Diseño de un sistema automatizado de bombeo y riego de precisión empleando IoT para optimizar el uso del agua en el Fundo “Ramos” – Ciudad Eten

Abstract

El proyecto de investigación que se presenta se enfoca en analizar y tratar de resolver el problema que actualmente existe en el fundo Ramos, el cual se encuentra situado en el distrito de Ciudad Eten, que forma parte de la provincia de Chiclayo, ubicada en el departamento de Lambayeque. El sistema de riego que se utiliza se basa en el método de inundación, y para ello, dispone de un reservorio diseñado específicamente para almacenar el agua. A través de una electrobomba con una potencia de 5 caballos de fuerza, se logra extraer el agua del río Reque. Es importante mencionar que tanto el funcionamiento de la bomba como su control se llevan a cabo de manera manual, lo que implica que se requiere la intervención directa de una persona para su manejo. El agua es vertida hacia la plantación de Maracuyá debido a la situación de inundación, lo cual provoca que no haya un manejo o control adecuado y eficiente del recurso hídrico. Esta falta de regulación resulta en que el cultivo de maracuyá no pueda acceder al agua en los momentos en que verdaderamente lo necesita para su óptimo crecimiento y desarrollo. En vista de la situación planteada, se plantea la siguiente interrogante: ¿Cuál es la mejor manera de mejorar el sistema de riego para el cultivo de maracuyá que se encuentra en el Fundo Ramos, ubicado en la ciudad de Eten? Se sostiene que "A través de la creación de un sistema automatizado que se encargue de las labores de bombeo y riego con un enfoque de precisión, utilizando tecnologías de Internet de las Cosas (IoT), se logra una mejora significativa en la utilización del recurso hídrico en el Fundo 'Ramos', situado en la Ciudad de Eten". El objetivo primordial de la investigación que se presenta es "Desarrollar un sistema automatizado de bombeo y riego con precisión mediante la implementación de IoT, con la finalidad de maximizar la eficiencia en el uso del agua en el Fundo 'Ramos' de la Ciudad de

7 Eten", lo que nos lleva a la obtención de diversas conclusiones: El fundo conocido como Ramos se sitúa en el distrito de Ciudad Eten, que forma parte de la provincia de Chiclayo, en el departamento de Lambayeque. Este lugar geográfico específico está posicionado en las coordenadas UTM del sistema WGS 84, con una ubicación exacta que corresponde a la referencia Este 624937.42 y Norte 9236923.26. Posee una extensión de terreno apta para la agricultura que abarca 1.0 hectárea, en la cual se lleva a cabo el cultivo de Maracuyá. En la actualidad, el fundo conocido como Ramos posee un reservorio que tiene una capacidad total de 1,000 metros cúbicos. Este reservorio se llena gracias a una electrobomba que opera con combustible derivado del petróleo, la cual extrae agua del río Reque para garantizar el suministro necesario. La combinación número uno que hemos identificado como la opción más factible y efectiva para implementar es el riego por goteo. Esto se debe a que esta técnica representa una tecnología que resulta ser particularmente adecuada para el tipo específico de terreno y cultivo que estamos manejando. Además, esta estrategia se complementa con el uso de la plataforma de Internet de las Cosas (IoT) conocida como ThingSpeak, así como de Blynk IOT, ya que ambas son plataformas de información que permiten una gran variedad de funcionalidades operativas dentro del ámbito de aplicaciones IoT. Para la comunicación de datos, se emplea tecnología inalámbrica Lorawan y Wifi, pues se trata de tecnologías de comunicación que han sido diseñadas específicamente para funcionar en redes que requieren un consumo de energía relativamente bajo, al mismo tiempo que ofrecen un alcance amplio, lo que resulta esencial para nuestro proyecto. Asimismo, se opta por un diseño de hardware que incluye un Cable USB tipo C, el cual es versátil y compatible con diversas aplicaciones informáticas que permiten no solo la visualización de datos, sino también la transferencia de

8 información y carga entre distintos dispositivos de hardware. En cuanto a la parte del microcontrolador, se utilizan los modelos HELTEC Wireless Stick y el Módulo ESP32 SIM800L. Esto se debe a que estos microcontroladores son sistemas de alto rendimiento, diseñados específicamente para abordar las iniciativas y proyectos que hemos conceptualizado dentro del ámbito del Internet de las Cosas. Por último, se integran sensores de temperatura y humedad, específicamente el tipo Sensor DHT22 y el Sensor FC-28, que permiten realizar mediciones precisas de la humedad presente en el suelo, lo que es crucial para el adecuado monitoreo y manejo del riego en nuestras operaciones agrícolas. El Nodo maestro, que se encuentra simbolizado por la letra “M”, tiene la función de recibir la información enviada por los nodos designados como 1 y 2. Después de procesar estos datos, el nodo se encarga de transmitir la información utilizando la plataforma Telegram, empleando para ello un Bot. Esta herramienta permite la interacción con los usuarios, quienes pueden realizar diversas solicitudes directamente desde sus dispositivos móviles. Además, también existe la opción de enviar dicha información a ThingSpeak para su monitoreo y análisis. La información proveniente del nodo 1 y del nodo 2 se envía utilizando el protocolo LoraWAN, el cual se basa en la tecnología Lora implementada a través de los módulos Wireless Stick que fueron detallados en el capítulo anterior. Al mismo tiempo, se debe destacar que el ESP32 SIM800L actúa como el nodo maestro en este sistema, encargado de transmitir los datos recopilados al servidor de ThingSpeak mediante la tecnología de comunicación GSM, dado que incorpora un chip móvil que le permite realizar esta función. Se espera conseguir una significativa reducción en el consumo del recurso hídrico, alcanzando un ahorro del 40% en comparación con los niveles previos, esto en ausencia del sistema de riego y del monitoreo. La cantidad total de dinero que

9 se destinará para la implementación del sistema de riego automatizado se eleva a un monto que asciende a la suma de S/. 5228.70.

The research project presented here is focused on analyzing and trying to solve the problem that currently exists in the Ramos farm, which is located in the district of Ciudad Eten, which is part of the province of Chiclayo, located in the department of Lambayeque. The irrigation system used is based on the flooding method, and for this purpose, it has a reservoir specifically designed to store water. Through an electric pump with a power of 5 horsepower, water is extracted from the Reque River. It is important to mention that both the operation of the pump and its control are carried out manually, which implies that the direct intervention of a person is required for its management. The water is poured into the passion fruit plantation due to the flooding situation, which causes there to be no adequate and efficient management or control of the water resource. This lack of regulation results in the passion fruit crop not being able to access water at the times when it truly needs it for its optimal growth and development. In view of the situation presented, the following question arises: What is the best way to improve the irrigation system for passion fruit cultivation located at the Ramos Farm, located in the city of Eten? It is argued that "Through the creation of an automated system that takes care of the pumping and irrigation tasks with a precision approach, using Internet of Things (IoT) technologies, a significant improvement is achieved in the use of water resources at the 'Ramos' Farm, located in the City of Eten." The primary objective of the research presented is "To develop an automated pumping and irrigation system with precision through the implementation of IoT, in order to maximize the efficiency in the use of water at the 'Ramos' Farm in the City of Eten", which leads us to obtain several conclusions: The farm known as Ramos is located in the district

11 of Ciudad Eten, which is part of the province of Chiclayo, in the department of Lambayeque. This specific geographic location is positioned in the UTM coordinates of the WGS 84 system, with an exact location that corresponds to the reference East 624937.42 and North 9236923.26. It has an area of land suitable for agriculture that covers 1.0 hectare, in which passion fruit cultivation is carried out. Currently, the farm known as Ramos has a reservoir that has a total capacity of 1,000 cubic meters. This reservoir is filled thanks to an electric pump that operates with fuel derived from petroleum, which extracts water from the Reque River to guarantee the necessary supply. The number one combination that we have identified as the most feasible and effective option to implement is drip irrigation. This is because this technique represents a technology that turns out to be particularly suitable for the specific type of land and crop that we are managing. Furthermore, this strategy is complemented by the use of the Internet of Things (IoT) platform known as ThingSpeak, as well as Blynk IOT, as both are information platforms that allow a wide variety of operational functionalities within the scope of IoT applications. For data communication, Lorawan and Wifi wireless technology are used, as these are communication technologies that have been specifically designed to operate in networks that require relatively low energy consumption, while offering a wide range, which is essential for our project. Likewise, a hardware design is chosen that includes a USB Type-C Cable, which is versatile and compatible with various computer applications that allow not only the visualization of data, but also the transfer of information and charging between different hardware devices. As for the microcontroller part, the HELTEC Wireless Stick and the ESP32 SIM800L Module models are used. This is because these microcontrollers are high-performance systems, specifically designed to address the initiatives and projects that we have

12 conceptualized within the scope of the Internet of Things. Finally, temperature and humidity sensors are integrated, specifically the DHT22 Sensor type and the FC-28 Sensor, which allow precise measurements of the humidity present in the soil, which is crucial for the proper monitoring and management of irrigation in our agricultural operations. The Master Node, which is symbolized by the letter "M", has the function of receiving the information sent by the nodes designated as 1 and 2. After processing this data, the node is responsible for transmitting the information using the Telegram platform, using a Bot for this purpose. This tool allows interaction with users, who can make various requests via email, text messages, and other means.