Comunicación presentada al III Congreso Ciudades Inteligentes:
Autor
- Adrián Navarro Moya, CEO, Smart Biosystem
Resumen
El agua dulce disponible del planeta es un recurso escaso, donde su sostenibilidad va a depender de la eficiencia y el aprovechamiento óptimo que hagamos de su uso. El aumento creciente de la población en áreas urbanas, está condicionando también a través de los planes de ordenación urbanística, que se dote a las ciudades de una mayor superficie de zonas verdes públicas como parques, además de la proliferación de huertos urbanos. El mantenimiento de estas zonas verdes, requiere de un suministro de agua, donde la tecnología puede mejorar el proceso de riego. En este sentido, Smart Biosystem ha desarrollado un Sistema de Riego Inteligente, sin obsolescencia y libre de mantenimiento, que permite estar monitorizando la humedad y temperatura del suelo, proporcionando información precisa en tiempo real, de la demanda de agua que requiere nuestro jardín o huerto, y aportar exclusivamente el agua necesaria en cada momento, optimizando y mejorando por tanto la eficiencia en el riego.
Palabras clave
Sistema de Riego Inteligente, Eficiencia Tecnológica, Sostenibilidad de Recursos Naturales, Ahorro Económico, Libre de Mantenimiento.
Introducción
El agua es un recurso escaso pero imprescindible para la vida, donde sólo cerca del 1% del agua superficial del planeta es dulce (Figura 1). Las fuentes naturales están amenazadas en cuanto a su disponibilidad, debido a diferentes factores entre los que destacamos el cambio climático, la deforestación, la contaminación, la sobre-explotación y el uso ineficiente del agua. Es por tanto necesario lograr un equilibrio hidrológico que asegure la sostenibilidad y el abastecimiento suficiente de agua, para cubrir las necesidades de la población y su actividad asociada.
En este contexto, para el mantenimiento de las zonas verdes de una ciudad, tales como jardines o parques públicos (Tabla I), así como en otras áreas de recreo en un entorno municipal, como son los huertos urbanos que se encuentran en constante crecimiento (Tabla II), y que mejoran además la calidad de vida sus habitantes, es habitual encontrar programadores de riego, que automatizan esta tarea en base a criterios subjetivos, configurando los tiempos y ciclos de riego, sin que en ningún caso se consideren factores medibles, como pueden las condiciones ambientales de temperatura y humedad del suelo, o el estado fisiológico de las plantas que conforman el parque, jardín o huerto.
Resulta por tanto evidente, la necesidad de mejorar la tecnología que gestiona y controla el riego en zonas urbanas, donde en lugar de regar de forma temporizada, se implementen sistemas de riego inteligente, que a través sensores proporcionen información en tiempo real de los parámetros del suelo, y por tanto el momento óptimo de regar.
Descripción de la solución
La solución tecnológica propuesta en el campo de las ciudades inteligentes, y cuya finalidad es la gestión eficiente y automatizada del riego en jardines, zonas verdes públicas y huertos urbanos, consiste en la instalación de Nodos Sensores, solares e inalámbricos, que transmiten la información con distintos parámetros tales como humedad y temperatura del suelo, a un Actuador Remoto que activará el riego en función de las condiciones ambientales, y el estado de humedad del suelo, donde cada sector se comporta de manera autónoma e independiente, sectorizando por tanto las zonas de riego de forma individual. El sistema puede ser controlado cómodamente mediante cualquier teléfono inteligente, además de poder ser gestionado y monitorizar las operaciones de riego mediante su control telemático a través de un servidor web.
Funcionamiento
El Sistema de Riego Inteligente que presentamos, funciona mediante sensores insertados en el suelo en la zona de actividad radicular, que determinan el porcentaje de humedad y temperatura del suelo y por tanto el momento óptimo de regar (Figura 2).
Un riego apropiado está condicionado por la temperatura del suelo, siendo éste un factor crucial para evitar la muerte de las raíces, al someterlas a una temperatura superior al umbral soportable (Figura 3).
Tecnología sin obsolescencia, libre de mantenimiento
Los dispositivos propuestos, están diseñados con elementos robustos sin obsolescencia programada, haciendo especial énfasis en la durabilidad del sistema, maximizando por tanto su vida útil. Sus componentes principales, los microcontroladores y otros componentes electrónicos de ultra bajo consumo (Figura 4), favorecen un diseño orientado a mejorar su autonomía de funcionamiento.
A nivel energético, el sistema se auto-abastece mediante un panel solar que recarga un tipo de acumulador, un súper-condensador en lugar de una batería, lo que hace que pueda funcionar indefinidamente por un periodo de 10 años, sin tener que reemplazar ningún componente.
Instalación
Se sitúa un Nodo Sensor en cada sector de riego (Figura 5), que realiza mediciones de forma periódica de distintos parámetros ambientales, y envía de manera inalámbrica esta información al actuador remoto.
Se instala el Actuador Remoto (Figura 5), que recibe la información procedente de cada Nodo Sensor, y en función de las condiciones ambientales y del estado de humedad del suelo, activará de forma individual las distintas electroválvulas correspondientes a cada sector de riego. Además, el Actuador Remoto está conectado a un caudalímetro, de modo que podemos cuantificar el agua consumida en el proceso de riego.
El sistema usa distintos protocolos de comunicación (Figura 6) para desempeñar sus funciones:
- LoRa: Lo que permite situar a grandes distancias los nodos sensores y el actuador remoto.
- Bluetooth: Para interactuar con los dispositivos mediante un teléfono móvil.
- IoT: Para tener un control telemático del proceso de riego.
Uso
Mediante una aplicación móvil (Figura 7), podemos gestionar de forma sencilla e intuitiva la configuración de los parámetros de riego, acceder al registro de datos, y visualizar los gráficos con la evolución de las condiciones ambientales y de humedad del suelo para cada sector de riego, además de otras funcionalidades.
A través de una plataforma web, también podemos acceder al sistema para consultar el estado de humedad del suelo, ajustar los rangos del riego, y configurar el resto de parámetros.
Material y método
Hemos realizado dos ensayos experimentales para comprobar la funcionalidad del sistema de riego inteligente, validar técnicamente la solución constructiva propuesta, y constatar el ahorro producido. El objetivo último es demostrar la utilidad a la hora de implementar esta tecnología, que optimiza el consumo de agua y favorece el ahorro económico, haciendo además un uso más sostenible de este recurso natural.
Parcelas experimentales de 50m2: Cultivo de tomates
Hemos considerado para este ensayo dos parcelas de 50m2 cada una, donde en una hemos instalado un programador temporizador de riego, y en la segunda hemos implementado nuestro sistema de riego inteligente, que consta de un Nodo Sensor y un Actuador Remoto.
Parcela de césped de 500 m2
En este caso la parcela piloto tiene una extensión de 500m2, donde hemos instalado nuestra solución tecnológica aplicada al riego, que consta de 4 Nodo Sensores, y un Actuador Remoto, al que conectamos las 4 electroválvulas correspondientes a los distintos sectores de riego.
Resultados y conclusiones
El ensayo que podría ser un ejemplo de una parcela de un huerto urbano, demuestra que sustituir un programador convencional, por un sistema de riego inteligente, produce un ahorro económico de casi el 40%.
En el caso de la parcela de césped de 500m2, hemos extrapolado los resultados equivalentes a lo que podría ser un ejemplo de un jardín municipal de 3000m2, donde el ahorro constatado es de aproximadamente el 56%.
Los resultados obtenidos, demuestran la idoneidad de implementar tecnología que permita un riego de precisión en nuestras ciudades, facilitando a un gestor público para el desempeño de sus tareas, este tipo de soluciones constructivas que favorecen optimizar el consumo de agua, reduciendo por tanto el gasto público en hasta un 60%.
Referencias
- Agroecología.net (2014)
- Junta de Andalucía (2009)
- World Resources Institute (Word Resources Institute)