desarrollo de un equipo automatizado para controlar la dosificación

DESARROLLO DE UN EQUIPO AUTOMATIZADO PARA CONTROLAR LA
DOSIFICACIÓN DE FERTILIZANTES EN EQUIPOS DE RIEGO
Resumen ejecutivo
Las constantes alteraciones en las condiciones ambientales, los espacios cada
vez más reducidos para la producción agrícola, el ataque de plagas y
enfermedades, entre otros, hacen que la agricultura sea una actividad cada
día más riesgosa y en muchas ocasiones no rentable.
Para optimizar el uso del agua en la agricultura intensiva se requiere aplicar
tecnologías de control de riegos presurizados, es decir, automatizar el riego
así como las actividades ligadas a él, tales como fertilización y aplicación de
agroquímicos. Lo anterior es posible utilizando controladores lógicos
programables (PLC’s) en conjunto con electroválvulas.
Por todo lo anterior, el investigador desarrolló tres prototipos: gravimétrico;
inyección alta presión; e hidroponía. En el prototipo uno: el sistema es
económico pero las válvulas solenoides lo vuelven más caro que uno de
inyección; se desarrolló un programa para el cálculo de nutrientes; se
desarrolló y probó el prototipo; no se requiere de gran exactitud en substrato
de tezontle; es dependiente de la altura en la buena homogenización del
fertilizante.
El prototipo dos consta de un sistema de inyección con una bomba de alta
presión; usa boquillas para introducir la solución fertilizante al sistema; utiliza
un control de dosificación basado en tiempos y es preprogramado en un
microcontrolador desde el inicio.
Los resultados que presenta son los siguientes: el utilizar una bomba de alta
presión evita el proceso de homogenización; requiere de un buen sistema de
filtrado para evitar dañar las boquillas; la presión aplicada afecta el flujo de
aplicación; el mezclado de la solución es muy homogéneo, y la conductividad
es similar en cada gotero.
Lo sobresaliente de este prototipo es que el uso de tezontle elimina la
necesidad de un control preciso; la retroalimentación dada por sensor de
conductividad no es tan necesaria; pruebas agronómicas en cultivo de tomate
muestran que influye en el sabor; un control de redes neuronales permite
determinar el efecto de la mezcla en el resultado final.
En cuanto al prototipo tres: la hidroponía no sólo es una herramienta útil para
la producción en invernadero, sino que es el futuro en la agricultura, pues
elimina problemas de patógenos y nemátodos; requiere un control estricto que
puede implementarse mediante sensores selectivos de iones. Los tubos de
PVC son la base de soporte de este cultivo; se utilizó lechuga para los
experimentos por su corto tiempo de producción; y la técnica puede aplicarse
a otros cultivos sin suelo, obteniéndose ahorros del 50% en fertilización y 25%
en el uso del agua.
Esta técnica se introdujo en la Universidad Autónoma Chapingo y todos los
alumnos de maestría trabajaron en un proyecto relacionado: inyectaron
nutrientes y bióxido de carbono; utilizaron aguas negras como solución
nutriente; generaron un artículo sobre inyección múltiple del bióxido de
carbono. Además, se dejaron tres prototipos en operación y un pequeño
invernadero para su aplicación con aguas negras; se desarrollo una bomba
peristáltica, lo cual permite su operación en la extracción de solución para
monitoreo y para bioreactores; se produjo lechuga del doble de peso con
control de bióxido de carbono.
Usando la misma técnica de inyección de bióxido de carbono se está
controlando la mosquita blanca; la mejor técnica de inyección del gas es en el
agua; se está trabajando en un estudio sobre la relación de nitratos con
inyección de CO2.
Demanda o problemática que atiende
Los equipos automáticos de fertirriego comerciales son caros y por ende
inaccesibles para los pequeños y medianos productores. Se requiere
desarrollar dispositivos de control que realicen funciones similares a las que
ofrecen los equipos automáticos, pero que tengan un costo más bajo para que
los productores puedan adquirirlos.
Resultados obtenidos y/o descripción. Características de la tecnología
generada
Diseño y construcción de tres prototipos de control de fertirriego, sencillos,
económicos y versátiles en cuanto a sus aplicaciones, con capacidad para
ampliarse, los cuales están en operación.
PRO 8: biodigestores; PRO 9: Inyección de CO2 raíces; PRO10: Producción
CO2 fermentando azúcar; PRO 11: Inyección CO2 aéreo; PRO 12: Producción
de lechugas con CO2 aéreo.
Impactos
Se prueba que las dosis no presentan importantes diferencias en el peso del
tomate, la producción de flores y el número de ramas, pero que se requiere de
fertiirrigación diaria. Las dosis de fertilizante precisas son innecesarias en
plantas que crecen en sustrato de tezontle, así que no se requiere precisión en
el controlador de fertiirrigación. Los cambios de dosis afectan la producción de
biomasa y con ninguna aplicación de fertilizante las plantas toman los
nutrientes del sustrato.
La importancia de los sistemas hidropónicos reside en que existe un 25 % de
ahorro de agua y un 50% de ahorro en fertilizantes. No obstante la tecnología
para dosificar el líquido es la más complicada dentro de los sistemas de
fertirriego, y aplicar cada elemento por separado es complicado y su muestreo
difiere mucho del control convencional de medición de pH y conductividad.
Costos estimados de la aplicación de los resultados y/o tecnología generada
El fertirriego incrementa notablemente la eficiencia de la aplicación de los
nutrientes, y es posible obtener mayores rendimientos, mejor calidad del
producto y menos contaminación del medio ambiente, además pueden
utilizarse aguas de riego de baja calidad y la eficacia y rentabilidad de los
fertilizantes es mayor.
En la hidroponía el ahorro en el gasto de agua del 27.8% y en el consumo de
fertilizantes, de 43.5%; también hay una reducción de lixiviación de nitratos en
92.3% en sulfatos de 96.7%. La producción se maximiza, pues mientras en
tierra se obtienen entre 6 y 8 lechugas por metro cuadrado, en la hidroponía se
pueden obtener entre 25 y 30.
Ámbito de aplicación
Nacional.
Información adicional o comentario
El invernadero capta la energía de onda corta y la transforma en energía de
onda larga, lo cual permite calentar el medio ambiente creando un ambiente
favorable para el desarrollo de los cultivos. Además del uso eficiente de la
energía solar, el manejo adecuado sobre otros factores tales como
temperatura, humedad, e intensidad lumínica, principalmente, generan el
microclima más adecuado para la producción de las especies de nuestro
interés. El sistema de producción bajo invernadero permite obtener mayores
rendimientos, producción optima durante todo el año y frutos de mayor calidad.
Además del uso intensivo de los espacios agrícolas y del uso eficiente de los
insumos, el agua es aprovechada al máximo.
Clave del proyecto: SAGARPA 2004-C01-16
Sistema Producto y/o línea estratégica de atención: fertiirrigación; desarrollo
de tecnología
Investigador: doctor FEDERICO HAHN, [email protected]
Institución: Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Irrigación