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• Paúl Acuña Valencia

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INGENIERIA AMBIENTAL

CULTIVO DE FORRAJE HIDROPONICO CON ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Y TERMICA

PRESENTADO POR:     

TUNQUE CASTILLO Dayana QUISPE CANALES Lizeth ACUÑA VALENCIA PAUL LLANTO CERVANTES ADRIAN SAENZ YAPIAS ELVIS JULIO 1

INDICE

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INTRODUCCION El cultivo de plantas en agua o solución nutritiva, es un método de cultivo referido como hidropónia0 (hidro = agua, ponos = labor), que ha sido practicado por siglos. Como ejemplos; se tienen los jardines colgantes de Babilonia, los flotantes de Kashmir y Aztecas en México. Los egipcios algunos siglos A.C. cultivaban plantas en agua. Durante la segunda guerra mundial, en el Pacifico Sur, unidades hidropónicas móviles proporcionaban vegetales a los soldados que operaban en esa área. Existen intensas investigaciones para la aplicación de éste sistema en viajes espaciales, submarinos atómicos y regiones polares. En algunas regiones desérticas el método es una realidad. Hoy en día, la técnica de hidroponía juega un papel muy importante en el desarrollo global de la agricultura. La presión por el incremento de la población, los cambios en el clima, la erosión del suelo, la falta y contaminación de las aguas, son algunos de los factores que han influenciado la búsqueda de métodos alternos de producción de alimentos. En la actualidad, a través del mundo hay más de 40 mil hectáreas de invernadero bajo el sistema de hidroponía, cifra que se incrementa rápidamente. La concepción común de hidroponía es el que las plantas son cultivadas eficientemente sin suelo, y para ello, los 16 elementos esenciales para su crecimiento son proporcionados periódicamente a las raíces a través de una solución nutritiva. Las plantas crecen rápidamente, son más precoces, ya que utilizan la energía para crecer hacia arriba y no a través del suelo, lo que buscamos es realizar un invernadero hidropónico y que este tenga como fin ser apoyado con la energía solar una energía renovable, para crear un microclima y optimizar su buen crecimiento de la planta.

Objetivo General:  Construir un invernadero para el cultivo de forraje hidropónico con apoyo de la energía solar fotovoltaica y térmica.

Objetivo Específico:  Implementar un riego que no desperdicie el agua, así mismo que sea de forma    

muy equitativa para evitar el ahogo de las semillas. Aprovechar la energía renovable, evitando el uso de la electricidad para un desarrollo sostenible. Realizar un cultivo mediante un método de forraje que permita el buen control de las semillas en su desarrollo. Usar nutrientes adecuados y en una cantidad propicia para un buen cultivo de estas. Utilizar una infraestructura que sea soportable y se pueda aprovechar las condiciones ambientales en el cultivo. 3

Justificación e importancia Para quien va Para que

El Forraje Verde Hidropónico es un alimento (forraje vivo en pleno crecimiento) verde, de alta palatabilidad para cualquier animal con excelente valor nutritivo. Un gran número de experimentos y experiencias prácticas comerciales han demostrado que es posible sustituir parcialmente la materia seca que aporta el forraje obtenido mediante métodos convencionales, así como también aquel proveniente de granos secos o alimentos concentrados por su equivalente en FVH.El panel solar nos permitirá que el tiempo de germinación de la planta sea constante, nos brindara energía para el sistema de riego y controladores.

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MARCO TEORICO

1. HIDROPONIA Hidroponía, es un conjunto de técnicas que permite el cultivo de plantas en un medio libre de suelo. La hidroponía permite en estructuras simples o complejas producir plantas principalmente de tipo herbáceo aprovechando sitios o áreas como azoteas, suelos infértiles, terrenos escabrosos, invernaderos climatizados o no, etc. A partir de este concepto se desarrollaron técnicas que se apoyan en sustratos (medios que sostienen a la planta), o en sistemas con aportes de soluciones de nutrientes estáticos o circulantes, sin perder de vistas las necesidades de la planta como la temperatura, humedad, agua y nutrientes. La palabra hidroponía deriva del griego HIDRO (agua) y PONOS (labor o trabajo) lo cual significa literalmente trabajo en agua. Sin embargo, en la actualidad se utiliza para referirse al cultivo sin suelo. La hidroponía es una herramienta que permite el cultivo de plantas sin suelo, es decir sin tierra. Un cultivo hidropónico es un sistema aislado del suelo, utilizado para cultivar plantas cuyo crecimiento es posible gracias al suministro adecuado de los requerimientos hídricos nutricionales, a través del agua y solución nutritiva. Con la técnica de cultivo sin suelo es posible obtener hortalizas de excelente calidad y sanidad, permitiendo un uso más eficiente del agua y los nutrientes. Basados en la experiencia, los rendimientos por unidad de área cultivada son altos debido a una mayor densidad, mayor productividad por planta y eficiencia en el uso de los recursos agua, luz y nutrientes. (Jose Beltran ,Daniel O.Gimenez, 2015) 5

a) Ventajas de los cultivos hidropónicos: 

Cultivos libres de parásitos, bacterias, hongos y contaminación. Reducción de costos de producción. Independencia de los fenómenos meteorológicos.



Permite producir cosechas en contra estación Menos espacio y capital para una mayor producción. Ahorro de agua, que se puede reciclar.



Ahorro de fertilizantes e insecticidas. Se evita la maquinaria agrícola (tractores, rastras, etcétera).



Limpieza e higiene en el manejo del cultivo.



Mayor precocidad de los cultivos.



Alto porcentaje de automatización.



Mejor y mayor calidad del producto.



Altos rendimientos por unidad de superficie Aceleramiento en el proceso de cultivo Posibilidad de cosechar repetidamente la misma especie de planta al año Ahorro en el consumo del agua Productos libres de químicos no nutrientes.



La hidroponía permite atender necesidades alimenticias sin pensar en grandes emprendimientos, ya que podemos lograr cultivos hidropónicos en casa, en el jardín o en la azotea ya sean hortalizas, flores y hasta pequeños arbustos o frutillas, permitiendo obtener los productos para una alimentación saludable y con una buena forma de terapia ya que ayuda a bajar los altos niveles de estrés. Una de las ventajas que tiene la hidroponía sobre el cultivo en tierra es que permite una mayor concentración de plantas por metro cuadrado. Esto es muy 19 notorio cuando cultivamos plantas como por ejemplo fresas y lechugas, así como también al cultivar forraje hidropónico. Existe un control sobre la nutrición vegetal gracias al uso de soluciones nutritivas; permitiendo obtener un fruto estandarizado, de mejor tamaño y calidad. En muchos casos, el tiempo de desarrollo de la planta se acorta, como por ejemplo, en las lechugas, donde en tierra su ciclo antes del consumo es de aprox. 3.5 6

meses, cuando en hidroponía, en la técnica hidropónica de raíz flotante las podemos cultivar en tan solo 1.5 meses a partir de su germinación. Un cultivo hidropónico consume una cantidad mucho menor de agua que un cultivo en tierra, ya que en el cultivo en tierra el 80 % del riego se infiltra a las capas inferiores del terreno y otro porcentaje del riego se evapora; mientras que en un cultivo hidropónico se evita totalmente la infiltración del agua así como gran parte de la evapotranspiración, ya que el cultivo se realiza en general en locales cerrados, con humedad relativa elevada. Al cultivar por hidroponía, se obtienen cultivos con mejor sanidad y calidad. Es por esto que es tan importante trabajar sobre un sustrato desinfectado, ya que la hidroponía nos da la oportunidad de trabajar sobre un medio estéril, lo cual es valorado por los consumidores. El producto hidropónico se coloca muy bien en cualquier mercado gracias a sus características distintas como color, sabor y tamaño, además de mayor vida en anaquel. Este sistema tiene aún un mercado virgen en Argentina. (Jose Beltran ,Daniel O.Gimenez, 2015) b) Desventajas del cultivo hidropónico sobre los cultivos en tierra La

hidroponía

cuenta

con

algunas

desventajas

que

son

casi

imperceptibles como el costo inicial el cual resulta algo elevado, y la idea que se requiere un conocimiento mayor para llevar adelante la producción, sin embargo esto es discutible, ya que cualquier persona lo pude hacer ya sea un ama de casa, un niño o un físico matemáticos. (Jose Beltran ,Daniel O.Gimenez, 2015)

2. FORRAJE HIDROPONICO El forraje verde hidropónico (FVH) es una tecnología de producción de biomasa vegetal obtenida a partir del crecimiento inicial de las plantas en los estados de germinación y crecimiento temprano de plántulas a partir de semillas viables. El

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FVH o “green fodder hydroponics” en un pienso o forraje vivo, de alta digestibilidad, calidad nutricional y muy apto para la alimentación animal. En la práctica, el FVH consiste en la germinación de granos (semillas de cereales o de leguminosas) y su posterior crecimiento bajo condiciones ambientales controladas (luz, temperatura y humedad) en ausencia del suelo. Usualmente se utilizan semillas de avena, cebada, maíz, trigo y sorgo. La producción del FVH es tan solo una de las derivaciones prácticas que tiene el uso de la técnica de los cultivos sin suelo o hidroponía y se remonta al siglo XVII cuando el científico irlandés Robert Boyle (1627-1691) realizó los primeros experimentos de cultivos en agua. Pocos años después, sobre el final de dicha centuria, John Woodward produjo germinaciones de granos utilizando aguas de diferentes orígenes y comparó diferentes concentraciones de nutrientes para el riego de los granos así como la composición del forraje resultante (Huterwal, 1960; y Ñíguez, 1988). (LA OFICINA REGIONAL DE LA FAO,, 2001) El proceso se realiza en recipientes planos y por un lapso de tiempo no mayor a los 12 o 15 días, realizándose riegos con agua hasta que los brotes alcancen un largo de 3 a 4 centímetros. A partir de ese momento se continúan los riegos con una solución nutritiva la cual tiene por finalidad aportar los elementos químicos necesarios (especialmente el nitrógeno) necesarios para el óptimo crecimiento del forraje, así como también el de otorgarle, entre otras características, su alta palatabilidad, buena digestibilidad y excelente sustituto del alimento concentrado (Less, 1983; Hidalgo,1985; Morales, 1987). (LA OFICINA REGIONAL DE LA FAO,, 2001) 2.1.

Forraje verde hidropónico

El FVH es un sistema de producción de biomasa vegetal de alta sanidad y calidad nutricional producido muy rápidamente (9 a 15 días), en cualquier época del año y en cualquier localidad geográfica, siempre y cuando se establezcan las condiciones mínimas necesarias para ello. La

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tecnología FVH es complementaria y no competitiva a la producción convencional de forraje a partir de especies aptas (avena, mezclas de trébol y gramíneas, alfalfa, etc.) para cultivo forrajero convencional. Dentro del contexto anterior, el FVH representa una alternativa de producción de forraje para la alimentación de corderos, cabras, terneros, vacas en ordeñe, caballos de carrera; otros rumiantes; conejos, pollos, gallinas ponedoras, patos, cuyes y chinchillas entre otros animales domésticos y es especialmente útil durante períodos de escasez de forraje verde. (LA OFICINA REGIONAL DE LA FAO,, 2001) a) Ventajas: i.

Ahorro de agua. En el sistema de producción de FVH las pérdidas de agua por evapotranspiración, escurrimiento superficial e infiltración son mínimas al comparar con las condiciones de producción convencional

en especies forrajeras, cuyas eficiencias varían entre 270 a 635 litros de agua por kg de materia seca (Cuadro 1). Alternativamente, la producción de 1 kilo de FVH requiere de 2 a 3 litros de agua con un porcentaje de materia seca que oscila, dependiendo de la especie forrajera, entre un 12% a 18% (Sánchez, 1997; Lomelí Zúñiga, 2000; Rodríguez, S. 2000). Esto se traduce en un consumo total de 15 a 20 litros de agua por kilogramo de materia seca obtenida en 14 días. (LA OFICINA REGIONAL DE LA FAO,, 2001) Esta alta eficiencia del FVH en el ahorro de agua explica por qué los principales desarrollos de la hidroponía se hallan observado y se observen generalmente en países con ecozonas desérticas, a la vez que 9

vuelve atractiva la alternativa de producción de FVH por parte de pequeños productores que son afectados por pronunciadas sequías, las cuales llegan a afectar la disponibilidad inclusive, de agua potable para el consumo. ii.

Eficiencia en el uso del espacio. El sistema de producción de FVH puede ser instalado en forma modular en la dimensión vertical lo que optimiza el uso del espacio útil (Foto 1). -Eficiencia en el tiempo de producción. La producción de FVH apto para alimentación animal tiene un ciclo de 10 a 12 días. En ciertos casos, por estrategia de manejo interno de los establecimientos, la cosecha se realiza a los 14 o 15 días, a pesar que el óptimo definido por varios estudios científicos, no puede extenderse más allá del día 12. Aproximadamente a partir de ese día se inicia un marcado descenso en el valor nutricional del FVH (Bonner y Galston, 1961; Koller, 1962; Simon y Meany, 1965; Fordham et al, 1975, citados todos ellos por Hidalgo, 1985.)

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iii.

Calidad del forraje para los animales. El FVH es un suculento forraje verde de aproximadamente 20 a 30 cm de altura (dependiendo del período de crecimiento) y de plena aptitud comestible para nuestros animales (Less, 1983, citado por Pérez, 1987). Su alto valor nutritivo (Cuadros 2 y 3) lo obtiene debido a la germinación de los granos (Arano, 1976 citado por Resh, 1982; Chen, 1975; Chen, Wells y Fordham, 1975 citados por Bravo, 1988). En general el grano contiene una energía digestible algo superior (3.300 kcal/kg) que el FVH (3.200 kcal/kg) (Pérez, 1987). Sin embargo los valores reportados de energía digestible en FVH son ampliamente variables. En el caso particular de la cebada (Cuadro 3) el FVH se aproxima a los valores encontrados para el Concentrado especialmente por su alto valor energético y apropiado nivel de digestibilidad. (LA OFICINA REGIONAL DE LA FAO,, 2001)

b) Desventajas Las principales desventajas identificadas en un sistema de producción de FVH son: i.

Desinformación y sobrevaloración de la tecnología. Proyectos de FVH preconcebidos como “llave en mano” son vendidos a productores sin conocer exactamente las exigencias del sistema, la especie forrajera y sus variedades, su comportamiento productivo, plagas, enfermedades, requerimientos de nutrientes y de agua, óptimas condiciones de luz, temperatura, humedad ambiente, y

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niveles óptimos de concentración de CO2 . Innumerables de estos proyectos han sufrido significativos fracasos por no haberse accedido a una capacitación previa que permita un correcto manejo del sistema. Se debe tener presente que, por ejemplo, para la producción de forraje verde hidropónico sólo precisamos un fertilizante foliar quelatizado el cual contenga, aparte de los macro y micro nutrientes esenciales, un aporte básico de 200 partes por millón de nitrógeno. Asimismo el FVH es una actividad continua y exigente en cuidados lo que implica un compromiso concreto del productor. La falta de conocimientos e información simple y directa, se transforma en desventaja, al igual que en el caso de la tecnología de hidroponía familiar (Marulanda e Izquierdo, 1993). (LA OFICINA REGIONAL DE LA FAO,, 2001)

ii.

Costo de instalación elevado. Morales (1987), cita que una desventaja que presenta este sistema sería el elevado costo de implementación. Sin embargo, se ha demostrado (Sánchez, 1996, 1997) que utilizando estructuras de invernáculos hortícolas comunes, se logran excelentes resultados. Alternativamente, productores agropecuarios brasileros han optado por la producción de FVH directamente colocado a piso sobre plástico negro y bajo microtúneles, con singular éxito. La práctica de esta metodología a piso y en túnel es quizás la más económica y accesible. (LA OFICINA REGIONAL DE LA FAO,, 2001)

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2.2.

ESTRUCTURA DE FUNCIONES

La función total del invernadero en la transformación de energía solar para una óptima producción de cebada hidropónica. 2.2.1 Descripción de funciones a) Preparar: Se prepara las semillas y el sistema para introducirlo en el invernadero. Esto consiste en preparar las bandejas y semillas previamente antes de la aclimatación y germinación posteriormente se coloca un etiquetado de producto b) Alimentar: Se introduce la botella ya preparada en la máquina. c) Transmitir energía: Consiste en transmitir la energía de los paneles solares que cambian la energía fotovoltaica a energía eléctrica para el inicio de sistemas de apoyo como aclimatación y control de riego d) Multiplicador de eficiencia: Se amplifica la eficiencia al controlar parámetros como la temperatura cantidad de nutrientes requerimiento hídrico del cultivo entre otros. e) Control: Se controlan parámetros como flujo de corriente en las bandejas a nivel de electroválvulas y entre otros como temperatura al dar ingreso a corrientes de aire o cerrado semi hermético del invernadero en base a programación arduino f) Almacenar: Una vez terminada la fase de producción y crecimiento del cultivo para nuestros fines se almacenan con un control capas de preservar sus características nutritivas para un posterior consumo del ganado. La estructura en el diagrama de Procesos detalla en aspectos generales el funcionamiento del sistema como un sistema integrador al gestionar las funciones del invernadero al implementar los sistemas de control respaldados por control arduino en pos de energía solar para la óptima producción del forraje hidropónico. (Bellido, 2013)

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3. INNOVACIÓN EN TECNOLOGÍAS SOLARES PARA INVERNADEROS La energía solar viene considerándose como potencial fuente para el suministro de los invernaderos desde los primeros años 80 del siglo pasado. En esta fase inicial fueron muy destacables, entre otras, las experiencias realizadas en la Estación Experimental Las Palmerillas de la Fundación Cajamar En estas experiencias se valoraron diversos sistemas de captación y almacenamiento térmico basados en materiales de bajo coste como acumuladores plásticos sin cubierta que, si bien demostraron su viabilidad funcional, también sirvieron para constatar la principal limitación de este tipo de sistemas, su elevado nivel de ocupación de los espacios interiores o exteriores de los invernaderos. A pesar de lo anterior, la energía solar térmica como fuente de calor para invernaderos puede seguir considerándose como una opción de interés en base a su integración en redes energéticas no exclusivamente solares como pueda ser, la representada en la (Figura 4), en la que la existencia de la caldera de biomasa permite reducir la superficie de captación solar así como añadir un potencial aprovechamiento suplementario, controlable mediante almacenamiento del CO2 resultante de la combustión de la biomasa. Como también se indica, en estos esquemas térmicos combinados es posible incluir la consideración de demandas de refrigeración activa a través de enfriadoras por absorción. Las posibles hibridaciones de fuentes renovables en este ámbito pueden ser múltiples e incluir otras opciones como la energía geotérmica (García, y otros, 2016)

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Figura 4: Esquema de acoplamiento de una red térmica híbrida solar-biomasa con aprovechamiento potencial en calefacción, refrigeración y enriquecimiento carbónico.

3.1.

Temperatura

En una producción en invernadero, el ambiente exterior determinará las condiciones internas, ya que la temperatura aumentará o disminuirá dependiendo de la cantidad de sol que reciba la cubierta plástica. El calentamiento en un invernadero es un problema constante, debemos tener en cuenta que el aire se calienta más rápido porque está quieto. La temperatura marca notablemente todos los procesos vitales de una planta, si sometemos a nuestras plantas a temperaturas muy bajas (10°c) o temperaturas muy elevadas (30°c) la planta limitara cada uno de sus procesos fisiológicos, reflejándose en un menor crecimiento, follaje, aborto de flores, tamaño de fruto, etc. La temperatura ideal dentro de un invernadero es de 20 a 28°C, para poder obtener este rango se debe de recurrir a la ventilación con cortinas laterales, ventilas cenitales, extractores de aire caliente y ventiladores. (XAXENI, 2012) 3.2.

Humedad ambiental

Dentro de un invernadero la cantidad de humedad que se encuentra en el aire está totalmente ligada con la humedad que existe en el suelo o en el

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sustrato y es dependiente a la temperatura, esto es, si la temperatura se eleva, la humedad del ambiente disminuye. La humedad es inversamente proporcional a la temperatura, esto es, si la temperatura se eleva, la humedad del ambiente disminuye. La humedad ideal dentro de un invernadero es del 60 al 70%, este valor lo podemos lograr por algún método de vaporización de agua en nuestro sistema de riego. (XAXENI, 2012) 3.3.

CO2

El CO2 es la materia prima para que la planta pueda realizar el proceso fotosintético, que es la base para su crecimiento. La cantidad de CO2 en el aire es de 300 ppm, teniendo una muy leve variación. Pero en el interior de un invernadero la concentración de este gas vital variara mucho con respecto al aire libre. Por las mañanas la concentración de CO2 dentro del invernadero serás más elevadas que en el exterior debido a que la planta durante la noche consume oxígeno y elimina bióxido de carbono, pero a medida que la cantidad de luz se incrementa y la planta comienza a realizar la fotosíntesis, el CO2 puede llegar a menos de 200 ppm. Si esto sucede durante la actividad máxima fotosintética y no se repone por medio de ventilación o por suplementos adicionales, la capacidad fotosintética de las plantas se ve disminuida y por lo tanto todos los recursos que se le apliquen serán subutilizados. (XAXENI, 2012)

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4. BOMBEO DE AGUA MEDIANTE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA El bombeo de agua tiene una larga historia; Se han desarrollado muchos métodos para bombear agua. La humanidad ha usado una variedad de fuentes energéticas, a saber energía humana, fuerza de los animales, energía hidráulica, eólica, solar y combustibles como diésel para pequeños generadores. Las bombas más comúnmente utilizadas en áreas remotas son: Bombas de mano Bombas de pozo accionadas directamente por diésel Bombas eléctricas sumergibles acopladas a un generador de diésel Bombas solares sumergibles Las ventajas e inconvenientes de los distintos métodos de bombeo se exponen en la Tabla 1 a continuación:

Las ventajas e inconvenientes de los distintos métodos de bombeo se exponen en la Tabla 1 a continuación: Bombas hidraúlicas

Bombas eólicas

Ventajas operación desatendida no coste de combustible fácil mantenimiento bajo coste larga vida útil alta fiabilidad operación desatendida fácil mantenimiento larga vida útil se pueden fabricar de forma local no requieren combustibles

Solar fotovoltaica

operación desatendida no coste de combustible bajo mantenimiento fácil instalación larga vida útil (20 años)

Bombas de diésel y gasolina

rápido y fácil mantenimiento bajo coste de capital ampliamente utilizadas pueden ser portátiles

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Inconvenientes requieren condiciones de ubicación específicas bajo rendimiento se requiere almacenamiento de agua para períodos con poco viento necesidades de un buen plan de diseño y planificación del proyecto no son fáciles de instalar elevado coste de equipo requiere almacenamiento de agua para períodos nublados con frecuencia las reparaciones requieren técnicos entrenados suministro de combustible errático y de coste elevado coste de mantenimiento corta vida útil contaminación por ruido y humo

4.1.

La tecnología

Las bombas fotovoltaicas están compuestas por una serie de componentes. Hay un sistema de colectores fotovoltaicos que convierten la energía solar directamente en electricidad como corriente continua. La bomba tendrá un motor eléctrico para su accionamiento. Las características de estos componentes tienen que coincidir para conseguir el mejor rendimiento. El motor de la bomba tiene su propia velocidad óptima de funcionamiento y carga según el tipo y el tamaño de la bomba.

4.2.

Bombas helicoidales de desplazamiento positivo

Las bombas helicoidales tienen las mejores eficiencias y requieren los menores paneles fotovoltaicos para suministrar el mismo volumen y presión del agua. Tienen una baja velocidad rotacional. La bomba está compuesta por un rotor metálico helicoidal el cual rota en el interior de una carcasa de goma. Son aptas para cargas mayores. Una bomba mono-solar se ralentizará cuando esté nublado, pero debido a que no tiene una velocidad mínima (al contrario que las bombas centrífugas) seguirá suministrando agua. (Maupoux, 2010)

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CAJA NEGRA  Panel Solar  Semillas de Cebada  Agua  Nutrientes  Tubos PVC  Bandejas (celdas)  Nebulizadores

Cultivo hidropónico optimizado con energía solar mediante panel solar

 Eficiencia de sistema de riego y control ambiental  Cultivo de forraje Hidropónico con energía solar fotovoltaica y térmica

CAJA BLANCA

Panel Solar

Energía (Bombeo Solar)

Nebulizador Sistema de Riego por Niebla

Agua

Nutrientes Producto Semillas

Infraestructura

Tubos PVC Bandejas

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Cultivo de Forraje hidropónico con energía solar fotovoltaica y térmica

DIAGRAMA DE ISHIKAWA http://hydroenv.com.mx/catalogo/index.php?main_page=page&id=44

INVERNADERO Reaprovechamiento de la Energía solar con el panel solar para el funcionamiento de ventiladores

CULTIVO Agua: Elemento cuya función es controlar la temperatura de la planta y movilizar los nutrientes que implica. Mediante nebulizadores

Ventilación. Es la renovación del aire dentro del invernadero con la finalidad de aportar CO2 necesario para el desarrollo de los cultivos y disminuir la mayor temperatura Tiempo a interna

CULTIVO CON FORRAJE HIDROPONICO CON ENREGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Y TERMINCA

Columnas, ventiladores

Cubierta de película plástica traslucida que no permite el paso de la lluvia al interior

-Mallas sombras. Polietileno Cal. 720 tratado contra rayos ultravioleta UV II, diferentes porcentajes de sombra y color.

-Termohigometros (Te permite conocer las temperaturas dentro del invernadero). Temperatura: Factor que incide en el desarrollo eficiente del planta en cada uno de sus etapas para controlarla par tiendo del clima podemos utilizar

Sistema de calefacción

HIDROPONIA

BOMBEO SOLAR

Plásticos (Cobertura) .

INFRAESTRUCTURA

Buen manejo de equipos 20

Control de temperatura

Control de ingreso y almacenamiento de la energía solar

MONITOREO

LISTA DE REQUERIMIENTOS EN EL PROYECTO

1. Materiales Primarios  Tubos de PVC  Polietileno de baja densidad  Uniones  Sensor de Temperatura Ambiental  Sensor de Humedad  Bandejas de Cultico  Nebulizadores  LEDs  Listones de madera  Panel Solar  Semillas Formula Nutricional  Electro bomba  Electro llave Complementos  Clavos  Cables  Pegamento PVC 2. Función La función del proyecto debe de permitirnos poder controlar, regular, abastecer, acelerar y garantizar la producción de un forraje de alta Calidad para ser usado como alimento en la dieta de ganado mayor como ovino, vacuno, porcino entre otros Por ello las funciones principales son Factores Ambientales  Control y regulación de Temperatura  Control y regulación de Humedad Factores Cultivo  Control y regulación de Nutrientes  Control y regulación de Enfermedades Factores Técnicos  Riego  Vigilancia 21

 Cosecha 3. Diseño El diseño empleado permite el control de Factores ambientales como la temperatura y humedad en el ambiente de cultivo, además de aislamiento y control de plagas; el poder controlar relaciones simbióticas el su medio con otras especies es un gran potencial al momento de un modelo sostenible y ecológico. Por lo tanto nos valemos de diseño de control brindado por los invernaderos ya que nos permiten ajustar estos factores como el diseño aislado del cultivo El siguiente control se da en el control de los cultivos con el método de hidroponía con el cual aceleramos el tiempo de cosecha del cultivo además de control de nutrientes la dispersión de ellos y raciones aprovechables del cultivo, con ellos limitamos la entra y salida para no producir enfermedades por exceso o falta de nutrientes como potasio, fosforo, nitrógeno entre otros 4. Modelo: a) Diseño Externo

b) Diseño Interno

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c) Diseño de Control

LISTA DE EXIGENCIAS

Categoría

D/E

Función Principal

E

Energía

E

Descripción GENERALES Tiene como función principal proteger y mejorar el cultivo hidropónico en un ambiente controlado como el invernadero.

Reaprovechamiento de la energía solar fotovoltaica: para el funcionamiento del sistema de irrigación y el control automático de estas. Agua

E Ya que está basado en el sistema hidropónico como desarrollo del cultivo se plantea el agua desarrolle la función de transporte nutrientes y satisfaga los requerimientos nutricionales al cultivo hidropónico.

Ventilación

E Es la inserción de aire dentro del invernadero con la finalidad de aportar CO2 necesario para el desarrollo de los cultivos hidropónicos.

Temperatura

E Factor que incide en el desarrollo del cultivo hidropónico en cada una de sus etapas de crecimiento.

Nutrientes

E El control en cuestiones de absorción de nutrientes se basa más en el desarrollo y sistemas y

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estimulantes del cultivo por lo cual se espera que sea optimo Fabricación

E El desarrollo de este cultivo se basa en su nutrición más que en su aclimatación por ello el sistema de hidroponía supone un sistema muy efectivo para su producción. E

El diseño del sistema permite al operador maniobrar con facilidad y comodidad.

Operatividad Costo

E Los costos de fabricación son relativamente bajas debido a que el sistema no requiere de tecnología compleja.

Función principal

E

Función principal

E

Función principal

E

MECÁNICA Se debe garantizar la impermeabilidad total de la parte interna del invernadero. La estructura del invernadero se desarrollará a base de materiales resistentes como el PVC y madera. El invernadero debe tener sistemas de control en caso de algún desperfecto en el sistema.

Construcción

D El invernadero no requiere de espacios complejos para su fabricación, tampoco son complejas sus sistemas de fabricación por lo tanto el tiempo de fabricación son generalmente cortos.

Material

E Lo materiales de la estructura interna y externa deben presentar resistencia a la corrosión por el agua.

Función principal Función especifica

D E

Geometría E Seguridad

E

ELECTRÓNICA Automatización en la parte de control del invernadero Control y funcionamiento del sistema de irrigación en el interior del invernadero. Las dimensiones de los aparatos de control estarán en función del tamaño del invernadero y la cantidad de cultivo hidropónico. Aislamiento entre el sistema eléctrico y el sistema de riego.

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Función principal

Función principal Geometría Seguridad

Función principal

SENSORES Y ACTUADORES Se debe contar con sistema de control de E temperatura que permita al sensor de riego, neutralizar expulsando agua a todo el invernadero. D Se utilizará una cámara de video como elemento sensor. E Todos los sensores que se emplean para el invernadero serán pequeñas. E Loa sensores deben ser resistentes al agua o permeables. CONTROL E Controlar la cantidad de energía que se suministra al invernadero, así mismo los puntos donde se encuentran los sensores.

Función especifica

E

Establecer un control manual para ciertas acciones en el interior del invernadero.

señales

E

Los sensores indicaran de un posible desperfecto en el sistema del invernadero.

 Estructura de funciones: Se definen funciones basadas en la lista de exigencias para las dimensiones en las que se divide el proyecto: mecánica, visión por computadora, electrónica y control y, sensores y actuadores. La medida del invernadero será 2m * 2m*1.50m  Mecánica: Garantizar impermeabilidad ante plagas y temperatura “Modelo de Invernadero” • Sello temperatura • Sello plagas • Sello humedad Dar soporte en parte de la estructura Control de temperatura como aislante térmico Control de temperatura por medio de ventanas como flujo de aire como refrigerante Permitir la visibilidad para vigilar la entrada de plagas o intrusos  Electrónica y Control Permite el bombeo e irrigación por parte de los humificadores Generar energía para la alimentación de sensores genera la irrigación con la disolución nutritiva 25

Manejar los sensores a partir de las señales de control para informarnos del estado del sistema a) Matriz Morfológica Mecánica

Aislante

Funciones Parciales

1 Vidrio

2 Policarbonato

3 Plástico aislante

Material

Corredera

Batiente

Circular

Parábola

Madera

Metal

PVC

Domo

Rectangular

Semi Cilíndrico

1

2

3

Pivote

Ventilación

Apertura

Rectangular

Forma

Estructura

Material

Forma

Solución

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ELECTRÓNICA Y CONTROL Funciones Parciales

S1 Manual

S2 Semi Automático

Riego

Diseño

S3

Automático

Goteo

Aspersión

Nebulizador

Directa

Indirecta

Mixta

Termómetro Ambiental

Termómetro directo

Pirómetro

Volumen

Ambiental

Natural

Dicroico

Método

Forma

Sensores

Temperatura

Contacto

Estimulador

Humedad

LEDs Iluminación

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Solución

1

2

3

S1 Maíz

S2 Cebada

S3 Avena

Aero ponía

Hidroponía

FORRAJE Funciones Parciales

Semilla

Cultivo

Clásico Método

Madera

Metal

Madera

Metal

PVC

Zona de Desarrollo

Soporte

PVC

Material

Bandejas

Tubería

Recipiente

ninguno

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Fosforados Nitrogenados ninguno

Nutriente

Solido

Fosforados

Nitrogenados

Liquido

Fuente Solución

ninguno

Formula de la Agraria

Formula Comercial

1

2

Formula del ministerio de Agricultura 3

b) Evaluación de Conceptos de Solución Tabla: Evaluación de Conceptos de Solución- Criterios Técnicos

N° 1 2 3 4 5 9 10 11

Formato de Evaluación de Conceptos de Solución - Criterios Técnicos Escala de valores (puntaje entre 0 - 3) 0= No Satisface, 1= Aceptable 2= Suficiente, 3= Bien Criterios Técnicos Importancia Soluciones S1 S2 función 13% 2 3 complejidad 13% 3 3 Lista de exigencias 14% 2 3 Impermeabilidad 8% 2 3 Geometría 7% 2 2 Seguridad 6% 3 2 Confiablidad 5% 2 2 estabilidad 4% 2 2 Puntaje Total 100% Puntaje Unitario PU=PT/3 75% 87%

Tabla: Evaluación de Conceptos de Solución- Criterios Económicos

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S3 3 1 2 1 3 2 3 3 81%

N° 1 2 3

Formato de Evaluación de Conceptos de Solución - Criterios Técnicos Escala de valores (puntaje entre 0 - 3) 0= No Satisface, 1= Aceptable 2= Suficiente, 3= Bien Criterios Importancia Soluciones Económicos S1 S2 S3 Coste de material 40% 3 2 1 Costo de fabricación 30% 1 3 1 Costo montaje 30% 2 3 2 Puntaje Total 100% PT=Σpix(%)i/100 Puntaje Unitario % % % PU=PT/3

COSTOS Materiales

Costos S/24.00

5 m de pvc de

s/34.00 10 conectores

s/27.00 Plástico polietileno micro aspersores S /.6.00

Manguera

S/. 10.00

Sacabocado

S/ 8.00

ALQUILER DEL PANEL SOLARA DE 6 BANDAS

S/80.00

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Materiales Semilla x 1 kg

Precio S/8.00

Nutriente en Solución x 1 Kg

s/15.00

Bandejas x unid.

s/15.00

Sacos x unid.

S /.3.00

TOTAL, COSTO APROXIMADO

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S/ 222.00

CONCLUSIÓN Energía solar y cultivo en invernadero son compatibles en la actualidad incluso sobre la base de las estructuras, modos de cultivo y tecnologías solares prexistentes. La incorporación de demandas suplementarias y la consideración del suministro a los invernaderos como un elemento más de una red energética inteligente y sostenible a desarrollar son cuestiones a las que el campo almeriense deberá hacer frente en los próximos años.

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Bibliografía Bellido, Luis López. 2013. TECNICO AGRICOLA. [En línea] 2 de 05 de 2013. [Citado el: 05 de 09 de 2017.] http://www.tecnicoagricola.es/abonado-de-los-cereales-trigo-y-cebada/. GUOUO. 1589. [En línea] 2 de 12 de 1589. Jose Beltran ,Daniel O.Gimenez. 2015. sedici. [En línea] 2015. [Citado el: 20 de 09 de 2017.] http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/46752/Documento_completo.pdf?sequenc e=1. LA OFICINA REGIONAL DE LA FAO,. 2001. FAO. [En línea] 2001. [Citado el: 25 de 09 de 2017.] http://www.fao.org/3/a-ah472s.pdf. SOLAR ENERGY INTERNATIONAL. 2004. Fotovoltaica. Manual de diseño e instalación. Paonia, Colorado : s.n., 2004. García, Pérez, y otros. 2016. Interenpresas Horticultura. [En línea] 26 de febrero de 2016. [Citado el: 4 de septiembre de 2017.] http://www.interempresas.net/Horticola/Articulos/151916-Energia-solar-invernaderosenfoque-basado-innovacion-sistemas-redes-energeticas.html. Maupoux, Michel. 2010. BOMBEO DE AGUA MEDIANTE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA. [En línea] 2010. [Citado el: 5 de septiembre de 2017.] file:///C:/Users/SISTEMA/Downloads/BombeodeAguaMedianteEnergiaSolarFotovoltaica.pdf. 18-0620. XAXENI, GRUPO. 2012. cosechando natural del huerto a la sopa. [En línea] 2012. [Citado el: 04 de septiembre de 2017.] https://www.cosechandonatural.com.mx/index.php.

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