Tesis / 0045 / I.M. by MAOSABO

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA COSECHA DEL MAÍZ CON AGRICULTURA DE PRECISIÓN.

AUTOR: EDIERD MATEUS CHACON

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA BOGOTA D.C 2015

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA COSECHA DEL MAÍZ CON AGRICULTURA DE PRECISIÓN.

AUTOR: EDIERD MATEUS CHACON

MONOGRAFÍA

DIRECTOR DE MONOGRAFÍA: PAOLA ANDREA ZAMBRANO GARCIA

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA PROGRAMA INGENIERIA MECATRÓNICA BOGOTA D.C 2015

NOTA DE ACEPTACIÓN: _________________________ __________________________ _________________________

_________________________ Firma de jurado

__________________________ ING. PAOLA ANDREA ZAMBRANO GARCIA Director.

CONTENIDO INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 6 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................... 7 OBJETIVOS ............................................................................................................. 8 OBJETIVO GENERAL .......................................................................................... 8 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 8 JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 9 1. AGRICULTURA ................................................................................................. 10 1.1. EL ORIGEN DE LA AGRICULTURA ........................................................... 10 1.2. IMPORTANCIA DEL MAÍZ EN EL MUNDO ................................................ 10 2. GENERALIDADES DEL MAÍZ ........................................................................... 13 2.1. ORIGEN ETIMOLÓGICO DE LA PLANTA DE MAÍZ................................... 13 2.2. PLANTA DEL MAÍZ. .................................................................................... 13 2.3. ADAPTABILIDAD DEL MAÌZ ....................................................................... 14 2.4. PLAGAS DEL CULTIVO DEL MAÍZ ............................................................ 15 3. AGRICULTURA DE PRECISIÓN....................................................................... 17 3.1. PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN ...... 19 3.2. CARTOGRAFÍAS DE PREDICCIÓN ........................................................... 21 3.2.1. IMPORTANCIA DE LA POSICIÓN ....................................................... 22 4. SISTEMAS EMPLEADOS EN LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN PARA EL CULTIVO DEL MAÍZ .............................................................................................. 25 4.1. CAPTADORES PARA LA ADQUISICIÓN DE DATOS ................................ 25 4.2. DETERMINACIÓN DE RUTAS DE SEMBRADO ........................................ 29 4.3. CONTROL DE MALEZAS Y PLAGAS ......................................................... 30 5. EFICIENCIA ENERGÉTICA EN SISTEMAS DE AYUDA AL GUIADO .............. 33 5.1 AHORRO DE INSUMOS .............................................................................. 38 5.2. AHORRO TOTAL CON SISTEMA DE AYUDA AL GUIADO ....................... 40 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 42

LISTA DE TABLAS. Tabla 1. Características semillas zona cafetera..................................................... 12 Tabla 2. Características semillas clima cálido........................................................ 12 Tabla 3. Herramientas fundamentales de la agricultura de precisión. ................... 20

LISTA DE FIGURAS. Figura 1.Principales productores de maíz en el mundo. ........................................ 11 Figura 2.Departamantos de Colombia que cultivan maíz. ..................................... 11 Figura 3.Partes de la semilla de maíz. ................................................................... 13 Figura 4.Plagas del maíz. ...................................................................................... 16 Figura 5.Roya común (a) Roya por polysora (b) Roya tropical (c). ........................ 16 Figura 6.Sistemas con control satelital. ................................................................. 18 Figura 7.Fundamentos de la agricultura de precisión. ........................................... 19 Figura 8.Cartografias de predicción. ...................................................................... 22 Figura 9.Sistema GPS. .......................................................................................... 13 Figura 10.RTK........................................................................................................ 24 Figura 11.Mapeo nutricional del terreno. ............................................................... 26 Figura 12.Mapa de rendimiento (ha). ..................................................................... 26 Figura 13.Sensor inalámbrico. ............................................................................... 28 Figura 14.Rutas de siembra. .................................................................................. 29 Figura 15.Sistema de riego. ................................................................................... 30 Figura 16.Sistemas utilizados en la visión artificial. ............................................... 31 Figura 17.Esquema de funcionamiento del sensor de malas hierbas .................... 32 Figura 18.Visión artificial. ....................................................................................... 32 Figura 19.Elementos de sistema de ayuda al guiado. ........................................... 13 Figura 20.Sistemas de posicionamiento. ............................................................... 34 Figura 21.Primeros sistemas de ayuda al guiado. ............................................... 135 Figura 22.Sistemas de ayuda al guiado en la actualidad. ...................................... 35 Figura 23.Comparativa del trabajo realizado con y sin sistemas de ayuda al guiado. ............................................................................................................ 36 Figura 24.Datos de ahorros de insumos conseguidos dentro de una explotación gracias al empleo de un sistema de ayuda al guiado. .................................... 39 Figura 25.Valoración total de ahorros asociados a un sistema con ayuda al guiado. ........................................................................................................................ 40

INTRODUCCIÓN El maíz es una de las plantas cultivadas con mayor antigüedad en el mundo, esta práctica es realizada desde hace unos 7000 años. Su origen aparentemente fue dado en México. [1] El maíz en toda la historia ha sido uno de los productos más comercializados, ya que permite realizar derivados en base a esta planta, además de esto su producción no es solo para uso humano, sino que por lo contrario puede ser usado para hacer gran cantidad de productos, tales como la comida para animales y licores. Actualmente se observa que este producto ha llegado a tener aún más importancia en el día a día de los seres humanos, ya que gracias a él se puede obtener biocombustibles como el etanol, el cual sirve como generador de energía. Este producto es uno de los más importantes para la humanidad, por ello es necesario que el cultivo del maíz, pueda llegar a ser completamente eficaz para lograr abastecer a todo el mundo. Razón por la cual se han buscado diferentes elementos que permitan masificar su producción además de mejorar la calidad del producto. Uno de estos avances en términos de tecnología ha sido la agricultura de precisión o (AP). Esta tecnología brinda un mayor control e interacción con el cultivo, además de obtener información que permita al agricultor la toma de decisiones tales como: rutas de siembra, necesidad proteínica del suelo y diferentes condiciones que mejoren la forma en la cual es sembrado el maíz. La agricultura de precisión es una de las mejores alternativas para aumentar y mejorar la calidad de un producto, en este caso el cultivo del maíz, ya que al realizar la práctica de esta tecnología, la producción se incrementa. Además de esto, al haber un control durante el proceso, el producto cuenta con los nutrientes necesarios para realizar de forma correcta su ciclo de producción, por ende el maíz tiende a ser de mejor calidad. Por ello cuando son usadas las diferentes tecnologías de la AP, tales como visión artificial, sistemas de riego y ayuda al guiado en maquinaria agrícola es posible incrementar la eficiencia en la aplicación de materias primas, ya que de manera precisa estas son dosificadas en la zona que realmente las necesita.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Actualmente, en Colombia los campesinos o cultivadores del maíz, desconocen de los sistemas de tecnología que les permitan tener un mayor control de su cultivo, tales como los sistemas utilizados para mejorar las cosechas, sistemas de riego, medición de factores climatológicos entre otros. Esto conlleva a que el maíz sembrado no obtenga la calidad requerida y la gestión del terreno sea ineficiente. Así mismo, aquellas personas que realizan estos cultivos cuando observan que la producción es demasiado baja, tratan de buscar alternativas de siembra, con lo cual afectan a otros cultivadores, puesto que al cambiar de cultivo por otro en el cual se obtenga un mayor beneficio, produce que el mercado se sature, por ende, baja el precio y afecta a diferentes cultivadores. En la mayoría del territorio colombiano, donde es producido el maíz, se puede observar que esta práctica es muy abundante, pero estos cultivos o parcelas no tienen un alto grado de control, con respecto a las diferentes variables necesarias para mejorar la calidad del producto, tales como la humedad, el pH, nutrientes del suelo entre otros. Además de esto, se observa un alto grado de pérdida tanto en producción, como en recursos de materia prima. Ya que no hay una planificación de los trabajos a realizar, y no se cuenta con sistemas de monitoreo que permitan dar a conocer, las diferentes variables para identificar daños o inconvenientes que se están produciendo en el cultivo. Una de las tecnologías de la AP que mejora el rendimiento en el cultivo del maíz, es el sistema de ayuda al guiado en maquinaria agrícola. Cuando es utilizado un sistema de ayuda al guiado se pueden observar grandes ahorros, como menor consumo de combustible, ahorro en agroquímicos y abonos entre otros. Al ser aplicada esta tecnología, es necesario realizar estudios donde se determinan las necesidades específicas del suelo en diferentes zonas del terreno en el cual se pretende sembrar el cultivo del maíz, gracias a esto se aprovecha de manera óptima los recursos con los que se cuenta, además que permite reducir el número de trabajos durante el proceso de siembra.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Analizar de qué manera se puede incrementar la eficiencia de los insumos y materias primas en los cultivos de maíz, empleando agricultura de precisión con sistemas de ayuda al guiado.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS -

Investigar la importancia del cultivo del maíz en el mundo, para dar a conocer la necesidad de aplicar nuevas tecnologías dentro del cultivo del maíz.

Dar a conocer sistemas propios de la agricultura de precisión, con las cuales se puede llegar a incrementar la eficiencia en el cultivo del maíz.

Identificar técnicas que contribuyan al aprovechamiento de materias primas en la siembra del maíz, para minimizar costos de producción.

Reconocer las ventajas de la agricultura de precisión, como una ayuda a mejorar de manera eficaz la dosificación, tanto los agroquímicos como materias primas.

Investigar los sistemas de ayuda al guiado en maquinaria agrícola empleados en el cultivo del maíz, para mejorar las tareas de labranza de las tierras.

JUSTIFICACIÓN La Agricultura de Precisión (AP), es una herramienta en la cual se propone la adaptación de nuevas técnicas de cultivo. Brinda las mejores condiciones para cada punto del terreno, teniendo en cuenta las necesidades requeridas por las plantas y participa en la optimización de insumos, ya que de este modo se puede mejorar la rentabilidad de un cultivo. La AP se basa en un concepto clave, que es aplicar la cantidad correcta de insumos, en el momento adecuado y en el lugar exacto. Esto es muy importante porque da la garantía de que la materia prima se estará usando de una manera eficaz, lo que conlleva a una mejora en el cultivo del maíz. Para dar a conocer este tipo de herramienta, es necesario realizar una investigación con respecto a las diferentes tecnologías usadas en el cultivo del maíz, para identificar diferentes falencias que presentan las siembras tradicionales. De esta manera, se puede observar si usando la AP, hay reducción de materiales, energía y tiempos muertos. Con ello se puede concluir, si este tipo de tecnologías mejoran el rendimiento de un cultivo, en este caso la siembra de maíz. Las tecnologías que tiene mayor relevancia en la AP son: las cartografías de predicción, determinación de rutas de sembrado, control de malezas, sistemas de riego y la ayuda al guiado en maquinaria agrícola. Estas tecnologías necesitan de diferentes sistemas tanto mecánicos como electrónicos para la recolección y procesamiento de la información, ya que con esta información son controlados de manera eficiente los mecanismos que permiten la dosificación de materias primas. Entre estos se pueden encontrar el sistema GPS que permite la orientación de manera precisa de la maquinaria agrícola, las cámaras de visión artificial que utilizan sensores CCD (Charge Coupled Device) o CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) para la identificación de malezas, y válvulas en el sistema de riego propio de la maquinaria agrícola que permiten la oportuna dosificación tanto de agroquímicos como de abonos. Además de esto es necesario profundizar una de las tecnologías de la AP, con la cual se ha mejorado de manera notable la eficiencia y el rendimiento en las labores del cultivo del maíz. Ésta es llamada ayuda al guiado y permite que el usuario tenga un mayor control en la guía de la maquinaria agrícola, también permite ubicar de manera georeferenciada las zonas que necesitan algún tipo de insumos, ya sea abono o agroquímicos gracias a estudios elaborados antes de realizar los trabajos de siembra.

1. AGRICULTURA La agricultura es una de las más importantes actividades para el ser humano, ya que de éstas se obtienen la mayoría de los alimentos de consumo mundial. Por esto es necesario conocer cómo y dónde se inició esta práctica. Además de profundizar en el cultivo del maíz el cual es uno de los más antiguos y más comercializado en el mundo, por la cantidad de derivados que se pueden obtener de este. La agricultura se puede definir como la técnica de trabajar la tierra para producir algún tipo de alimento o producto de ella. La palabra agricultura es de origen latín “agri” expresa “campo cultivo” y “cultura” que es sinónimo de “cultivo o cultivado”. [2] 1.1. EL ORIGEN DE LA AGRICULTURA El origen de la agricultura se inició alrededor del año 10000 a.C. pero solo fue cuestión de tiempo para convertirse en la principal fuente de alimento de los seres humanos. Durante todo este periodo la agricultura ha ido evolucionando con el hombre, gracias a esta evolución se pudo dominar el mundo tanto animal como vegetal, ya que se empezó a domesticar diferentes animales, los cuales podían ser alimentados gracias a los cultivos hechos por los seres humanos. [3] Estos desarrollos fueron produciéndose de diferentes maneras alrededor del mundo, ya que las características geográficas y climatológicas son muy variadas, cuando la cantidad de población empezó a crecer alrededor del planeta, los seres humanos se vieron obligados a colonizar diferentes territorios los cuales carecían de alimento, por este motivo la agricultura ha jugado un papel importante en la vida del ser humano, ya que gracias a ésta se obtiene la mayoría de productos necesarios para el alimento de la humanidad. [4] 1.2. IMPORTANCIA DEL MAÍZ EN EL MUNDO El maíz es uno de los alimentos de mayor venta en el mundo, ya que de este se pueden generar innumerable cantidad de subproductos. Entre los cuales se puede encontrar, alimentos para animales, aceites, generadores de energía con el etanol, alcoholes etc. Por esto es de suma importancia el mejoramiento de este cultivo. [5] En el mundo, el 85% de los países realizan el cultivo del maíz, ya que es un producto alimenticio básico, además que rinde mucho más que el trigo y la cebada. Gracias a esto su precio es más bajo que otros productos y por ende mucho más asequible. Los países que tienen mayor producción de maíz en el mundo son los siguientes: Países productores EEUU

Producción (mill.tn) 299.91 10

% total mundial 42

CHINA UE BRASIL MEXICO ARGENTINA RESTO DEL MUNDO

126 52,48 24 21 19 142,11

18 7,49 6,14 3,41 2,70 20,55

Figura 1.Principales productores de maíz en el mundo.

Fuente [5] Como se puede observar Estados Unidos es el país con mayor cantidad de producción, por ende es el país que más exporta este producto, aunque Brasil, México y Argentina tienen una gran cantidad de producción estos países aún no han llegado a cubrir las necesidades de su propio país, aunque esto no quiere decir que ellos no hagan exportación de este producto. Colombia es uno de los países de menor cuantía en cuanto a producción de este cereal ya que genera alrededor de 1,538,365 millones de toneladas al año, en donde resaltan algunos departamentos los cuales se pueden apreciar en la siguiente gráfica.

Figura 2. Departamentos de Colombia que cultivan maíz.

Fuente: [6] Para cada una de las zonas de producción es necesario contar con la semilla adecuada, esto es indispensable para poder mejorar la calidad del producto y evitar posibles plagas por baja resistividad al ambiente en el cual es sembrado cierto tipo de semilla. Además de esto, cuando se clasifica de una manera adecuada el tipo de semilla para la región, se cuenta con una guía la cual se puede seguir, para saber qué necesidades específicas tiene cada semilla, con esto se podrá hacer un mejor control del cultivo.

Semillas certificadas de maíz para zona cafetera Este tipo de semillas son cultivadas especialmente en la zona cafetera, esta investigación fue dada por diferentes entidades gubernamentales las cuales son el ICA, FENALCE, CENICAFE Y CIMMYT. Estas semillas pueden ser cultivadas en los 1000 a 1800 metros sobre el nivel del mar. Tabla 1. Características semillas zona cafetera. Característica Color de grano Altura planta (m) Altura mazorca Número de hileras Rendimiento kg/ha. Siembra kg/ha. Fuente: [7]

Ica V-305 Amarillo 2.3 1.3 14-16 6000

Ica V-354 Blanco 2.2 1.2 14-16 6000

Semillas certificadas de maíz para clima cálido Este estudio fue hecho por el ICA donde concluyó que estas semillas son específicamente dadas para siembra que esté comprendida, entre los 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar, tienen un buen potencial en su rendimiento, y pueden ser utilizadas especialmente para la Costa Atlántica colombiana. Tabla 2. Características semillas clima cálido. Característica Ica V-109 Ica V-156 Color de grano Amarillo Blanco Altura planta (m) 2.4 2.1 Altura mazorca 1.2 1.2 Número de hileras 14-16 14-16 Rendimiento 6000 6000 kg/ha. Siembra kg/ha. 25 25 Plantas ha. 55000 55000 Peso 100 semillas 31 gr. 30 gr. Tipo de grano Cristalino Cristalino Fuente: [7] Se puede observar que en Colombia hay muchas zonas en las cuales se puede realizar este cultivo, pero aun así la producción es muy baja, por esto es necesario la incursión de nuevas tecnologías dentro del proceso del cultivo del maíz para

mejorar la rentabilidad de producción por hectárea cultivada lo cual puede ser posible si se implementa tecnologías propias de la AP. 2. GENERALIDADES DEL MAÍZ El maíz es una de las plantas más cultivadas en el mundo, conocer más a fondo los lugares donde se originó, donde es producido y las diferentes enfermedades que lo afectan, resulta de gran importancia, puesto que de esta manera se puede dar una idea de las variables que se deben controlar a la hora de hacer un cultivo de este tipo. Así se puede generar soluciones como tablas nutricionales del suelo, sistemas climatológicos y sistemas de detección de malezas etc. Estos sistemas contribuyen al control y la optimización del cultivo del maíz. 2.1. ORIGEN ETIMOLÓGICO DE LA PLANTA DE MAÍZ El maíz (Zea mays L.) pertenece a la familia de las gramíneas, tribu maideas, y se cree que se originó en los trópicos de América Latina, especialmente los géneros Zea, Tripsacum y Euchlaena, cuya importancia reside en su relación fitogenética con el género Zea. [8] 2.2. PLANTA DEL MAÍZ.

Figura 3.Partes de la semilla de maíz.

Fuente: [9] El sistema radicular en la planta del maíz se desarrolla a partir de la radícula de la semilla, la cual es necesario sembrarla a una profundidad adecuada, el crecimiento de la raíz se detiene gradualmente al emerger la plúmula, y se detiene completamente al emerger tres hojas en la plántula.

El tallo de esta planta es robusto, puede presentar de 15 a 30 hojas alargadas, de 4 a 10 centímetros de ancho y de 35 a 50 centímetros de larga. El cultivo del maíz puede tener gran adaptabilidad, ya que ésta puede surgir en casi todas las oportunidades que le ofrece el medio ambiente. En este momento se puede encontrar cultivadores que hacen esta siembra en condiciones distintas a las de su hábitat natural. Además de esto, se puede encontrar semillas que han sido modificadas genéticamente para responder a un tipo de clima en específico, esto permite que el cultivo de maíz se dé en la mayor parte del mundo. Por otra parte se obtiene una mejor semilla y una alta cantidad de proteína. [10] 2.3. ADAPTABILIDAD DEL MAÌZ El maíz se puede adaptar a un amplia variedad de suelos, si se cultiva de una manera adecuada y técnica, los suelos en los cuales pueden tener mayor efectividad son aquellos en los cuales tiene una textura media, son fértiles y se encuentran bien drenados, además que cuenten con buena capacidad de retención del agua. Es necesario que el terreno donde se cultive el maíz, el PH esté entre 5.5 y 7.8 de acidez, ya que si no se encuentra en este margen el cultivo no tendrá el mayor rendimiento, además de que la planta no tendrá los nutrientes necesarios para su buen desarrollo. En el cultivo del maíz es necesario que el suelo cuente con diferentes nutrientes, entre los principales se pueden encontrar, N (nitrógeno), P (fosforo) y K (potasio). Además de estos, el maíz necesita otros nutrientes en menores cantidades los cuales son el Ca (Calcio), Mg (Magnesio) y el S (azufre). Otros elementos que son necesarios son llamados micro-elementos y pueden ser conseguidos en abonos foliares. [11] El agua es uno de los factores primordiales en la primera etapa del cultivo, ya que puede llegar a ser muy limitante en el crecimiento de la plántula. Cuando hay sequía entre los primeros 15 a 30 días en el cultivo, puede ocasionar que haya pérdida en las plantas más jóvenes, o por el contrario se produzca un estancamiento en su crecimiento. En general, el maíz necesita por lo menos de 500 a 700 mm de precipitación bien distribuida durante el ciclo del cultivo. Cuando el cultivo recibe grandes cantidades de agua se puede ver afectado, ya que si hay un encharcamiento en este, y además las temperaturas son altas, se afectan las raíces de la planta. Si se produce un encharcamiento por 24 horas o mayor en

las primeras etapas se puede perder todo el cultivo, después de la primera etapa el cultivo puede soportar hasta una semana de encharcamiento. Estos problemas pueden ser solucionados si se realiza rutas de drenado en el momento de arar el terreno, ya que previenen los encharcamientos por grandes precipitaciones de agua, además de esto es necesario que el sistema riego cuente con sistemas de monitoreo climatológico para poder determinar en qué momento es necesario realizar las funciones de riego. 2.4. PLAGAS DEL CULTIVO DEL MAÍZ En las plagas de la planta del maíz, se pueden encontrar un sin número de agentes que pueden afectar el cultivo del maíz como los hongos, bacterias y virus. Varias de estas enfermedades pueden ser enfermedades foliares, descomposición del tallo y descomposición de mazorca y pueden llegar a tener un daño económico por la pérdida de las plantas, si no son controladas de manera inmediata. Las principales enfermedades que afectan los cultivos del maíz son las siguientes: Mildiú Java del maíz Peronosclerospora maydis Mildiú filipino del maíz Peronosclerospora philippinensis Mildiú caña de azúcar del maíz Peronosclerospora sacchari Mildiú sorgo del maíz Peronosclerospora sorghi [12] Estas enfermedades constituyen un verdadero riesgo para los sembradores de maíz y se presenta en varios países de Asia, África y Latinoamérica, estas enfermedades pueden darse en su mayoría en regiones cálidas y húmedas. Principalmente afectan las hojas de la planta además de causar enanismo en algunas de ellas. Como se puede observar en la figura 4,las hojas son amarillas además de tener una estatura muy baja lo que conlleva a que el fruto no sea de la mejor calidad.

Figura 4.Plagas del maíz.

Fuente: [12] Royas del maíz Las tres royas del maíz son: roya común, roya por polysora y roya tropical.

Figura 5.Roya común (a) Roya por polysora (b) Roya tropical (c).

Fuente: [13] Estas enfermedades están distribuidas por todo el mundo, aparecen cuando la planta se acerca a su etapa de floración. Y es necesario su control para evitar daño en el cultivo, además de esto es necesario el control después de su erradicación para evitar nuevos brotes. Como se muestra en la figura 5 es afectada la hoja, la cual se empieza a marchitar por ende causa la perdida de la misma.

De las anteriores variables que fueron mencionadas en el cultivo del maíz, como son, nutrientes del suelo, sistema de riego e identificación de plagas entre otras, se puede observar la necesidad de que todos estos factores sean controlados para permitir que el cultivo tenga las mejores condiciones. Por esto se deben conocer los 16

diferentes tipos de tecnologías que pueden llegar a generar este control, entre esta se encuentran los sistemas que integran a la AP ya que en ella se pueden ver reflejadas, la toma de muestras de suelo, verificación de viabilidad de terreno, siembra, detección de malezas gracias cámaras de visión artificial y un sinfín de elementos que ayudan al cultivador a generar una mayor interacción con el cultivo para evitar malas decisiones que puedan llegar a afectar la producción.

3. AGRICULTURA DE PRECISIÓN La agricultura de precisión reúne gran cantidad de tecnologías o sistemas los cuales ayudan y mejoran la interacción del usuario con el cultivo, esto es posible gracias a los principios fundamentales de la AP que consisten en determinar, analizar y actuar. En la etapa de determinación se recolecta información del terreno y suelo para realizar análisis de viabilidad del cultivo, luego se procede a analizar estos archivos y crear una metodología y plan de trabajo para proceder con la última etapa en la cual se actúa e inician las labores de siembra. La agricultura de precisión puede definirse como una estrategia de administración tecnológica para cultivos, en los cuales se requiere obtención de datos para adoptar algunas decisiones con respecto a las actividades necesarias para el control del cultivo. Este tipo de tecnología, toma en cuenta algunas variables tales como, el terreno, las condiciones atmosféricas y las necesidades de las plantas, para optimizar el ahorro de diferentes tipos de insumos utilizados en los cultivos. De esta manera la rentabilidad será mucho mayor, además de ayudar al medio ambiente. [14] La agricultura de precisión puede gestionar la tierra acorde a sus necesidades, para ello utiliza experiencias dadas en diferentes tecnologías como sistemas de visión artificial cartogramas de predicción entre otros, ya que proporciona la capacidad de recopilar, interpretar y aplicar la información obtenida. Con esto los agricultores pueden reducir los costos de materiales y masificar las ganancias. [15]

Figura 6.Sistemas con control satelital.

Fuente: [16] Las nuevas tecnologías de la información y de la comunicación también se están instalando en el sector agrario, este proceso de incorporación está siendo lento, tal como suele ocurrir en todos los aspectos de este sector. No obstante, es un hecho que en los últimos años se ha producido una gran evolución de la agricultura, debido en buena parte al mayor nivel de conocimientos adquiridos sobre los factores de producción. [17] Las nuevas tecnologías puestas al alcance del agricultor, ligadas con la agricultura de precisión, se están convirtiendo en la visión suplementaria, ya que es la encargada de observar todo aquello que pasa en el cultivo, esto permite la elaboración de bases de datos, que es una herramienta necesaria para la toma de decisiones. En la agricultura de precisión hay tres ítems muy importantes para la regularización de los equipos utilizados: 1. Identificación cuantitativa y cualitativa de la variabilidad, agrupando las zonas en base a su homogeneidad para determinar operaciones. 2. Análisis del impacto que una actividad referenciada en cada zona puede generar, teniendo en cuenta criterios agronómicos. 3. Ejecución modular de las diferentes operaciones. Elementos necesarios para la realización de los anteriores ítems planteados. 1. Primero, es necesaria la implementación de tecnologías que permitan recolectar características de la zona para su análisis. Estos datos obtenidos pasaran a un archivo el cual se utilizará en la posteridad. 2. Segundo, los sistemas informáticos permitirán la utilización adecuada de los datos obtenidos, permitiendo la regularización de los equipos. 3. Tercero, es necesario contar con maquinaria para realizar un aporte modular de las materias primas. 18

La agricultura de precisión se muestra como una de las mejores herramientas a utilizar en los procesos productivos de los últimos años como consecuencia de la optimización de los sistemas de entrada de información, además de la reducción de costos, incremento de la precisión en la producción, incorporación de la trazabilidad en el proceso. Este último es un término de creciente demanda por el consumidor y la legislación en general, por ende es necesaria la implementación de estas tecnologías en la agricultura actual para mejorar la calidad y rendimiento de los cultivos. [18]

3.1. PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN El principio en el cual se fundamenta la agricultura de precisión, es la adquisición de datos, y es perfectamente adaptable en cualquier actividad. Tras la primera etapa de determinación en la cual se obtienen datos e información de las necesidades de las parcelas, se procede a la segunda etapa de análisis e interpretación de datos, a partir de estas dos primeras etapas se entra en una tercera que es la actuación con la que se pretende cumplir con las necesidades cambiantes tanto en el tiempo como en el espacio.

Figura 7.Fundamentos de la agricultura de precisión.

Fuente [20] Según el esquema general de la figura 7se puede establecer dos tipos diferentes de organización de la agricultura de precisión: El primero de ellos se puede catalogar como sistema cíclico o cerrado, en este las etapas tienen lugar en diferentes periodos de tiempo, mientras que el segundo tipo se puede definir con una secuencia, abierta y en la que las etapas coinciden

prácticamente en el tiempo. El primer sistema se fundamenta en cartografías se predicción acumulada a lo largo del tiempo mientras que el segundo se define como una aplicación diferencial modular en tiempo real. En cualquiera de estas dos herramientas es necesario establecer cuatro niveles de tecnologías a utilizar: 1. Elementos o sistemas que permiten la determinación exacta de la posición de los equipos agrícolas durante el trabajo. Se trata de los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS). 2. Materiales capaces de detectar y almacenar la información referente a la variabilidad intraparcelaria. Los denominados captadores. 3. Herramientas de gestión georeferenciada de la información parcelaria. Son los denominados Sistemas de Información Geográfica (SIG). 4. Tecnologías capaces de controlar automáticamente los equipos agrícolas, de forma que se pueda modificar en continuo las condiciones de regulación de los mismos En la siguiente tabla se encuentran diferentes tipos de tecnologías que permiten la obtención de información vital para la implementación de los sistemas de la AP ya que con estos se puede realizar de manera segura y eficiente la toma de decisiones a la hora de realizar el cultivo del maíz. Tabla 3. Herramientas fundamentales de la agricultura de precisión. Fuente [20] TECNOLOGÍAS DESCRIPCIÓN SISTEMAS DE LOCALIZACION GPS Y El GPS permite conocer la posición de DGPS un vehículo en la parcela. Está basado en la utilización de un conjunto de satélites. Teniendo en cuenta las “interferencias” es necesario disponer, además de un receptor GPS, de una señal de corrección para obtener una precisión de medida compatible con los requerimientos agrícolas. Se habla entonces de un DGPS o GPS diferencial CAPTADORES DE RENDIMIENTO Asociados a un sistema GPS permiten la realización de cartografías de rendimiento, utilizables para posteriores razonamientos de actuación. Estos pueden encontrarse como sensores con el objetivo de medir y guardar

OTROS CAPTADORES DE ADQUISICION DE INFORMACION (SUELO, PLANTA, CLIMA)

SISTEMAS DE GEOGRÁFICA (SIG)

INFORMACIÓN

MODELOS DE AYUDA PARA LA TOMA DE DECISIONES

SISTEMAS PARA MODULAR LAS DOSIS DURANTE EL TRABAJO

información tal como humedad del grano, velocidad de avance de la cosechadora entre otros. Sistemas automatizados capaces de recoger y almacenar información sobre los distintos aspectos de la parcela (textura del suelo, contenido de humedad, contenido en M.O y nutrientes), la planta (nivel de clorofila,…) y el clima. Se convierten en “ojos suplementarios” del agricultor. Entre estos se encuentran sistemas CMOS de visión artificial o sensores de humedad. Paquetes informáticos que permiten tratar la información de diversas fuentes en su conjunto y establecer de forma ordenada la información relativa a un punto determinado. Para cada una de las operaciones, existen diferentes modelos de ayuda basados en las características agronómicas de los cultivos y en los datos obtenidos con los captadores. A partir de las cartografías establecidas, estos sistemas permiten la modificación en continuo y en tiempo real de las características de trabajo de los equipos.

3.2. CARTOGRAFÍAS DE PREDICCIÓN Este sistema es uno de los más conocidos y el primero en el cual se empezó a trabajar. Basado en el famoso ciclo de la agricultura de precisión (figura 8) éste método se apoya en dos principios: conocimiento exacto de la posición del móvil en la parcela en el instante determinado y toma de decisiones a partir de análisis de información obtenida a lo largo de los años.

Figura 8.Cartografias de predicción.

Fuente [20] Como se puede observar en la figura 8, es una actividad de retroalimentación. Ésta procede de información acumulada en años anteriores en los cuales se puede encontrar, rendimiento del cultivo, contenido de nutrientes en el suelo, disponibilidad de agua, entre otras, éstas sirven de base para el establecimiento de modelos de actuación diferencial en la parcela básicamente en actividades ligadas con la aplicación de insumos.

3.2.1. IMPORTANCIA DE LA POSICIÓN El conocimiento de la posición exacta de la maquinaria agrícola que se está trabajando es muy importante en la agricultura de precisión. Es indispensable el conocimiento de las coordenadas x-y. Sin embargo en algunas ocasiones es necesario conocer una tercera coordenada z, cuando se trabaja en lugares que su geografía es quebrada. El sistema de posicionamiento global (GPS) está fundamentado en un conjunto de 24 satélites puestos en órbita por el departamento de defensa de EEUU. Los cuales están distribuidos en 6 planos orbitales. Estos fueron posicionados de manera que existan como mínimo 4 satélites visibles por encima del horizonte en cualquier punto de la superficie y en cualquier altura. Y permite al usuario saber su localización en cualquier parte del mundo, las 24 horas del día. En la siguiente imagen se puede observar la manera en la cual se recibe la información por medio de sistema GPS .

Figura 9.Sistema GPS.

Fuente [21] Algunos años atrás estos sistemas eran mucho más complejos ya que no se contaba con la tecnología de hoy en día, por esto la ubicación con GPS no era confiable, y se debían utilizar sistemas que ayudaran a evitar el error en la maquinaria guiada por GPS. Esto era necesario ya que se debía tomar en cuenta las imprecisiones naturales, fenómenos meteorológicos y algunos ruidos ocasionados por señales de antenas cercanas, las cuales distorsionaban la señal, por esto era necesario disponer de una señal de corrección, para aumentar la precisión de la posición que se deseaba obtener. Cuando no se utilizaba esta señal de corrección la precisión era del orden de 30 a 100 metros de desfase mientras que con la corrección se puede hablar de precisión inferior a 1 m en función del equipo utilizado. En el mercado se encontraban diferentes formas de obtener esta corrección en la señal entre las cuales están: 1. Baliza fija o antena próxima al sistema que se quería ubicar pero con un costo demasiado elevado para un único agricultor.

2. Baliza costera, de recepción gratuita pero no disponible lejos de la costa y con una imprecisión constante a medida que aumenta la distancia. 3. Prestación de servicios emitiendo la señal por la banda de FM o a partir de un satélite específico. Esta resulta la opción más utilizada por su fiabilidad y economía. Sin embargo, una de las alternativas más económicas y que incrementa notablemente la precisión de la posición. Se trataba de Real Time Kinematic (RTK) o GPS cinemático. El RTK permite al usuario obtener posicionamiento de precisión centimétrica en tiempo real. El concepto básico detrás de RTK es que se tiene un receptor de estación base situado en un punto conocido en algún lugar del sitio del proyecto. El receptor de la estación base envía datos de corrección para el inspector que está operando el receptor o Rover.

Figura 10.RTK.

Fuente [19] Para cada uno de los diferentes proyectos se necesitaba de un riguroso análisis de viabilidad de costos y eficiencia para poder determinar cuál era el más adecuado algo que no pasa hoy en día con los nuevos sistemas de GPS los cuales utilizan 4 satélites para evitar errores a la hora de identificar la posición del sistema guiado.

4. SISTEMAS EMPLEADOS EN LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN PARA EL CULTIVO DEL MAÍZ Las tecnología empleadas en la AP, contribuyen notablemente al mejoramiento del cultivo del maíz, ya que cuando se utiliza la AP todos los parámetros que necesitan las plantas para su desarrollo son controladas, por esto es necesario contar con elementos adecuados tales como: captadores de información, sensores, cámaras de visión artificial, adquisición de datos por medio de monitoreo del terreno entre otros. Cuando es recolectada esta información se necesita maquinaria que pueda tomar toda la información y reflejarla en trabajo mecánico como el arado, siembra, abonado realizado por la maquinaria agrícola, pero eso solo puede ser realizado de manera eficiente si se cuenta con los equipos de monitoreo por GPS y sistemas de ayuda al guiado para el control de los equipos agrícolas, de esta manera estamos realizando de manera precisa todas y cada una de las tareas de la siembra incrementando la viabilidad y la eficiencia del terreno en el cual se está desarrollando el cultivo. 4.1. CAPTADORES PARA LA ADQUISICIÓN DE DATOS La utilización de captadores, tiene como finalidad dar apoyo al agricultor para que éste tenga un mayor campo de cobertura visual. Además de esto debe suponer un sistema de adquisición de datos, sin intervención humana y a bajo costo. La información debe de ser cualitativa o cuantitativa, y estos deben hacer referencia a: 1. La planta 2. El suelo y las malas hierbas 3. Las enfermedades 4. El clima El principal objetivo de la agricultura es la producción final. Por esto es importante determinar las variaciones de rendimiento en las parcelas. La agricultura de precisión cuenta con una amplia gama de tecnología, que permite la mejora del cultivo de maíz. Una de estas es la tecnología de dosificación variable (VRT), para utilizar este sistema de manera óptima es necesario realizar el estudio del suelo, para determinar zonas con bajos niveles nutricionales, de esta manera se podrán realizar mapas donde se prioricen zonas que necesitan ciertos nutrientes y zonas en las cuales no es rentable hacer siembras.

Esta aplicaciĂłn necesita de un sistema de monitorio GPS, para poder tener un mapeo espacial del lote, en el cual se estĂĄ desarrollando esta tecnologĂa.

Figura 11.Mapeo nutricional del terreno.

Fuente: [20]

Figura 12.Mapa de rendimiento (ha).

Fuente [20]

Como se muestra en las figuras 11 al hacer el estudio de los terrenos se puede determinar que las zonas que tienen mayor rendimiento son las de color verde, 26

mientras que las de color rojo necesitan de ayudas, en este caso abonos los cuales contribuyen a mejorar la calidad del suelo para el cultivo. Cuando se toma una decisión con respecto a la implementación de tecnologías tales como el VTR y el GPS, es necesario tener un correcto análisis de las tierras, para esto es necesario seguir algunos pasos indispensables. 1. 2. 3. 4. 5.

Delimitación de las zonas de manejo. Programación del muestreo con GPS. Muestreo de Suelo. Análisis físico-químico de las muestras. Determinación del rendimiento objetivo basado en experiencias anteriores. 6. Recomendaciones de manejo de insumos según zonas. La delimitación de las zonas de manejo se puede decidir mediante la integración de toda la información georeferenciada disponible tales como: mapas de rendimiento, mapas de conductividad eléctrica, altimetría, fotografías aéreas, imágenes satelitales, etc. Es importante saber que los métodos utilizados para un campo pueden no funcionar para otros campos, ya que no toda la variabilidad se explica de la misma manera y lo más importante a la hora de decidir un manejo variable es el conocimiento del encargado del campo o asesor sobre los lotes a trabajar.[23] La delimitación de zonas con mapas de rendimiento es el método más utilizado debido a que brindan una información extra y crucial para la VRT, ya que ésta da los parámetros de potencial de las zonas de trabajo. Hay situaciones en las cuales es necesario utilizar otra información georeferenciada, ya que se carece de mapas de rendimiento o se requiere mejorar la calidad de la información que se tiene. Es importante lograr una correcta interpretación de los mapas de rendimiento por lo que es necesario el conocimiento de las condiciones bajo las cuales se sembraron, desarrollaron y cosecharon los cultivos que lo generaron, ya que el seguimiento del cultivo ayuda a entender las causas de la variabilidad en el rendimiento. [23] Una vez delimitada las zonas y estimado el potencial de rendimiento, se procede con la programación del muestreo con GPS, para lo cual se utiliza un software SIG (Sistema de Información Geográfica) y un GPS de mano. La cantidad de muestreos en cada zona depende de la variabilidad que posea, es decir mientras más variable sea el lote, mayor la cantidad de muestreos serán necesarios para disminuir el error y obtener mayor representatividad de la realidad. Tanto la delimitación de zonas como la programación del muestreo y el posterior traspaso de los puntos georeferenciados al GPS, se realiza en computadora con el software SIG.

Un SIG destinado a su utilización con fines agrícolas debe poder: 1. Integrar los datos de diferentes fuentes de información para transformarlos en mapas directamente utilizables. 2. Aprovechar la información obtenida a partir de imágenes de satélites o fotos aéreas. 3. Establecer mapas de actuación diferencial para las distintas operaciones culturales, decir, integrar los modelos agronómicos de decisión con la información obtenida. 4. Disponer de interfaces o “comunicadores” que permitan establecer relaciones directas con las distintas herramientas que intervienen (modelos agronómicos de ayuda a la toma de decisión, sistemas GPS,...) y su posterior transmisión a los equipos capaces de realizar la aplicación modular. Cuando se utilizan los sistemas SIG es necesario tener una retroalimentación de los diferentes factores que pueden afectar el cultivo. Así mismo, para mantener los mapas que ya se plantearon de manera actualizada, es necesario el uso de sensores inalámbricos que se están volviendo populares dentro de la agricultura de precisión, estos sensores derivan de tecnologías como Programable System on Chip (PSoC) que funcionan respecto al espectro de la banda ancha o a la tecnología de radio cognitiva y son una gran solución para disminuir el tráfico de datos, ya que se necesitan parámetros de temperatura, humedad, Co2 etc. Los cuales deben ser enviados a una red de información. Dicha red se llama Wireless Sensor Network. Esta red puede ayudar al seguimiento y control de todos los parámetros ambientales de Agricultura de Precisión. El diagrama típico del sensor inalámbrico se puede observar en la siguiente figura. [21]

Figura 13.Sensor inalámbrico.

Fuente [23]

Estos elementos de medición pueden ser controlados gracias a un sistema denominado el Ciber Sistema Físico (CPS). El CPS es un sistema de nodos de sensores subterráneos, que se comunican de forma inalámbrica los datos obtenidos para mejorar la calidad de la información que se está recogiendo. Éste ha llamado mucho la atención de la industria, ya que se puede utilizar en una amplia gama de campos de aplicación, incluyendo el transporte inteligente, la agricultura de precisión, salud, manejo del agua, vigilancia de minas y la industria aeroespacial etc. Esto sin duda demuestra que en el futuro muchos proveedores de servicios se centrarán en la implementación de tecnologías de CPS para sus clientes. En sistemas físicos cibernéticos, se necesita la comunicación para el transporte de las observaciones de los sensores a los controladores, actuadores, entre otros. Por lo tanto, el diseño de la arquitectura de comunicación es un requisito crítico para la funcionalidad del sistema en la agricultura de precisión. [22]

4.2. DETERMINACIÓN DE RUTAS DE SEMBRADO Cuando son determinadas las rutas nutricionales del suelo, se procede a realizar líneas de siembra, donde se determinan las rutas que tomará el tractor que realizará el abonado de la tierra, y secuencialmente hace la siembra del maíz, con esto se ahorra un paso en la siembra del maíz. Una de las nuevas técnicas que se están empleando en la siembra del maíz, es la siembra tipo Twin Rows (TR), este tipo de siembra puede encontrarse en forma de zigzag, y es una de las más eficientes puesto que ayuda mejorar la productividad del cultivo del maíz. El TR es mucho más efectivo con respecto a los diferentes tipos de siembra ya que en una hilera de siembra se puede decir que se cultiva el doble de plantas como se observa en la figura 14.

Figura 14.Rutas de siembra.

Fuente: [24] Cuando es determinada la ruta de siembra y se realiza el sembrado del cultivo, es parte fundamental el uso de los sistemas de riego en la cosecha del maíz, uno de los más indicados es el riego por goteo ya que distribuye de una manera óptima el agua y los nutrientes, esto sucede porque el agua va directamente a las raíces de la planta, brindándole cualquier nutriente adicional que se requiera durante el proceso de crecimiento.

Figura 15.Sistema de riego.

Fuente [25] Como se muestra en la figura 15 los canales de riego se distribuyen por todo el cultivo, dejando entre ellos espacio para el paso de la maquinaria agrícola, aunque estas distancias también son definidas por la cantidad de agua que sea requerida por el suelo. 4.3. CONTROL DE MALEZAS Y PLAGAS Los sistemas de visión artificial instalados sobre robots autónomos tienen un gran interés dentro de la agricultura, por su aplicación a tratamientos específicos por zonas en tareas propias de AP. Por ello, los sistemas de visión suministran gran cantidad de información para permitir que el robot navegue y actúe sobre un área específica. Este tipo de sistemas son muy importantes dentro de la AP, ya que de esta manera se puede revisar las líneas de cultivo y saber cuál de ellas necesita, una erradicación

de malezas o algún tipo de químico para combatir alguna maleza que esté afectando el cultivo. Los sistemas utilizados para esta labor son el CCD y el CMOS.

Figura 16.Sistemas utilizados en la visión artificial.

Fuente: [26] Estas tecnologías son utilizadas para la fabricación de sensores de cámaras digitales. Se trata de los CCD (Charge Coupled Device) o CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Ambos tipos de sensores están formados en su esencia por semiconductores de metal-óxido (MOS) y están distribuidos en forma de matriz. Su función es la de acumular una carga eléctrica en cada una de las celdas de esta matriz. Estas celdas son llamadas píxeles. La carga eléctrica almacenada en cada píxel, dependerá en todo momento de la cantidad de luz que incida sobre el mismo. Cuanta más luz incida sobre el píxel, mayor será la carga que éste adquiera. [27]

Figura 17.Esquema de funcionamiento del sensor de malas hierbas.

Fuente [28] Por ende estos dos dispositivos son muy importantes para la visualización del terreno, y de ellos depende la obtención de las imágenes requeridas para la toma de decisiones dentro del cultivo. Estas imágenes son tomadas por una cámara en la parte frontal del equipo agrícola, la cual usa una de las dos tecnologías ya mencionadas, procesa la información en corto tiempo y toma la decisión de aplicar o no aplicar los diferentes insumos que sean necesarios como se muestra en la siguiente imagen.

Figura 18.Visión artificial.

Fuente [27] Por todo esto, se puede determinar que la agricultura de precisión es una herramienta importante frente a la realización del cultivo del maíz, por ende es favorable que los agricultores adopten por este tipo de tecnologías dentro sus técnicas de siembra y manutención del cultivo.

5. EFICIENCIA ENERGÉTICA EN SISTEMAS DE AYUDA AL GUIADO Un sistema guiado en maquinaria agrícola, ya sea de asistencia al guiado o de guiado autónomo, cuentan con una estructura similar, que se descompone en los bloques de la figura 19.

Figura 19.Elementos de sistema de ayuda al guiado.

Fuente: [29] El bloque principal sobre el cual trabaja el sistema de posicionamiento, proporciona la ubicación del tractor dentro de la parcela y la trayectoria deseada, ésta puede ser dada por un sistema de posicionamiento relativo, absoluto, o una combinación de los dos. Cuando la referencia se da con respecto al globo terráqueo se dice que es un sistema de posicionamiento global o GPS. Cuando la posición se da con respecto a posiciones anteriores puede decirse que es relativo, y es medido gracias a los odómetros los cuales recolectan la información de las ruedas. Además de esto, los tractores cuentan con otro tipo de sensores que miden el ángulo con el que giran las ruedas. También se cuenta con cámaras que proporcionan imágenes con las cuales se procesan información del terreno, como identificación de malezas entre otras, gracias a esto se puede tener un sistema más preciso y robusto. En la siguiente imagen se puede observar las diferentes posibilidades de posicionamiento agrícola.

Figura 20.Sistemas de posicionamiento.

Fuente: [29] Los sistemas de guiado y autoguiado cuentan con algunas diferencias, ya que en el sistema autoguiado se utilizan elementos, ya sean mecánicos o hidráulicos para realizar el control de la dirección, mientras que en el guiado se utilizan leds para indicar al operario en qué momento debe realizar los ajustes para mantenerse en la dirección deseada. Los equipos de asistencia al guiado son de muy bajo coste en comparación al guiado autónomo, además por su facilidad de instalación en cualquier tipo de maquina agrícola. Los primeros equipos utilizados para la asistencia al guiado, utilizaban una barra de leds (figura 21) en la parte del cristal delantero del tractor, con los cuales se indicaba a la persona encargada de manejar el tractor la dirección y la magnitud con la cual debería girar el volante para seguir la trayectoria deseada. Éste sistema estaba alimentado por una fuente de 12 V, y disponía de una antena receptora GPS la cual se fijaba en la parte superior del tractor. En la actualidad estos sistemas han evolucionado para permitir que el usuario pueda controlar con mayor eficiencia la dirección de la maquinaria agrícola, en estos cambios se puede observar que ya no se necesita de una antena externa para recibir la señal del GPS, y los leds son remplazados por pantallas donde se observan las líneas que debe seguir el operario (figura 22) Las principales empresas que comercializan estos productos son: AGROSAT la cual es producida por la empresa GMV sistemas. CENTERLINE distribuido por la empresa Teejet. LIGHT BAR distribuido por la empresa John Deere.

Figura 21.Primeros sistemas de ayuda al guiado.

Fuente: [29]

Figura 22.Sistemas de ayuda al guiado en la actualidad.

Fuente [30] Cuando se dispone de sistemas de ayuda al guiado, se pueden obtener ciertos tipos de beneficios y ahorros. Estos ahorros se pueden relacionar con:   

La reducción de combustible. Reducción de insumos. Reducción en tiempo de operación.

A continuación se incluye un estudio realizado en España en el cual se dan las razones de estos ahorros, y se expone los trabajos generados en 20 parcelas, cada una de ellas de 50ha y dimensiones de 250 metros de ancho por 2.000 metros de largo. En la siguiente figura se puede observar los diferentes ahorros que se tiene al utilizar sistemas de ayuda al guiado en la maquinaria agrícola. Las labores que se observan son aquellas que se deben ejercer para realizar el cultivo del maíz tales como, el 35

arado, rastra, abonado, siembra, uso de herbicidas y cosecha. Todas y cada una de estas labores son efectuadas gracias a las tecnologías que se utilizan en la AP. Cuando se procede a elegir el cultivo que se piensa desarrollar, en este caso la siembra del maíz, se realiza el estudio que determine la variabilidad del terreno y los nutrientes propios del suelo, estos estudios son determinados por tomas de muestras y sensores que miden la concentración de nutrientes que tiende cada sitio en particular, de este modo se crean puntos de referencia de los datos tomados gracias al sistema de GPS. Con la información recolectada se procede a efectuar cartogramas de predicción para obtener los mapas del terreno, los cuales ofrecen pautas para realizar la metodología que se va a utilizar durante todos los ciclos del cultivo en cuanto a los trabajos que se deben ejercer. Cuando se obtienen los mapas a utilizar, se trazan rutas, donde se pretende mejorar la eficiencia en cuanto a trabajo de la maquinaria agrícola, además de permitir realizar labores simultáneas como verificación de malezas y uso de herbicidas para controlarlas, ya que de esta manera se minimizan costos y ahorran horas labor de la maquinaria y operarios. Para todo lo planteado es importante revisar y analizar la figura número 23 donde se plantean las labores con y sin sistema de ayuda al guiado.

Figura 23.Comparativa del trabajo realizado con y sin sistemas de ayuda al guiado.

Fuente: [29]

6 44

2 125 125 250 250 8 31,25 31,25 0 28 875 875 0 0

Numero de pasadas con guiado

Longitud recorrida sin guiado (km)

Longitud recorrido con guiado (km)

Velocidad media (km/h)

Tiempo de trabajo sin guiado (h)

Tiempo de trabajo con guiado (h)

Ahorro de tiempo (h)

Consumo medio (l/h)

Consumo total sin guiado (l)

Consumo total con guiado (l)

Ahorro de combustible (l)

Ahorro para un coste de 1 euro/litro

8.25

175

183.35

0.33

7.33

5.7

Ancho de trabajo efectivo sin guiado (m) Ancho de trabajo efectivo con guiado (m) Numero de pasadas sin guiado

Rastra

Ancho de trabajo(m)

Arado

45.25

95.25

1.80

3.81

Entre 12 y 24 metros

Abonado

8.25

175

183.25

0.33

7.33

5.7

Siembra

45.25

95.25

1.81

3.81

Entre 12 y 24 metros

abonado

7.48

102.52

110

0.33

4.66

16.92

herbicida

504

552

5.4

cosecha

323

1771

2.094

6.54

74.9

81.5

494

632

287

317

Total

Como se puede apreciar en la figura 23, el ancho efectivo de trabajo sin guiado resulta tener menor eficiencia que en el de ayuda al guiado, puesto que en las labores de rastra, siembra, aplicación de herbicidas y cosecha se puede verificar que se pierden alrededor de 0.3 y 0.4 metros de cobertura realizada con la maquinara agrícola. Esto se debe a que cuando no se tiene el sistema de guiado es necesario cubrir nuevamente zonas para asegurarse que estas actividades se están realizando por completo. Uno de los puntos más importantes en términos de ahorro es a la hora de hacer el abonado del terreno, dado que, con el sistema guiado puede cubrirse alrededor del doble que con sistema tradicional, esto es debido a los mapas de rendimiento, ya que gracias a estos se realiza esta labor solo en los lugares requeridos, y no en todo el terreno como se hace tradicionalmente. Al ampliar las distancias de trabajo efectivo con la maquinaria agrícola, se pueden obtener diferentes ahorros como son: minimizar la cantidad de pasadas que se deben realizar en el terreno para cubrir toda la zona, la velocidad media de la maquinaria aumentará ya que no es necesario ajustar mecánicamente los componentes que realizan estas actividades, por el contrario éstas se regulan en tiempo real dependiendo de la necesidad del terreno gracias a los sensores ya instalados en la maquinaria, los tiempos de trabajo se reducen por el incremento del trabajo efectivo realizado. Así mismo, la maquinaria tendrá menor número de horas de trabajo, por consiguiente se alargará su tiempo de vida y se reducirán costos en materia de combustible dado que el número de pasadas en el cultivo disminuye. Como se puede apreciar cuando se utiliza un sistema de ayuda al guiado, el ahorro se comporta como una cadena, donde al realizar de manera precisa y eficiente una actividad repercute en que las tareas venideras sean más rápidas y efectivas. 5.1 AHORRO DE INSUMOS La aplicación variable de herbicida resultará muy ventajosa frente a la dosificación uniforme tradicional si se puede reducir la dosis en ciertas áreas de la parcela, es decir, si se tiene claro en qué lugar es necesario aplicarla, se obtendrá un gran ahorro tanto en tiempo de trabajo como en insumos. En el sistema de ayuda al guiado se puede ver reflejado el ahorro de insumos, los cuales se detallan en la figura 24.

Ancho de trabajo en siembra (%) Ancho de trabajo en herbicidas (%) Numero de pasadas sin guiado en siembra Numero de pasadas en aplicación de herbicidas Longitud recorrida sin guiado en siembra (km) Longitud recorrida sin guiado en aplicación de herbicidas (km) Área cubierta sin guiado en siembra (ha) Área cubierta sin guiado en aplicación de herbicida (km) Cantidad malgastada (kg) Cantidad malgastada costo 0.25 (euros/kilogramo) Cantidad malgastada en fitosanitarios para un coste de 30 (euros/kilogramo) Cantidad malgastada en insumos (siembra más herbicidas) (euros)

Parcela de 50 ha 5 6 44 15

Explotación 1 ha 5 6 8.8 0.3

1.760

0.6

2,6 3,2

52 64

528 132

10.560 2.640

1940

229

4.580

Figura 24.Datos de ahorros de insumos conseguidos dentro de una explotación gracias al empleo de un sistema de ayuda al guiado.

Fuente: [29] Cuando se realizan la aplicación de agroquímicos en un cultivo de manera tradicional, se puede observar que el gasto de insumos aumenta, puesto que los herbicidas son aplicados en todo el terreno y no solo en los lugares que realmente son necesarios. Un gran problema en el cultivo del maíz se genera por la alta densidad de siembra, ya que al no ubicar las semillas de forma idónea, la cantidad de plantas en el cultivo aumentan evitando que todas las semillas germinen de manera eficiente e impidiendo su crecimiento por falta de nutrientes. También genera problemas a la hora de verificar el terreno para buscar malezas en el suelo ya que la vegetación de estas no permitiría que las cámaras puedan captar de forma eficiente estas amenazas, por consiguiente sería necesario el retiro de algunas plantas para permitir que todas las tareas sean efectuadas de la mejor manera.

5.2. AHORRO TOTAL CON SISTEMA DE AYUDA AL GUIADO Gracias a los datos de los apartados anteriores, se puede concluir que al aplicar las tecnologías de la AP no simplemente se están generando ahorros en términos de insumos, si no que esta eficiencia es reflejada en cada una de las actividades realizadas en el cultivo del maíz, tanto en tiempos de trabajo y menores gastos en materia de combustible y mano de obra. Parcela 50 (ha) Explotación (ha) Ahorro de combustible (euros) 323 6.646 Ahorro de insumos (euros) 229 4.580 Ahorro de tiempo (euros) 310 6.2 Ahorro asociado a un mejor laboreo 915 18.3 (euros) Ahorro asociado a un mejor laboreo en el 750 15 momento idóneo (euros) Total de ahorro asociado con ayuda al 2527 50.54 guiado (euros)

de1

Figura 25.Valoración total de ahorros asociados a un sistema con ayuda al guiado.

Fuente: [29] Cuando son utilizadas las tecnologías de la AP dentro del cultivo del maíz, es evidente que en todas y cada una de las etapas que son requeridas en el cultivo, aumentan su eficiencia y reducen el tiempo en el cual son desarrolladas. Esto se debe a que éstas etapas se ejercen en el momento justo y con la precisión requerida para brindar al cultivador la garantía de que cada una de las zonas del cultivo está siendo explotadas de la mejor manera. Teniendo en cuenta la reducción que genera la AP mostrada en la figura 25 y observando como referencia que el costo de la instalación de un equipo de guiado autónomo oscila entre los 6.000 y 3.000 euros según el modelo y precisión. Un equipo de guiado autónomo no solo puede ser pagado en una cosecha sino que ofrece en esa cosecha beneficios cuando la explotación es grande. Si la explotación es mediana tardará en pagarse en varias cosechas, pero si es utilizado un sistema de asistencia al guiado el cual puede ser conseguido a partir de los 1.000 euros la ganancia aumentará aunque se requiere de un operario que maneje la maquinaria agrícola. De tal modo se puede determinar que la AP es la mejor medida a aplicar dentro del cultivo del maíz, para mejorar el proceso de siembra, permitir la reducción de gastos y maximizar la calidad del producto. Teniendo en cuenta lo planteado en este trabajo, se puede afirmar que esta tecnología es la mejor solución que pueden

adoptar los agricultores a la hora de realizar el cultivo del maíz, ya que les permite tener interacción con el cultivo, minimizar tiempos de trabajo y reducir costos en materia de insumos y mano de obra. CONCLUSIONES

La agricultura de precisión, es muy dada para mejorar y aumentar el rendimiento del cultivo del maíz, ya que permite realizar el control de cada una de las variables que necesita esta planta para su óptimo desarrollo. Además de dar al agricultor sistemas con los cuales pueda interactuar de una mejor forma con el cultivo. Cuando se utiliza un sistema de ayuda al guiado los beneficios son bastantes, ya que estos sistemas permiten disminuir la cantidad de labores necesarias para realizar el cultivo del maíz, de este modo se pueden ver reflejados diferentes tipos de ahorros, tales como el combustible, agroquímicos, materias primas entre otros. Si se opta por aplicar estos diferentes tipos de tecnologías dentro del cultivo del maíz, se puede ver reflejado que la inversión es recuperable en pocas siembras, además de permitir al agricultor tener una mayor ganancia. Por esta razón una de las reglas básicas para la puesta en marcha de cualquier tecnología de AP es que antes de adquirir un equipo, es necesario realizar un estudio económico de gastos e ingresos y formular un plan de amortización del sistema. La agricultura de precisión puede ayudar al agricultor a conseguir una mayor eficiencia productiva, a la vez que reduce el impacto medioambiental. La utilidad de la AP además de reducción de costos, puede proporcionar ventajas en cuanto a un mayor control de maquinaria, insumos, o mejor gestión de la información. El hecho de poder registrar con gran exactitud los tiempos de trabajo, distancias, consumos en combustible y otros insumos, áreas trabajadas, máquinas empleadas, operarios que las conducen, etc. gracias a los sensores y monitores instalados en ellas, supone una herramienta poderosa para la gestión de una adecuada explotación agraria.

Bibliografía [1]

FLOREZ, Ing. Héctor Deras: Guía técnica el cultivo del maíz. Salvador.

[2]

ALTIERI, Miguel A: ¿Por qué estudiar la agricultura tradicional? Clades, vol. 1, nº 1, Marzo 1991.

[3]

MOYA, José Ruiz: La agricultura sostenible como alternativa a la agricultura convencional: conceptos y principales métodos y sistemas. Universidad de Córdoba, Córdoba, 1994.

[4]

ANONIMO: Los cambios climáticos de la tierra y sus efectos en la vida humana. El origen de la agricultura, p. 133 a 137.

[5]

IMPORTANCIA ORG, 2002 a 2013. http://www.importancia.org/maiz.php. Último acceso: 22 08 2015.

[6]

SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO: Cadena productiva del maíz. 2011.

[7]

SEMILLASDELPACIFICO http://www.semillasdelpacifico.com.co/semillas.html.Último acceso: 23 08 2015.

[8]

DERAS, Ing. Héctor: Guía técnica del cultivo del maíz,» El salvador.

[9]

SANDOVAL CONTRERAS, Juan: Evaluación de diferentes concentraciones de humus de lombriz de la semilla de maíz para favorecer su germinación. Buenavista- México, 2010.

[10] ANÓNIMO: Generalidades del maíz. 2011. [11] BEG, Dunja Marta: Fertilización del cultivo maíz. Enero- Marzo 2000: http://sian.inia.gob.ve/repositorio/revistas_tec/FonaiapDivulga/fd65/texto/mai z.htm. Último acceso: 22 08 2015. [12] EL CENTRO INTERNACIONAL DE MEJORAMIENTO DE MAÍZ Y TRIGO: Enfermedades del maíz. México, 2004.

[13] SARRIA VILLA, Greicy Andrea: Enfermedades del maíz y su manejo. Colombia 2008. [14] PÈREZ DE CIRIZA, Giza: Agricultura de precisión, Universidad Pública de Navarra. 2001. [15] KREIMER: Agricultura de precisión. Universidad Pública de Navarra, 2003. [16] P Y A INTERNACIONAL: Servicios tecnológicos para empresas Agroprecisión2013.http://painternacional.com/serviciostecnologia/agroprecisi on/. Último acceso: 22 08 2015. [17] ANONIMO:terralia: http://www.terralia.com/revista16/pagina18.htm. Último acceso: 28 09 2015. [18] GIL, Emilio: Situación actual y posibilidades de la agricultura de precisión. Barcelona, 2014. [19] RESOURCESUPPLY.LLC:http://www.resourcesupplyllc.com/pdfs/RTKBasic s_SurveyGradeGPS.pdf. Último acceso: 29 09 2015. [20] MÉNDEZ, Ing. Andrés: Protocolo de dosificación variable de insumos en cultivo de maíz. 2003. [21] SINHGAD INSTITUTE OF TECHNOLOGY: Application of Wireless Sensor Networks: International Journal of Wireless & Mobile Networks (IJWMN), vol. 3, nº 1, 2011. [22] SYED HASSAN AHMED, GWANGHYEON KIM AND DONGKYUN KIM:Cyber Physical System Architecture, Applications and Research Challenges. 2015. [23] OLIMPIU HANCU: Smart Monitoring of Potato Crop: A Cyber-Physical System. Agriculture and Agricultural Science Procedia, vol. 6, pp. 73-79, 2015. [24] INTA, Manfredi: Sistema de siembra con surcos apareados en cultivo de maíz. México, 2010. [25] CENTRO DE RECURSOS AGRARIOS CAN RIBAS DE LES FRANQUESES DEL VALLÈS. 06 16 2014. http://www.irta.cat/esES/RIT/Noticies/Paginas/Jornada_reg_degoteig_Blat.aspx. Último acceso: 26 09 2015.

[26] ANONIMO:Sensor-cleaning,2010. http://www.sensorcleaning.com/whatisasensor.php. Último acceso: 28 08 2015. [27] ANONIMO,18 10 2009. http://www.xatakafoto.com/camaras/sensores-contecnologia-ccd-vs-cmos. Último acceso: 31 08 2015. [28] DR MORGAN: Implementing Site-Specific Management: map versus sensorbased variable rate appliction. 2000. [29] ANONIMO: Ahorro y eficiencia energética en la agricultura. España. Madrid, 2010. [30] CNH-MAQUINARIA-SPAIN-S.A: http://www.interempresas.net/Agricola/FeriaVirtual/Producto-Pantallas-deguiado-por-GPS-New-Holland-FM-750-109516.html. [Último acceso: 10 10 2015]. [31] IBÁÑEZ,Juan-Jose http://www.madrimasd.org/blogs/universo/2014/01/28/143994. acceso: 21 08 2015.

Último

[32] ANONIMO: Generalidades del maíz, 2011. [33] ANONIMO: Estrés hídrico por exceso de agua (encharcamiento). [34] SOYRURAL: 13 junio 2014. http://soyrural.es/2014-ano-internacional-de-laagricultura-familiar/. Último acceso: 21 08 2015. [35] ANONIMO: Los cambios climáticos de la tierra y sus efectos en la vida humana. El origen de la agricultura, p. 133 a 137.