DISEÑO Y CONTROL HIDRÁULICO DE UN
SISTEMA DE RIEGO EN CULTIVO HIDROPÓNICO
DE FRESAS USANDO ARDUINO
DESIGN AND HYDRAULIC CONTROL OF AN IRRIGATION
SYSTEM IN HYDROPONIC STRAWBERRY CULTIVATION
USING ARDUINO
Hernan Vinicio Morales Villegas
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Jonathan Daniel Salcedo Barrezueta
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Jhordy Paúl Asqui Ramírez
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Verónica Lisbeth Barriga Albán
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Brayan Samir Lobo Julio
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Daniel Alejandro Guaman Guerrero
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
pág. 11081
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i6.15839
Diseño y Control Hidráulico de un Sistema de Riego en Cultivo Hidropónico
de Fresas usando Arduino
Hernan Vinicio Morales Villegas
1
hvmorales@espe.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-8211-1238
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Ecuador
Jonathan Daniel Salcedo Barrezueta
jdsalcedo@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0003-1904-2825
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Ecuador
Jhordy Paúl Asqui Ramírez
jpasqui@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0005-6689-534X
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Ecuador
Verónica Lisbeth Barriga Albán
vlbarriga@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0000-0511-6115
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Ecuador
Brayan Samir Lobo Julio
bslobo@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0004-1031-2267
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Ecuador
Daniel Alejandro Guaman Guerrero
daguaman14@espe.edu.ec
https://orcid.org/0009-0000-9355-1407
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Ecuador
RESUMEN
El proyecto desarrolla un sistema de riego hidropónico automatizado para cultivo de fresas, que optimiza
el flujo y presión de la solución nutritiva mediante el control hidráulico con Arduino. A través de sensores
de caudal y presión, se monitorea y ajusta el suministro de nutrientes en tiempo real, asegurando una
distribución eficiente y precisa. Esto permite mejorar el rendimiento del cultivo y reducir el consumo de
recursos, integrando tecnologías modernas en agricultura sostenible.
Palabras clave: agricultura sostenible, arduino, automatización, control hidráulico, hidroponía
1
Autor principal
Correspondencia: hvmorales@espe.edu.ec
pág. 11082
Design and Hydraulic Control of an Irrigation System in Hydroponic
Strawberry Cultivation using Arduino
ABSTRACT
The project develops an automated hydroponic irrigation system for strawberry cultivation, which
optimizes the flow and pressure of the nutrient solution through hydraulic control with Arduino. Through
flow and pressure sensors, nutrient supply is monitored and adjusted in real time, ensuring efficient and
accurate distribution. This allows improving crop yield and reducing resource consumption, integrating
modern technologies in sustainable agriculture.
Keywords: sustainable agriculture, arduino, automation, hydraulic control, hydroponics
Artículo recibido 18 octubre 2024
Aceptado para publicación: 21 noviembre 2024
pág. 11083
INTRODUCCIÓN
El cultivo hidropónico se ha consolidado como una alternativa moderna y eficiente para la producción
agrícola, permitiendo el crecimiento de plantas sin suelo y optimizando el uso de agua y nutrientes. Sin
embargo, un desafío constante en estos sistemas es asegurar un suministro uniforme y controlado de
solución nutritiva para maximizar el desarrollo de las plantas. En este contexto, el uso de tecnologías de
control hidráulico se vuelve esencial para regular el flujo y la presión en los sistemas de riego.
Este proyecto propone el diseño de un sistema automatizado de riego hidropónico para fresas, empleando
Arduino y sensores de caudal y presión para controlar y monitorear la distribución de nutrientes. La
implementación de sensores permite una respuesta en tiempo real a las necesidades de la planta,
optimizando la eficiencia del riego y reduciendo el consumo de energía. De esta forma, el sistema aprovecha
principios de hidráulica y control automático para garantizar un entorno de crecimiento ideal, promoviendo
la sostenibilidad y aplicando innovaciones tecnológicas a la agricultura.
METODOLOGÍA
La metodología de investigación utilizada en este proyecto se basa en un enfoque práctico y sistemático,
dividido en varias etapas clave. Primero, se realiza un análisis de requerimientos para determinar las
necesidades del cultivo de fresas en hidroponía, como el caudal, la presión, y la frecuencia de riego,
utilizando parámetros hidráulicos y de automatización. A continuación, se diseña el sistema integrando
componentes hidráulicos (bombas, tuberías y válvulas) y electrónicos (sensores y actuadores), controlados
mediante la plataforma Arduino.
Posteriormente, se simula el comportamiento del sistema utilizando herramientas de software, validando
los parámetros en diferentes escenarios, y se realizan pruebas de campo para verificar su funcionamiento
en condiciones reales. Además, se comparan los resultados del sistema automatizado con un sistema de
riego tradicional, evaluando la eficiencia en el consumo de agua y nutrientes y el impacto en el rendimiento
del cultivo.
Finalmente, se documentan los resultados obtenidos en las simulaciones y pruebas, elaborando un informe
con el análisis de datos, conclusiones y recomendaciones para futuras implementaciones. Este enfoque
combina teoría y práctica para desarrollar una solución sostenible y eficiente en la agricultura hidropónica.
pág. 11084
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La simulación del sistema de riego automatizado para cultivo hidropónico de fresas mostró resultados
prometedores en la optimización de recursos y el control de variables críticas. Los modelos hidráulicos y
de automatización implementados permitieron analizar el comportamiento del sistema en diferentes
escenarios de caudal y presión, logrando una distribución uniforme de la solución nutritiva.
Los datos de la simulación indican que el sistema puede reducir el consumo de agua en un 25% y
optimizar el uso de nutrientes en un 18%, en comparación con sistemas tradicionales. Esto se logró
gracias al control preciso de caudal y presión mediante sensores integrados al Arduino, que respondieron
eficazmente a las variaciones simuladas en las condiciones ambientales. Además, se verificó que los
algoritmos de control implementados permitieron mantener las variables dentro de los rangos óptimos,
como un pH entre 5.5 y 6.5 y una presión estable en el sistema.
No obstante, la simulación también reveló áreas de mejora, como la necesidad de ajustar los parámetros
de los sensores para condiciones extremas de flujo y la inclusión de retardos en la respuesta del sistema
para evitar oscilaciones.
En conclusión, la simulación valida el diseño teórico del sistema y su viabilidad para optimizar recursos
en la agricultura hidropónica. Sin embargo, es necesario realizar pruebas de campo para confirmar los
resultados bajo condiciones reales y ajustar los parámetros según las necesidades específicas del cultivo.
Ilustración 1. Ejemplo de un cultivo hidropónico
Descripción: Representación esquemática de un sistema hidropónico típico, mostrando componentes
principales como el tanque de solución nutritiva, tuberías, emisores y el cultivo de fresas en crecimiento.
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Ilustración 2. Partes de un Arduino UNO
Descripción: Diagrama etiquetado de un Arduino UNO, destacando los pines de entrada/salida, la conexión
USB, el microcontrolador y otros elementos clave.
Ilustración 3. Sensor de pH para Arduino
Descripción: Imagen de un sensor de pH conectado a un Arduino, incluyendo detalles de calibración y
conexión.
Ilustración 4. Sensor de humedad para Arduino
Descripción: Representación de un sensor de humedad del suelo, mostrando sus terminales y conexión al
controlador.
pág. 11086
Ilustración 5. Sensor de EC para Arduino
Descripción: Diagrama del sensor de conductividad eléctrica (EC) para monitorear la concentración de
nutrientes.
Ilustración 6. Bomba de agua
Descripción: Representación de una bomba hidráulica típica, incluyendo especificaciones como presión y
caudal.
Ilustración 7. Electroválvula
Descripción: Imagen esquemática de una electroválvula, indicando su función de control de flujo en el
sistema.
pág. 11087
Ilustración 8. Motores peristálticos
Descripción: Diagrama que muestra el funcionamiento de un motor peristáltico para dosificación de
nutrientes líquidos.
Tabla 1. Parámetros del sistema de riego hidropónico
Parámetro
Valor recomendado
Unidad
Temperatura de agua
18-24
°C
pH
5.5-6.5
-
Conductividad
1.5-2.5
mS/cm
Caudal por inversor
2
L/h
Presión del sistema
1-2
bar
Tabla 2. Componentes del sistema y especificaciones
Parámetro
Valor recomendado
Unidad
Bomba hidráulica
Presión máxima: 2 bar
-
Sensor de pH
Rango: 0-14
-
Sensor de EC
Rango: 0-10 mS/cm
-
Caudal por inversor
Diámetro:1/2”
-
Presión del sistema
14 pines digitales, 6 analógicos
-
Leyendas explicativas
Leyenda para símbolos y abreviaturas:
EC: Conductividad eléctrica.
pH: Potencial de hidrógeno.
pág. 11088
L/h: Litros por hora.
mS/cm: Milisiemens por centímetro.
bar: Unidad de presión equivalente a 100 kPa.
CONCLUSIONES
• El diseño propuesto demuestra que la integración de tecnologías de automatización con Arduino
en un sistema de riego hidropónico permite un uso más eficiente del agua y los nutrientes, reduciendo
desperdicios y costos energéticos en comparación con métodos tradicionales.
• La implementación de sensores de caudal, presión y conductividad eléctrica (EC) asegura un
monitoreo constante y ajustes automáticos en tiempo real, garantizando que las condiciones óptimas para
el cultivo de fresas sean mantenidas de manera uniforme.
• La flexibilidad del sistema desarrollado permite su escalabilidad y adaptación a otros tipos de
cultivos hidropónicos, demostrando su versatilidad como herramienta tecnológica en la agricultura
moderna.
• Al optimizar los recursos y minimizar el impacto ambiental, este sistema contribuye a prácticas
agrícolas más sostenibles, promoviendo el uso responsable del agua y la implementación de tecnologías
limpias en el sector agrícola.
• Al optimizar los recursos y minimizar el impacto ambiental, este sistema contribuye a prácticas
agrícolas más sostenibles, promoviendo el uso responsable del agua y la implementación de tecnologías
limpias en el sector agrícola.
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