Sistemas de control de riego

Los sistemas de control de fertirrigación son herramientas fundamentales para poder suministrar agua y nutrientes al cultivo en la cantidad y frecuencia adecuadas, optimizando el aprovechamiento del cultivo y evitando situaciones de estrés. Este control infiere de forma significativa en los costos y el consumo de agua.

Los sistemas de control del riego llevan consigo una serie de rutinas en función de parámetros hidráulicos. Para controlar el riego y la fertilización las funciones que se tienen que dar se integran en los denominados algoritmos de control. Los algoritmos responden a tres preguntas: ¿Cuándo regar? ¿Qué cantidad de agua hay que aplicar? ¿Qué sistema de inyección de fertilizante hay que utilizar?

Variables a controlar en el riego y la fertilización

Existen distintos métodos para controlar el riego de un cultivo y en función del que se utilice habrá que controlar una serie de variables. En general, en el riego y la fertilización se pueden controlar las siguientes variables:

Control del riego: en bucle abierto se puede controlar por tiempo o caudal de agua. En bucle cerrado se puede controlar la humedad del suelo, evapotranspiración, ración, micromorfometría, etc.

Control de la inyección de fertilizantes: se puede controlar el pH de la solución nutritiva, la conductividad eléctrica (CE) y la inyección de microelementos.

Hay otras variables que conviene controlar y que informan sobre el estado del sistema y la calidad del agua de riego. Por ejemplo, el nivel de los depósitos, la presión del agua en las tuberías, la pérdida de carga de los filtros, etc.

Se describen a continuación los principales elementos de control en la programación de riegos y los sistemas genéricos de control del riego y la fertilización según las variables a controlar. Estos sistemas también se conocen con el nombre de algoritmos de control.

Controladores en la programación de riego y la fertirrigación

Los elementos que controlan la programación del riego y la fertirrigación son muy variados. Cada explotación requerirá de los elementos necesarios específicos para cada caso. Se detallan a continuación los principales elementos utilizados en el control del riego y la fertirrigación.

Programadores
En diversos procesos industriales que siguen una relación determinada de una variable con el tiempo requieren un control automático para seguir y reproducir un programa fijo. Los instrumentos que realizan esta función se denominan programadores controladores y realizan tres funciones básicas: control automático de las  variables, temporizadores, variación del punto de consigna del controlador (función de programación).

Un programador se compone de: generador de punto de consigna, que determina la temporización y fija la evolución de la variable a lo largo del tiempo; un controlador todo-nada, PI o PID con indicador o registro de la variable. El programador permite almacenar un número determinado de programas que pueden utilizarse cuando se desee con una salida por relé o analógica. Se puede visualizar en el monitor el programa seleccionado y los resultados obtenidos en el proceso. Estos instrumentos son muy versátiles en la programación del riego.

Un programador de riego puede controlar la apertura o cierre de sectores o válvulas de riego. Además puede controlar la apertura de Venturas. De entrada pueden incorporar contadores de agua y medidores de presión. Los datos que pueden almacenar son muy variados (CE, pH, temperatura, etc.). Incorporan, además, varios programas de riego.

Ordenador o computador de riego
Para realizar la fertirrigación de varios sectores de riego utilizando rutinas o algoritmos de control más sofisticados (utilizando variables climáticas) debido a que aumenta la complejidad se requiere la utilización de un ordenador para obtener un control óptimo. Los ordenadores de riego que se instalan en los sistemas de riego controlan por un lado la nutrición y por otro la distribución y dosificación del riego. Mediante estas herramientas se pueden monitorizar los riegos, configurar los parámetros de la máquina de riego de forma sencilla, acumular y mostrar histórico de actividades y consumos de la instalación de riego, realizar gráficas del histórico, almacenar históricos de actividades y eventos de la agenda de riego, etc.

Además existen sistemas que permiten la conexión en red de los ordenadores que componen la explotación, la creación de una intranet o la conexión con Internet para poder recopilar datos de las estaciones agrometeorológicas de los distintos programas de asesoramiento al regante que existen en las diferentes Comunidades Autónomas.

Según lo establecido en este apartado se pueden considerar cuatro niveles de automatización en el proceso de fertirrigación:

• Un primer nivel en el que se pueden incluir los sistemas semiautomáticos con preajustes en cada operación de las válvulas.
• Un segundo nivel consiste en instalar sistemas secuenciales de operación repetida, lo que implica mediciones tanto de tiempo como volumétricas, mediante la implantación de programadores de riego, con lo que se puede controlar el sistema de bombas dosificadoras.
• Dentro del tercer nivel se encuentra el riego por computadora. Consiste en controlar y procesar todos los parámetros esenciales del regadío en tiempo real y determinar de forma óptima cuándo y cuánto se debe regar en cada momento.
• El cuarto nivel consiste en redes de sistemas de control de riego centralizadas desde un sistema que, en función de determinada información, determine las condiciones óptimas de riego para cada una de las parcelas.

Algoritmos de control de riego

Control por tiempo
Se calcula la duración del riego en función de la dosis necesaria, caudal de emisores y número de emisores por planta. Los dos elementos fundamentales de este tipo de control son por un lado las electroválvulas y se instalan normalmente cerradas. Por otro lado los programadores incorporan un reloj y cierran y abren circuitos electrónicos a las horas en que se hayan programado. Los circuitos accionan los solenoides de las electroválvulas y se mantienen abiertas mientras se reciba la señal eléctrica. El sistema conecta o desconecta el riego en función del programa que establezca el usuario y a lo sumo alguna señal que provenga del cultivo como el inicio del riego. Hay muchos modelos y permiten programaciones diarias, semanales, quincenales y de duración superior, con intervalos de actuación de un minuto.

La ventaja de este sistema es la sencillez de programación, economía y facilidad de combinación con el arranque y parada de las bombas.

El inconveniente es que dependen en gran medida del caudal de paso. Si éste varía con respecto a la rutina normal de funcionamiento, las dosis de riego se ven alteradas. Con la instalación de contadores se soluciona el problema.

Control por volumen
Se mide de este modo el agua aplicada en cada riego y al alcanzarse este volumen, se interrumpe el paso del agua. De este modo se evita el inconveniente de la programación por tiempos, que depende del caudal de paso.

Los elementos fundamentales de este tipo de control son: medidores de caudal y sirven para medir los volúmenes de agua por sector; electroválvulas normalmente cerradas y programadores, son similares a los anteriores y llevan incorporado un sensor de caudal que finaliza el riego. Se trata también de un sistema de control en bucle abierto.

Control basado en la radiación
Mide la radiación solar entre 200 y 2,500 nm (radiación global). El programa que incluye el computador integra los datos de radiación para calcular la energía recibida por unidad de tiempo. Para programar el riego se calculan las necesidades de agua del cultivo, normalmente a partir de la fórmula de Penman-Monteith, y se correlaciona con la energía recibida por metro cuadrado de cultivo y  unidad de tiempo. Al programador se le indica el valor de radiación para el comienzo del riego. La cantidad de agua a aportar se suele indicar por tiempo o volumen.

El mayor inconveniente es la falta de calibración el sistema. Es también un sistema de control en bucle abierto.

Control basado en la evaporación
Conociendo el agua evapotranspirada se determina la lámina de agua a reponer. El programa de control correlaciona el agua evaporada con el agua aportada por unidad de superficie.

Control basado en el drenaje
Se utiliza sobre todo en invernaderos. Tiene dos modalidades. Una de ellas es en función del volumen. Mediante un sistema de drenaje se recoge el agua de riego de un punto de la red. En función de la lámina drenada se aumenta o disminuye la frecuencia de riegos hasta ajustarse al valor del volumen de drenaje deseado.

La otra es en función de la conductividad eléctrica del agua de drenaje. En este caso se correlacionan las conductividades del agua de drenaje y la solución nutritiva. Se utiliza con cultivos en sustrato.

Control basado en la humedad de suelo
Se fija el nivel mínimo de consigna de la humedad del suelo y cuando se alcanza el valor se activa el riego. La orden de finalización acaba con un control de tiempo o de volumen de agua aplicada.

Algoritmos de control de la fertirrigación

Control basado en la medición continual del pH y la CE
Se basan en la medición continua del pH y la CE del agua de riego. Mediante sensores de pH y CE se envían señales al ordenador central y se comparan con los valores consigna y envía las órdenes a inyectores de fertilizantes. Utilizan dos algoritmos:

• Control todo-nada, junto con Venturis y bombas inyectoras y electroválvulas de dos posiciones. En este caso la inyección no es continua.

• La dosificación se efectúa mediante inyectores eléctricos. En este caso los tiempos de respuesta son lentos.

Estos sistemas suelen constar de tres o más tipos de abonos y de la inyección de ácido. Para instalaciones en las que los caudales instantáneos son pequeños se utiliza un tanque al que llega el agua de riego, las soluciones madre y la solución ácida. En el tanque se mezclan y se va confeccionando la solución nutritiva que se va a aportar al cultivo. La entrada de agua está controlada por una electroválvula que responde a señales de los sensores de nivel instalados en el tanque de mezcla. A la salida del tanque se instalan los sensores de pH y CE. Este tipo de control es en bucle cerrado.

Sistemas expertos en tiempo real
Se controlan las plantas en tiempo real y se controlan los parámetros del agua (CE, pH y volúmenes). Se trata de desarrollar sensores para evaluar el estado hídrico del continuo suelo-planta-atmósfera. Persiguen dos objetivos, por un lado, proporcionar mejoras en la capacidad de los sistemas de fertirrigación para obtener resultados productivos más ventajosos y compatibles con un uso eficiente del agua y los nutrientes. Por otra parte se intenta automatizar la gestión de la fertirrigación para que de una manera sencilla se puedan programar los riegos por parte del operario. Son sistemas de control en bucle cerrado.