AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA DE
RIEGO POR ASPERSIÓN ECONÓMICO
CON MATERIALES RECICLABLES PARA
CULTIVOS EN LA CIUDAD DE LATACUNGA
AUTOMATION OF AN ECONOMICAL SPRINKLER
IRRIGATION SYSTEM USING RECYCLABLE MATERIALS
FOR CROPS IN THE CITY OF LATACUNGA
Hernan Vinicio MoralesVillega
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador
Anderson Gabriel Pacheco Sánchez
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador
Oswaldo Arturo Criollo Yumiceva
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador
Angela Jacqueline Pichucho Cando
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador
Rotman Alexander Núñez Guatumillo
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador
pág. 5865
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i6.15290
Automatización de un Sistema de Riego por Aspersión Económico con
Materiales Reciclables para Cultivos en la Ciudad de Latacunga
Hernan Vinicio Morales Villega1
hvmorales@espe.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-8211-1238
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Latacunga - Ecuador
Anderson Gabriel Pacheco Sánchez
agpacheco1@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0001-8488-221X
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Latacunga - Ecuador
Oswaldo Arturo Criollo Yumiceva
oacriollo@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0005-3162-9041
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Latacunga - Ecuador
Angela Jacqueline Pichucho Cando
ajpichucho1@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0002-1726-5403
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Latacunga - Ecuador
Rotman Alexander Núñez Guatumillo
ranunez1@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0008-9904-8843
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Latacunga - Ecuador
RESUMEN
La implementación de un sistema automatizado de riego por aspersión de bajo costo, desarrollado con
materiales reciclables y aplicado a cultivos en Latacunga, Ecuador es factible mediante la integración
de sensores de flujo y nivel, temporizadores y motobombas permitió optimizar el consumo de agua,
logrando una distribución uniforme y reduciendo el desperdicio hídrico. Además de su eficiencia
técnica, el uso de materiales reciclados minimiza costos y promueve la sostenibilidad ambiental,
convirtiendo este sistema en una solución accesible y replicable para mitigar los efectos de la sequía en
regiones agrícolas. Los resultados destacan su potencial para contribuir al desarrollo sostenible,
alineándose con los Objetivos de Desarrollo Sostenible en innovación y manejo responsable del agua.
Palabras clave: automatizado, ambiental, reciclables, optimización hídrica
1
Autor principal.
Correspondencia: hvmorales@espe.edu.ec
pág. 5866
Automation of an economical Sprinkler Irrigation System Using Recyclable
Materials for Crops in the City of Latacunga
ABSTRACT
The implementation of a low-cost automated sprinkler irrigation system, developed with recyclable
materials and applied to crops in Latacunga, Ecuador, is feasible through the integration of flow and
level sensors, timers, and water pumps. This setup optimizes water consumption, achieving uniform
distribution and reducing water waste. In addition to its technical efficiency, the use of recycled
materials minimizes costs and promotes environmental sustainability, making this system an accessible
and replicable solution to mitigate the effects of drought in agricultural regions. The results highlight
its potential to contribute to sustainable development, aligning with the Sustainable Development Goals
in innovation and responsible water management.
Keywords: automated, environmental, recyclable, water optimization
Artículo recibido 18 noviembre 2024
Aceptado para publicación: 23 diciembre 2024
pág. 5867
INTRODUCCIÓN
La automatización de sistemas de riego, particularmente en la agricultura, se ha convertido en un área
crucial para enfrentar desafíos ambientales y de sostenibilidad en las últimas décadas. En este contexto,
el presente trabajo aborda el tema de la automatización de sistemas de riego por aspersión,
específicamente desarrollando un sistema económico y accesible para su implementación en la ciudad
de Latacunga, Ecuador. Este sistema se construye utilizando materiales reciclables, lo que no solo
reduce los costos, sino que también contribuye a la sostenibilidad ambiental, un aspecto fundamental
en la actualidad ante el creciente interés por la preservación de los recursos naturales (Cisneros
Estupiñán & Olave Arias, 2012).
El problema de investigación radica en la falta de acceso a sistemas de riego eficientes y sostenibles en
muchas regiones rurales y agrícolas, especialmente en aquellas que enfrentan sequías recurrentes. La
escasez de agua y el uso ineficiente de este recurso esencial para la agricultura son dos de los principales
retos que enfrentan los productores (Peralta & Simpfendörfer, 2011). La relevancia de este estudio se
justifica en la necesidad de proporcionar una solución accesible y eficaz para mitigar estos problemas,
optimizando el uso del agua y, al mismo tiempo, promoviendo prácticas agrícolas más sostenibles
(Alberto, 2024). Este trabajo se enmarca dentro del marco teórico de la automatización en sistemas de
riego y la tecnología mecatrónica, utilizando teorías sobre la optimización de recursos naturales
mediante el uso de tecnología (Peralta & Simpfendörfer, 2011). Los estudios previos sobre sistemas de
riego automatizados y el uso de materiales reciclables en la construcción de estos sistemas proporcionan
la base para el desarrollo de este proyecto (Alberto, 2024). Sin embargo, este trabajo ofrece una
aplicación práctica y específica en la ciudad de Latacunga, con la implementación de sensores, válvulas
y temporizadores que permiten una optimización hídrica, lo cual representa una contribución
significativa al conocimiento en este campo.
El contexto en el cual se realiza esta investigación está marcado por el clima seco y las altas temperaturas
que afectan a muchas zonas agrícolas de Ecuador, como es el caso de Latacunga, una región donde los
cultivos enfrentan problemas de riego debido a la escasez de agua. En este sentido, el uso de tecnologías
que automatizan y optimizan los sistemas de riego se presenta como una respuesta efectiva a este
problema (Omega, 2023).
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Además, la tendencia hacia la utilización de materiales reciclables se alinea con las políticas ambientales
actuales que promueven la economía circular y la reducción de desechos (Eicos, s.f.).
El objetivo general de esta investigación es diseñar y automatizar un sistema de riego por aspersión de
bajo costo, utilizando materiales reciclables, con el fin de optimizar el uso del agua en los cultivos de
la ciudad de Latacunga. A través de la implementación de esta tecnología, se busca reducir el desperdicio
de agua, mejorar la eficiencia en el riego y, finalmente, contribuir al desarrollo de un sistema agrícola
más sostenible.
Los objetivos específicos incluyen la evaluación del rendimiento de sensores de flujo y nivel, la
simulación de diferentes configuraciones de temporizadores, y la optimización de la distribución de
agua en el terreno.
Esta investigación tiene como hipótesis que la implementación de un sistema de riego automatizado
reducirá significativamente el consumo de agua, mejorará la uniformidad del riego y será
económicamente viable utilizando materiales reciclables. Con esta base, se pretende no solo ofrecer
soluciones prácticas para la agricultura local, sino también contribuir al avance de las tecnologías de
riego automatizado y sostenible.
Objetivo General
▪ Diseñar y automatizar un sistema de riego por aspersión de bajo costo utilizando materiales
reciclables, optimizando el uso del agua en los cultivos de la ciudad de Latacunga. Esto incluye
reducir el desperdicio de agua, mejorar la eficiencia en el riego y contribuir al desarrollo de un
sistema agrícola sostenible.
Objetivos EspecíficOS
▪ Examinar y describir el diseño de sistemas de riego automatizados de bajo costo mediante el análisis
de tecnologías, metodologías y dispositivos disponibles. Esto permite identificar limitaciones y
oportunidades de mejora en la eficiencia del riego, consumo energético y facilidad de
implementación.
▪ Analizar datos históricos y mediciones en tiempo real sobre el consumo de agua en sistemas de
riego automatizado, optimizando el uso de recursos hídricos y reduciendo desperdicios en el
proceso.
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▪ Diseñar un sistema de riego automatizado sostenible, accesible y fácil de instalar, adecuado para su
uso en comunidades con recursos limitados.
▪ Simular el funcionamiento de un sistema de riego por aspersión automatizado, empleando sensores
de flujo, nivel, compuertas, temporizadores y electroválvulas, para evaluar su rendimiento bajo
diversas condiciones ambientales y optimizar parámetros de control.
▪ Implementar la automatización de un sistema de riego que utilice controladores y sensores,
garantizando una mayor eficiencia en el uso de recursos y un control automático eficaz del flujo de
agua.
▪ Comparar el rendimiento de diferentes configuraciones de sensores de flujo, nivel y temporizadores
para determinar cuáles ofrecen mayor eficiencia y estabilidad en el control del consumo hídrico.
▪ Configurar y evaluar distintas combinaciones de temporizadores con sensores de flujo y nivel,
estableciendo intervalos de riego óptimos que reduzcan desperdicios y aseguren una distribución
uniforme del agua.
▪ Evaluar la precisión de sensores de flujo y nivel en la detección de variaciones en el consumo y
almacenamiento de agua, analizando su impacto en la eficiencia del sistema de riego.
METODOLOGÍA
Enfoque y Tipo de Investigación
El estudio se desarrolló bajo un enfoque mixto, combinando herramientas cuantitativas y cualitativas
con el propósito de abarcar tanto los aspectos técnicos como las percepciones sociales en relación con
el sistema de riego automatizado. En el enfoque cuantitativo, se recopilaron datos precisos sobre el
consumo de agua, flujo y humedad del suelo, mientras que el enfoque cualitativo permitió analizar las
experiencias de los usuarios finales con el sistema. Este diseño mixto garantizó una comprensión
integral del problema y su solución.
El tipo de investigación fue aplicativo, ya que se centró en el diseño e implementación de una solución
práctica para mejorar el riego en áreas agrícolas afectadas por la sequía. Este tipo de estudio tiene como
objetivo aplicar conocimientos previos y nuevas tecnologías en un contexto real, optimizando recursos
y mejorando las condiciones agrícolas locales.
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Diseño de Investigación
Se utilizó un diseño experimental, en el cual el sistema automatizado de riego fue implementado en un
entorno controlado para probar su funcionalidad y eficiencia. Esto implicó la manipulación de variables
clave, como los intervalos de riego y los niveles de agua en el tanque, para observar su impacto en el
desempeño general del sistema.
Además, se optó por un diseño longitudinal, debido a que el sistema fue monitoreado y evaluado durante
un periodo prolongado. Esto permitió analizar cómo las variaciones climáticas y estacionales influyeron
en la eficiencia del sistema. Dicho enfoque temporal facilitó la identificación de patrones de consumo
y ajustes necesarios para optimizar el uso del agua.
Población y Muestra
La población del estudio estuvo compuesta por pequeños agricultores de la ciudad de Latacunga,
quienes representan un grupo significativo de personas afectadas por las condiciones de sequía en la
región. La selección de la muestra fue no probabilística e intencional, centrándose en un terreno
específico donde las condiciones climáticas y agrícolas resultaban representativas para evaluar el
sistema.
El terreno seleccionado permitió simular situaciones reales a las que se enfrentan los agricultores
locales, garantizando que los resultados obtenidos puedan ser aplicables en condiciones similares. Este
enfoque también ayudó a mantener el alcance del proyecto dentro de los recursos disponibles.
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
Para la recolección de datos, se emplearon una variedad de técnicas adaptadas a las necesidades del
estudio:
En el ámbito cuantitativo, se utilizaron sensores de flujo y nivel para registrar datos precisos
relacionados con el consumo de agua, el flujo en litros por minuto y la humedad del suelo. Estas
mediciones se complementaron con tablas de monitoreo que permitieron analizar patrones históricos y
en tiempo real del uso del agua.
En el ámbito cualitativo, se realizaron entrevistas semi-estructuradas con los agricultores. Estas
entrevistas permitieron recoger opiniones sobre la facilidad de uso del sistema, su impacto en las
actividades agrícolas y su percepción general sobre la tecnología implementada.
pág. 5871
Los instrumentos específicos incluyeron
▪ Guías de observación estructurada, utilizadas para registrar el desempeño técnico del sistema en
diferentes condiciones ambientales.
▪ Bitácoras técnicas, donde se documentaron los procesos de instalación y ajustes realizados al
sistema, así como incidencias observadas durante su funcionamiento.
▪ Tablas de registro, empleadas para organizar y analizar los datos recopilados de manera sistemática.
Consideraciones Éticas
El estudio fue realizado respetando las normas éticas de investigación. Se obtuvo el consentimiento
informado de los agricultores participantes, asegurando que entendieran el propósito del proyecto, los
procedimientos implicados y sus derechos como participantes. También se garantizó la confidencialidad
de los datos personales y la información proporcionada.
Adicionalmente, el proyecto priorizó el uso de materiales reciclables, promoviendo así prácticas
sostenibles y amigables con el medio ambiente. Esta decisión también respondió a un compromiso ético
de minimizar el impacto ambiental del estudio y fomentar una cultura de reutilización en las prácticas
agrícolas.
Criterios de Inclusión y Exclusión
Criterios de Inclusión: Se seleccionaron terrenos agrícolas donde los cultivos enfrentaban problemas
significativos de acceso al agua debido a condiciones de sequía. También se consideraron agricultores
interesados en implementar soluciones de bajo costo y comprometidos con el cuidado de sus cultivos.
Criterios de Exclusión: Se excluyeron terrenos donde ya existieran sistemas avanzados de riego
automatizado, así como aquellos donde las condiciones climáticas no representaran un desafío
significativo para el cultivo.
Limitaciones
El estudio presentó varias limitaciones que pudieron afectar los resultados:
Acceso limitado a materiales reciclables específicos: Aunque el proyecto buscaba priorizar el uso de
recursos reciclados, no siempre fue posible obtener materiales de calidad adecuada para garantizar la
funcionalidad del sistema.
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Condiciones climáticas extremas: Variaciones climáticas, como lluvias intensas o periodos de sequía
prolongada, alteraron los patrones de riego planificados, afectando la evaluación del sistema en
condiciones ideales.
Restricciones presupuestarias: El presupuesto limitado dificultó la adquisición de sensores de mayor
precisión, lo que pudo influir en la exactitud de las mediciones obtenidas.
Estas limitaciones fueron documentadas cuidadosamente para proporcionar un contexto claro a los
resultados y sugerir áreas de mejora en futuros estudios, valorar su rigor y coherencia, así como la
replicabilidad de los procedimientos y del estudio.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El desarrollo del sistema de riego automatizado de bajo costo en Latacunga permitió obtener resultados
destacados en cuanto a la gestión eficiente del agua, la viabilidad económica y el desempeño técnico
del sistema.
Reducción en el consumo de agua
Los datos recopilados a través de sensores de flujo y nivel revelaron un ahorro significativo de agua,
que osciló entre un 15 % y 20 % en comparación con métodos de riego convencionales. Esta reducción
se atribuye al control automatizado, que optimizó los tiempos y las cantidades de riego, eliminando
pérdidas innecesarias, especialmente durante períodos de mayor evaporación.
Rendimiento de los sensores empleados
▪ Los sensores de flujo demostraron una capacidad adecuada para detectar cambios en el caudal, lo
que permitió activar y desactivar de manera precisa la motobomba según las necesidades del sistema.
▪ Los sensores de nivel facilitaron la regulación del agua en el tanque de reserva, evitando tanto el
sobrellenado como el vacío completo, lo que garantizó la operación continua y eficiente del sistema.
Optimización mediante temporizadores
La inclusión de temporizadores programables permitió establecer horarios de riego adaptados a las
condiciones climáticas y las necesidades de los cultivos. Esta configuración mejoró la eficiencia
operativa del sistema y redujo el uso innecesario de los recursos.
Costos y materiales reciclables
pág. 5873
La construcción del sistema con materiales reciclables permitió minimizar significativamente los costos
en comparación con sistemas comerciales, sin comprometer la funcionalidad. Esto respalda su
aplicabilidad en comunidades rurales con recursos limitados.
DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos reflejan una alineación directa con los objetivos planteados en la investigación
y confirman que la metodología empleada fue adecuada para abordar el problema identificado. La
implementación del sistema automatizado no solo optimizó el uso del agua en los cultivos, sino que
también demostró ser un modelo accesible, sostenible y replicable para otras regiones con
características similares.
Al comparar estos hallazgos con estudios previos, como los realizados por Peralta y Simpfendörfer
(2011), se evidencian coincidencias en la importancia del control preciso del riego. Sin embargo, el
presente estudio introduce como innovación el uso de materiales reciclables, lo que lo alinea con
prácticas modernas orientadas a la sostenibilidad ambiental.
Principales interpretaciones
▪ La integración de sensores económicos en sistemas de riego automatizado ofrece una solución
efectiva para optimizar los recursos hídricos, especialmente en comunidades con limitaciones
tecnológicas y económicas.
▪ El enfoque en materiales reciclables no solo reduce costos, sino que también fomenta una agricultura
más sostenible y responsable con el medio ambiente.
Novedades y Aplicaciones Prácticas
La principal contribución del estudio radica en la combinación de materiales reciclables y tecnología
automatizada, proporcionando una alternativa económica para enfrentar desafíos agrícolas en regiones
afectadas por sequías.
Desde un punto de vista práctico, el sistema desarrollado tiene el potencial de implementarse en áreas
similares, y su diseño puede adaptarse a diferentes necesidades agrícolas, ya sea para terrenos pequeños
o para cultivos de mayor extensión. Además, las configuraciones implementadas pueden ajustarse según
las particularidades del entorno agrícola.
pág. 5874
Perspectivas y Líneas Futuras
Este estudio sugiere varias líneas de investigación futura:
▪ Incorporación de fuentes de energía renovable, como paneles solares, para alimentar el sistema,
reduciendo aún más el impacto ambiental.
▪ Diseño escalable, que permita la ampliación del sistema a terrenos más grandes con mínimas
modificaciones.
▪ Implementación de inteligencia artificial, que ajuste automáticamente los parámetros de riego según
los datos climáticos y de humedad en tiempo real.
La investigación realizada aporta una solución práctica y sostenible para mejorar la gestión hídrica en
la agricultura, con implicaciones significativas tanto a nivel local como global. La metodología aplicada
y los resultados obtenidos resaltan la pertinencia de este trabajo dentro de las líneas actuales de
investigación en tecnología agrícola.
ILUSTRACIONES, TABLAS, FIGURAS.
La Fig. 1 representa la simulación del caso, cuando el tanque reservorio se está llenando, podemos
observar que la bomba 1 se encuentra accionada llenando el tanque reservorio, mientras tanto la bomba
2 está parada hasta que el proceso lo amerite.
Figura 1. Simulación, llenado de tanque reservorio
En la Fig. 2 se puede apreciar el funcionamiento de la bomba 2 para el proceso de aspersión, mientras
que la bomba 1 está parada debido a que el tanque reservorio está lleno por el momento.
,
pág. 5875
Figura 1. Simulación del proceso de aspersión
En Fig. 3 podemos ver el código usado para automatizar el sistema y que sea eficiente y sobre todo
compacto para que la implementación de este no sea costosa.
Figura 3. Código del sistema automatizado.
CONCLUSIONES
Para terminar, la exploración de tecnologías y métodos actuales en riego automatizado ha permitido
destacar tanto sus avances como sus limitaciones. Esto crea una base informada para proponer mejoras
que aumenten la eficiencia energética y la simplicidad de instalación en sistemas de bajo costo.
pág. 5876
Como se ha podido observar, el estudio de datos históricos y en tiempo real sobre el uso de agua ha
revelado patrones valiosos que permiten optimizar recursos, logrando reducir el consumo innecesario
y favoreciendo una gestión hídrica más sostenible en sistemas automatizados de riego.
De esta manera, el desarrollo de un sistema de riego automatizado que sea sostenible y fácil de instalar
ha resultado factible, proporcionando una solución accesible que es adaptable a diferentes necesidades,
sin comprometer la economía o la funcionalidad.
De este modo, la simulación del sistema de riego por aspersión utilizando sensores y dispositivos de
control resaltó la importancia de ajustar sus parámetros en función de las condiciones del ambiente.
Esto permite optimizar el rendimiento del sistema y aprovechar sensores económicos en
configuraciones mecatrónicas.
Por lo tanto, al integrar controladores y sensores en el riego automatizado demostró ser eficaz para
mejorar la eficiencia y reducir el consumo de agua, validando así el control automático como una
estrategia para regular el flujo de agua y reducir costos de recursos.
En resumen, al comparar el rendimiento de sensores de flujo, sensores de nivel y temporizadores destacó
sus beneficios en términos de control eficiente y estabilidad, proporcionando criterios claros para elegir
los dispositivos que optimicen mejor el uso de agua en sistemas automatizados.
Para sintetizar, las pruebas de diferentes configuraciones de temporizadores y sensores identificaron
tiempos de riego ideales que minimizan el desperdicio de agua y aseguran una distribución equilibrada,
contribuyendo así a un riego más eficiente y adaptado a las necesidades del cultivo.
Para terminar, la evaluación de la precisión en sensores de flujo y de nivel mostró que estos dispositivos
son esenciales para mejorar la eficiencia del riego, permitiendo un monitoreo confiable que optimiza el
consumo y el almacenamiento de agua en el sistema.
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