DOI: 10.26820/reciamuc/7.(2).abril.2023.219-228
URL: https://reciamuc.com/index.php/RECIAMUC/article/view/1108
EDITORIAL: Saberes del Conocimiento
REVISTA: RECIAMUC
ISSN: 2588-0748
TIPO DE INVESTIGACIÓN: Artículo de revisión
CÓDIGO UNESCO: 3310 Tecnología Industrial
PAGINAS: 219-228
Digitalización en el riego 4.0 y la captación de variables cli-
máticas con dispositivos IOT, para optimizar la producción de
maíz en un sector de Manabí
Digitization in irrigation 4.0 and the capture of climatic variables with IOT
devices, to optimize corn production in a sector of Manabí
Digitalização em irrigação 4.0 e a captura de variáveis climáticas com dis-
positivos IOT, para otimizar a produção de milho em um setor de Manabí
Diana Ercilia Gallegos Zurita
1
; Karen Betzabe Rodriguez Castillo
2
; Neiser Stalin Ortiz Mosquera
3
RECIBIDO: 23/02/2023 ACEPTADO: 12/03/2023 PUBLICADO: 15/05/2023
1. Magíster en Enseñanza de la Física; Ingeniera en Electricidad Especialización Electrónica y Automatización
Industrial; Universidad de Guayaquil, Ecuador; diana.gallegosz@ug.edu.ec; https://orcid.org/0000-0002-
7319-3443
2. Ingeniero en Teleinformática; Universidad de Guayaquil, Ecuador; kbetzabe.rodriguezc@ug.edu.ec; ht-
tps://orcid.org/0009-0008-4529-3261
3. Magíster en Gerencia de Redes y Telecomunicaciones; Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones;
Universidad de Guayaquil; Guayaquil, Ecuador; neiser.ortizm@ug.edu.ec; https://orcid.org/0000-0002-
1051-6102
CORRESPONDENCIA
Diana Ercilia Gallegos Zurita
diana.gallegosz@ug.edu.ec
Guayaquil, Ecuador
© RECIAMUC; Editorial Saberes del Conocimiento, 2023
RESUMEN
El propósito de este estudio es realizar un prototipo de sistema automatizado que permita el monitoreo, control,
almacenamiento de la información y toma de decisiones para el riego, para el manejo eficiente de las variables
climáticas que afectan a los cultivos de maíz en un sector de Manabí. Para esto se requiere realizar una investi-
gación bibliográfica y de campo, de tal manera que permita identificar parámetros de las variables que afectan
el cultivo de maíz en la zona, luego de esto se debe seleccionar adecuadamente los dispositivos eléctricos y
electrónicos para el registro de la medición a controlar, luego se desarrolla un sistema con un servidor para el
monitoreo, control y almacenamiento de información obtenida de los sensores, para finalmente validar el proto-
tipo en el sitio. Con el desarrollo de este prototipo de toma de decisiones, se pudo brindar asesoramiento a los
agricultores para aprender a gestionar de forma directa y eficaz sus terrenos, por ende, tener mayor asertividad
en la producción, lo que lleva a una mejor utilidad en sus cosechas, de manera rentable y sostenible.
Palabras clave: Agricultura 4.0, IOT, Digitalización del Riego.
ABSTRACT
The purpose of this study is to carry out a prototype of an automated system that allows the monitoring, control,
storage of information and decision making for irrigation, for the efficient management of climatic variables that
affect corn crops in a sector of Manabí. For this, it is required to carry out a bibliographic and field investigation, in
such a way that it allows to identify parameters of the variables that affect the cultivation of corn in the area, after
this, the electrical and electronic devices must be adequately selected for the measurement record. to control,
then a system is developed with a server for monitoring, control and storage of information obtained from the
sensors, to finally validate the prototype on site. With the development of this decision-making prototype, it was
possible to provide advice to farmers to learn how to manage their land directly and efficiently, therefore, have
greater assertiveness in production, which leads to better utility in their crops. in a profitable and sustainable way.
Keywords: Agriculture 4.0, IOT, Digitization of Irrigation.
RESUMO
O objetivo deste trabalho é realizar um protótipo de um sistema automatizado que permita o monitoramento,
controle, armazenamento de informações e tomada de decisões para a irrigação, para o manejo eficiente
das variáveis climáticas que afetam a cultura do milho em um setor de Manabí. Para isso, é necessária uma
pesquisa bibliográfica e de campo para identificar os parâmetros das variáveis que afetam a cultura do milho
na região, em seguida, deve-se selecionar adequadamente os dispositivos eletro-eletrônicos para o registro
das medidas a serem controladas, para então desenvolver um sistema com um servidor para monitoramento,
controle e armazenamento das informações obtidas dos sensores, para finalmente validar o protótipo in loco.
Com o desenvolvimento deste protótipo de tomada de decisão, foi possível prestar aconselhamento aos agri-
cultores para que estes aprendam a gerir as suas terras de forma directa e eficaz, tendo assim uma maior as-
sertividade na produção, o que leva a uma melhor utilidade nas suas culturas, de forma rentável e sustentável.
Palavras-chave: Agricultura 4.0, IOT, Digitalização da Rega.
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Introducción
La agricultura no es la excepción en la era
de la industria 4.0, procesos de monitoreo
y automatización, con el propósito de op-
timizar la producción agrícola a través de
sistemas, asequible para los agricultores.
La falta de acceso a las nuevas tecnologías
digitales ha hecho que existan procesos
producción que aún siguen siendo manua-
les o rudimentarios, por lo que, el termino
agricultura 4.0 permite llevar a cabo la digi-
talización en el riego y a la captación varia-
bles climáticas con dispositivos IoT.
En el sector agrícola uno de los principales
inconvenientes es control de las variaciones
del clima y humedad del suelo, afectando
significativamente la calidad del producto,
lo que conlleva a pérdidas de tiempo y di-
nero, en consecuencia es importante tener
un adecuado sistema de riego que permita
proporcionar la cantidad justa en momen-
to oportuno, para esto se requiere un con-
trol y manejo automatizado de variables
climáticas teniendo en cuenta los rangos
de temperatura y humedad ambiental así
como también humedad de suelo, para las
diferentes etapas del cultivo, tales como
la germinación de la semilla, nacimiento,
crecimiento, floración, polinización, fecun-
dación, engrosamiento y maduración de la
mazorca. (CIBIOGEM, s. f., p. ma)
Diversos organismos como la Universidad
Internacional de Riego están dedicadas a
dar soporte y capacitación para la adquisi-
ción de conocimientos básicos del funcio-
namiento equipos, usos, requerimientos y
gestión de sistema de riego, a través de un
controlador de riego o uno telegestionado,
que permitan implementar y dar manteni-
miento a los profesionales o jóvenes agri-
cultores, para que estén en capacidad de
desarrollar la mejor opción que se adapte al
cultivo y permita resolver el problema que
tienen los agricultores. (Universidad Inter-
nacional de Riego, s. f.)
DIGITALIZACIÓN EN EL RIEGO 4.0 Y LA CAPTACIÓN DE VARIABLES CLIMÁTICAS CON DISPOSITIVOS
IOT, PARA OPTIMIZAR LA PRODUCCIÓN DE MAÍZ EN UN SECTOR DE MANABÍ
La digitalización del riego y IOT, permiten
mantener bajo control los parámetros de las
variables climáticas, debido a que se tiene
información en tiempo real, lo que facilita la
toma de decisiones al momento de ejecutar
el riego y tiene un impacto positivo socioe-
conómico y ambiental en el uso de los re-
cursos hídricos y energéticos.
La producción agrícola en el Ecuador es
extremadamente sensible al cambio climá-
tico. El aumento continuo y progresivo de
las temperaturas, reduce la producción del
cultivo e incrementan la posibilidad de fra-
caso de las cosechas a corto plazo como el
maíz. (Barreno Cuvi et al., 2020)
Es por esto que, diversos estudios como
(Ortiz Cáceres, 2021) en sus resultados de-
muestran que la implementación de estos
sistemas tienen mejoras significativas en
la cantidad y calidad de producto que se
obtiene, debido a que se puede manejar la
variación de humedad de suelo, humedad
y temperatura ambiental, así mismo, el his-
tórico de riego y la lectura de los sensores
en tiempo real, de esta manera se pueda
visualizar el comportamiento del cultivo a
través de herramientas de gestión de la in-
formación para el monitoreo.
Por todo lo antes mencionado, el propósito
de este estudio es realizar un prototipo de
sistema automatizado que permita el moni-
toreo, control, almacenamiento de la infor-
mación y toma de decisiones para el riego,
para el manejo eficiente de las variables cli-
máticas que afectan a los cultivos de maíz en
un sector de Manabí. Para esto se requiere
realizar una investigación bibliográfica y de
campo, de tal manera que permita identifi-
car parámetros de las variables que afectan
el cultivo de maíz en la zona, luego de esto
se debe seleccionar adecuadamente los
dispositivos eléctricos y electrónicos para el
registro de la medición a controlar, luego se
desarrolla un sistema con un servidor para
el monitoreo, control y almacenamiento de
información obtenida de los sensores, para
finalmente validar el prototipo en el sitio.
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La hipótesis que se planteó fue demostrar
que la digitalización del riego con uso del
IOT, permite manejar eficientemente las va-
riables climáticas.
Materiales y métodos
Esta investigación indaga los antecedentes
bibliográficos del estudio, es de tipo aplica-
da, en donde se desarrolla un prototipo que
da solución al problema identificado, para
finalmente validar con el objetivo de mejorar
las etapas previas del diseño.
En la etapa de búsqueda de información
se identificó los requerimiento y variables a
controlar, luego se procede al escoger los
dispositivos de hardware y herramientas de
software que se necesitan para el diseño y
pruebas, posteriormente se pasa a la etapa
de diseño más adecuado para las necesida-
des identificadas, seguido pasamos a reali-
zar pruebas de funcionalidad para analizar
el desempeño, finalmente se analiza los re-
sultados para hacer las mejoras pertinentes.
En la etapa inicial, en el afán de búsqueda
de información se realizó una encuesta a
los agricultores, cuyo objetivo fue caracteri-
zar los cultivos de maíz, en base a la expe-
riencia de los agricultores y la importancia
de la tecnología para una mejor producción
de maíz en la zona de Las Crucitas, en una
finca ubicada en la provincia de Manabí.
La población sujeta a la encuesta fue toma-
da de los datos de la Corporación Financiera
Nacional, en la que dice que 148 personas
son productores de maíz en Manabí, con
esta información se procedió a determinar
la muestra aplicando la Ec. (1), tomando en
cuanta una desviación estándar σ de 0.5, con
un nivel de confianza Z de 95% equivalente a
1.96 y un error del e de 5% (0.05), se deter-
minó que el número de personas a encuestar
es de 107, pero se aplicó un muestreo de tipo
intensional debido a que está dirigido a una
localización especifica, en donde se tomó a
toda la población de 20 personas.
Los resultados de la encuesta arrojaron
que el manejo de variación de las variables
climáticas que más les afecta a sus culti-
vo son la temperatura ambiental y la hume-
dad de suelo, en cuanto al tipo de riego, se
pudo constatar que el 70% de la población
sigue siendo manual, en lo que se refiere a
la necesidad en el sistema de riego, consi-
deran importante que se lo haga tanto para
agua como fertilizante, en cuanto al cono-
cimiento de la tecnología para la digitación
del riego y el acceso a esta, mencionan que
la falta de políticas de estado a través del
Ministerio de Agricultura y Ganadería brin-
den capacitaciones para la adquisición de
conocimientos básicos del funcionamiento
equipos, usos, requerimientos y gestión de
sistema de riego que permitan implementar
y dar mantenimiento, y así tener acceso al
uso de la tecnología para la automatización
de los sistemas de riego, por otro lado el
costo, han hecho que no se automaticen
los cultivos en la zona.
Con la información bibliográfica y los resul-
tados de la encuesta se puede realizar un
prototipo que se adapte a los requerimientos
de los agricultores y de esta manera se pue-
da dar una solución al problema en cuestión.
Ya con la información recabada se procede
a seleccionar los sensores de temperatura y
humedad ambiente, humedad de suelo y ni-
vel de agua, actuadores como relés y bom-
ba de agua y Arduino y demás componen-
tes electrónicos adecuados para obtener el
registro de mediciones a controlar.
Resultados y discusión
En la Fig.1 se muestra el esquema electróni-
co de control hecho en Proteus, los dispositi-
vos como: sensor de temperatura ambiente,
sensor de humedad de suelo, Arduino nano,
fuentes, interruptores, modulo relays bomba
de agua, sensor nivel de agua, display LCD.
GALLEGOS ZURITA, D. E., RODRIGUEZ CASTILLO, K. B., & ORTIZ MOSQUERA, N. S. (2023).
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Figura 1. Esquema electrónico de control del prototipo
El sistema de gestión de datos se diseñó en
un lenguaje de código abierto PHP usa una
herramienta de software libre PhpMyAdmin,
destinada a manejar la administración de
MySQL en la Web.
Las operaciones que hace el sistema para la
lectura de parámetros y toma de decisiones
para la irrigación son: 1. Inicio del sistema.
2. Conexión al servidor. 3. Leer parámetros.
4. Grabar parámetros en la base de datos.
5. Pedir parámetros establecidos (humedad,
temperatura, humedad del suelo). 6. Mostrar
graficas de parámetros en el servidor. 7. Al
finalizar las acciones, vuelve a iniciar el pro-
ceso (actualización, cada 5 segundos).
Figura 2. Diagrama de operaciones del sistema
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IOT, PARA OPTIMIZAR LA PRODUCCIÓN DE MAÍZ EN UN SECTOR DE MANABÍ
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El sistema iniciara realizando las lecturas
de las variables por medio de los sensores
incorporados, de temperatura y humedad
de ambiente, humedad del suelo y nivel de
agua, las cuales se mostrarán en la pantalla
LCD, para la toma de decisiones del siste-
ma, serán mediante las lecturas de hume-
dad de suelo (seco o húmedo) y el nivel de
agua (alto o bajo), el riego de fertilizante se
lo realiza forma manual.
Figura 3. Flujograma de funcionalidad del prototipo de sistema de riego
Para la apertura del riego se realizaría cuando
la humedad del suelo esté por debajo de un
parámetro establecido en función de la etapa
del crecimiento del maíz y el nivel de agua,
para la toma de decisiones del sistema.
Tabla 1. Parámetros de la humedad del suelo
La humedad del suelo se encuentra en valo-
res de 0 a 400 (lecturas de 400 y 300, siendo
un 60 % y 70% de humedad correcta para
el crecimiento de la misma), se determina
que el suelo este húmedo y no se realiza la
apertura del sistema de riego, si se desea se
GALLEGOS ZURITA, D. E., RODRIGUEZ CASTILLO, K. B., & ORTIZ MOSQUERA, N. S. (2023).
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puede realizar la apertura de forma manual,
mediante el segundo botón colocado en la
parte frontal del prototipo, si se encuentra
en valores de 500 a 1023( siendo 50% y 0%
de humedad, no correcta para la planta), se
considera el suelo seco y automáticamente
se realiza la apertura de sistema de riego, de
la misma forma no se podrá encender el sis-
tema de riego manual, para la ejecución se
debe constatar el nivel de agua, siendo baja
no permite la apertura del sistema de riego,
el cual muestra en la pantalla “IMPOSIBLE
REGAR” y “RELLENAR TANQUE”, lectura del
nivel correcto de agua, permitirá la apertura
del sistema de riego.
La cantidad de agua está definida según el
tiempo de crecimiento del maíz, esta se deta-
llas en la Tabla 2.
Tabla 2. Dosis de riego para plantaciones de maíz
Fuente: Adaptado de (Agricultura. El cultivo del maíz. 1a parte., s. f.).
El sensor de temperatura ambiente sirve
para monitoreo y registro de los cambios de
temperatura, en la Tabla. 3 se muestra las
temperaturas y la descripción para la toma
de decisiones.
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IOT, PARA OPTIMIZAR LA PRODUCCIÓN DE MAÍZ EN UN SECTOR DE MANABÍ
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Tabla 3. Temperatura ambiente para cultivo de maíz
Las temperaturas superiores a 32 ° C, con
baja humedad relativa (y el estrés hídrico),
resultan perjudiciales para la floración y la
fijación del fruto.
La temperatura mínima media del suelo para
la germinación del maíz no debe ser inferior
a 10ºC, y es imprescindible asegurarse que
al menos durante tres días seguidos la tem-
peratura del suelo a 5 cm de profundidad
(tomando un promedio de tres mediciones:
a las 7 hs, 14 hs y 18 hs) sea 10ºC o más,
para comenzar la siembra.
Las lecturas realizadas por el prototipo au-
tomatizado del sistema de riego son:
• Lectura de la temperatura en grados
centígrados (°C) y la humedad del am-
biente en porcentaje (%).
• Lectura de la humedad del suelo, el sen-
sor lee de 0 a 1023, 0 determinando el
100% de humedad y 1023 determinan-
do 0% de humedad.
• Nivel de agua para el riego, nivel correc-
to (alto) o nivel bajo.
La página web muestra las Figuras 4, 5 y
6, se muestran los datos obtenidos median-
te las lecturas realizadas por los sensores,
datos leídos almacenados en una base de
datos y a su vez representados gráficamen-
te en una página web de esta forma poder
interpretar de mejor manera su comporta-
miento y ayuda a una mejor toma de deci-
siones para el usuario.
Figura 4. Lectura del sensor de temperatura ambiente
GALLEGOS ZURITA, D. E., RODRIGUEZ CASTILLO, K. B., & ORTIZ MOSQUERA, N. S. (2023).
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Figura 5. Lectura de humedad de ambiente
Figura 6. Lectura del sensor de humedad de suelo
En la Fig. 7 se muestra el prototipo, en don-
de se puede observar:
• Foto led: rojo (encendido en relé de bom-
ba de agua) y verde (parpadea cada 5s,
para verificar el riego.
• Sensor de temperatura ambiente.
• Pantalla LCD muestra leyendas como:
(DHT: Temperatura/humedad ambiente y
HS: indicadores de nivel de humedad de
suelo) Regado automático.
Imposible regar, nivel bajo de agua. Nivel
bajo de agua, llenar tanque.
• Botones de control
• El primero botón es de encendido/ apa-
gado del prototipo.
• El segundo botón es de encendido/ apa-
gado del sistema de riego manual.
• El tercer botón en es encendido/ apagado
del sistema de riego de fertilizante manual.
Figura 7. Prototipo de control de riego
DIGITALIZACIÓN EN EL RIEGO 4.0 Y LA CAPTACIÓN DE VARIABLES CLIMÁTICAS CON DISPOSITIVOS
IOT, PARA OPTIMIZAR LA PRODUCCIÓN DE MAÍZ EN UN SECTOR DE MANABÍ
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RECIMAUC VOL. 7 Nº 2 (2023)
Conclusión
Con la IOT y la digitalización del riego 4.0
se puede realizar una proyección estimada
mediante pruebas de campo, se tendría un
aumento del 10% en productividad en la co-
secha y se demostró que tienen un mayor
potencial del 60% de ahorro de agua.
Por otro lado, se estima recuperar la inver-
sión empleada en el proyecto es en una
cosecha, este tiempo establecido cambia
dependiendo del tipo de semilla que se
siembra, ya que cada semilla tiene su pro-
pio ciclo de maduración, en la zona que se
llevó a cabo las pruebas tomara seis meses
en recuperar la inversión.
Además, con el desarrollo de este proto-
tipo de toma de decisiones, se pudo brin-
dar asesoramiento a los agricultores para
aprender a gestionar de forma directa y
eficaz sus terrenos, por ende, tener mayor
asertividad en la producción, lo que lleva a
una mejor utilidad en sus cosechas, de ma-
nera rentable y sostenible.
Este tipo de implementaciones contribuiría
para aumentar la producción de alimentos,
debido a que según un estudio hecho por
Instituto de Recursos Mundiales (WRI), en
el 2050 el planeta requiere un aumento de
60%, para alimentar a 10000 millones de
personas. (World Resources Institute - Wiki-
wand, s. f., p. world)
En definitiva, con la aplicación del IOT en
la Agricultura 4.0 se logró tener una mejor
gestión los datos, tener una producción a
partir de nuevas herramientas tecnológicas,
lo que contribuyen al desarrollo de la eco-
nomía del País.
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perado 5 de mayo de 2023, de https://www.wiki-
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CITAR ESTE ARTICULO:
Gallegos Zurita, D. E., Rodriguez Castillo, K. B., & Ortiz Mosquera, N. S.
(2023). Digitalización en el riego 4.0 y la captación de variables climáticas
con dispositivos IOT, para optimizar la producción de maíz en un sector de
Manabí. RECIAMUC, 7(2), 219-228. https://doi.org/10.26820/reciamuc/7.(2).
abril.2023.219-228
GALLEGOS ZURITA, D. E., RODRIGUEZ CASTILLO, K. B., & ORTIZ MOSQUERA, N. S. (2023).
