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