales del cultivo. De ahí la gran ventaja de este prototipo, pues HS solo necesita datos de temperatura, a diferencia de los prototipos presentados por [19] y [20], que utilizaron la ecuación de Penman-Monteith para el cálculo de la ET₀, la cual requiere una serie de datos de difícil consecución en la mayoría de las estaciones meteorológicas del país.

Durante el periodo evaluado, la cantidad de lluvia fue escasa, no significativa, por lo cual no fue considerada para los cálculos de lámina de riego en el periodo de estudio.