ES2941045T3 - Granja modular con sistema de carrusel - Google Patents

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ES2941045T3 ES17842113T ES17842113T ES2941045T3 ES 2941045 T3 ES2941045 T3 ES 2941045T3 ES 17842113 T ES17842113 T ES 17842113T ES 17842113 T ES17842113 T ES 17842113T ES 2941045 T3 ES2941045 T3 ES 2941045T3
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Abstract

Una granja de contenedores proporciona una zona de cultivo y una zona de trabajo dentro de un recinto. Las plantas se cultivan en torres de cultivo verticales dentro de la zona de cultivo con el apoyo de una estructura de cultivo de carrusel giratorio. Las torres de cultivo se pueden mover dentro de la zona de cultivo a un lugar en el que sean accesibles desde la zona de trabajo. Se puede proporcionar una estación de plántulas dentro de la zona de trabajo. Se pueden proporcionar otros sistemas, incluidos un sistema de riego, un sistema de iluminación y un sistema de control climático, para apoyar el crecimiento de las plantas dentro del contenedor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Granja modular con sistema de carrusel
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica la prioridad bajo el artículo 35 U.S.C. § 119(e) de la Solicitud Provisional de EE. UU. N.° 62/376.119, presentada el 17 de agosto de 2016, titulada "granja modular".
Estado de la técnica
La necesidad de alimentos frescos crece a medida que aumenta la población y los cambios en el clima afectan a las temporadas de cultivo. El actual modelo de suministro de alimentos, basado en métodos de cultivo tradicionales y envíos de larga distancia, es económica y ambientalmente insostenible. Las operaciones agrícolas tradicionales generalmente se ubican en áreas agrícolas, que requieren grandes costes iniciales y grandes extensiones y tienen altos costes operativos desde la semilla hasta la venta.
La agricultura urbana y local también se enfrenta a obstáculos. El espacio de cultivo en las áreas urbanas es limitado y no es suficiente para satisfacer una gran demanda. Los altos costes de puesta en marcha y operación de los invernaderos dificultan la producción de cultivos locales para muchas empresas. Las estructuras destinadas a soportar invernaderos en la azotea deben ser evaluadas por ingenieros estructurales y, a menudo, requieren refuerzos adicionales para soportar el peso. Los jardines urbanos a menudo deben abordar el suelo contaminado. Los sistemas hidropónicos no se usan fácilmente en lugares urbanos, ya que la mayoría de los sistemas hidropónicos están destinados a instalarse en entornos agrícolas, no son fácilmente transportables y requieren una amplia formación del personal para su funcionamiento.
Los sistemas agrícolas contenidos se han desarrollado recientemente para abordar estos problemas. Por ejemplo, un sistema de cultivo en un contenedor modular, descrito en la Patente de EE. UU. N.° 9.288.948, se ha desarrollado para generar cultivos de alto rendimiento. Dentro del contenedor modular, el sistema de cultivo incluye una estación de germinación para nutrir las semillas hasta que germinen en plantas, una pluralidad de estantes verticales para sostener las plantas en crecimiento, un sistema de iluminación para proporcionar la luz adecuada a las plantas, un sistema de riego para proporcionar nutrientes a las plantas, un sistema de control de clima para controlar las condiciones ambientales dentro del contenedor, y un sistema de ventilación para proporcionar flujo de aire a las plantas. Adicionalmente, la Patente de EE. UU. N.° 9.374.952 divulga un sistema de cultivo vertical giratorio. La solicitud de patente coreana con N.° de publicación 2013/0059044 divulga un aparato de cultivo rotativo de varias etapas. La solicitud de patente coreana con N.° de publicación 2014/0072632 divulga un nuevo conjunto de juegos de cama de material de iluminación para una fábrica de plantas y una instalación de plantas.
Objeto de la invención
Se proporciona una granja modular para la producción de plantas de acuerdo con la reivindicación 1 para la producción eficiente de plantas.
Descripción de las figuras
La invención se comprenderá mejor partiendo de la siguiente descripción detallada interpretada junto con los dibujos adjuntos en los que:
la figura 1 es una vista isométrica de una realización de una granja modular;
la figura 2 es una vista lateral de la granja modular de la figura 1;
la figura 3 es una vista frontal de la granja modular de la figura 1;
la figura 4 es otra vista frontal de la granja modular de la figura 1;
la figura 5 es otra vista lateral de la granja modular de la figura 1;
la figura 6 es una vista en planta superior de la granja modular de la figura 1;
la figura 7 es una vista isométrica parcial de una realización de un panel de plantas;
la figura 8 es otra vista isométrica parcial del panel de plantas de la figura 7;
la figura 9 es una vista isométrica parcial de un sistema de carrusel de la granja modular de la figura 1;
la figura 10 es una vista isométrica de un brazo colgante del sistema de carrusel;
la figura 11A es una vista isométrica que ilustra la fijación de un panel de plantas a un brazo colgante;
la figura 11B es otra vista isométrica que ilustra la fijación del panel de plantas al brazo colgante;
la figura 12A es una vista lateral parcial del brazo telescópico y el brazo colgante;
la figura 12B es otra vista lateral parcial del brazo telescópico y el brazo colgante;
las figuras 13A-13F son ilustraciones esquemáticas de una secuencia de ilustración de rotación de una pared de plantas;
la figura 14 es una vista isométrica parcial de una realización de una columna central de la granja modular; la figura 15 es una vista isométrica parcial del interior de la columna central de la figura 14;
la figura 16 es otra vista isométrica parcial del interior de la columna central de la figura 14;
la figura 17 es una vista lateral de una realización de un canal de agua en una estación de plántulas;
la figura 18 es una vista isométrica de una realización de una estación de plántulas;
la figura 19 es una vista delantera de otra realización de una torre de cultivo;
la figura 20 es una vista lateral de la torre de cultivo de plantas de la figura 19;
la figura 21 es una vista isométrica de una granja modular con una realización adicional de un sistema de carrusel y una torre de cultivo;
la figura 22 es una vista isométrica de la realización de la torre de cultivo de la figura 21;
la figura 23 es una vista en planta superior de una realización del conjunto de tuberías de un sistema de riego.
Descripción detallada de la invención
Se proporciona una granja modular en la que un usuario puede manejar un ciclo completo de crecimiento de uno o más cultivos, por ejemplo, un agricultor, desde un solo punto central de operación. Todas las tareas involucradas en el crecimiento de un cultivo, desde plantar y germinar semillas hasta trasplantar plántulas, el crecimiento de las plantas y la cosecha del cultivo, se puede realizar desde un solo lugar, mejorando así el flujo de trabajo. El agricultor no tiene que caminar a través de una granja de un lugar a otro y no tiene que transportar plántulas de un lugar a otro.
Haciendo referencia a las figuras 1-6, la granja modular 10 está alojada dentro de un contenedor 12 que proporciona un entorno adecuado para el cultivo de plantas. El contenedor proporciona un espacio cerrado que forma una zona de trabajo 14 y una zona de cultivo 16. En la zona de cultivo, un sistema de carrusel 20 está montado para girar alrededor de un eje vertical central 22. Los cultivos se cultivan en columnas verticales sobre torres de cultivo 30 soportadas por el sistema de carrusel para girar con el mismo alrededor del eje vertical central. Cada torre de cultivo también se puede montar en el sistema de carrusel para que gire alrededor de otro eje vertical separado del eje vertical central (que se describe más adelante). De esta forma, las torres de cultivo se pueden mover fácilmente a una ubicación en la que una parte de las torres de cultivo es accesible para un usuario en la zona de trabajo. Se puede proporcionar una estación de plántulas 40 dentro del contenedor en una ubicación que también es accesible desde la zona de trabajo. Se puede proporcionar una puerta 11 en una pared, por ejemplo, adyacente a la zona de trabajo, para proporcionar entrada y salida para el agricultor hacia y desde la zona de trabajo en el contenedor.
Se pueden incluir diversos sistemas adicionales dentro del contenedor para crear un entorno adecuado para el cultivo. Los sistemas pueden incluir un sistema de riego 60 para proporcionar una solución nutritiva líquida a las plantas que crecen en la zona de cultivo y en la estación de plántulas. Se puede proporcionar un depósito 62 para contener una solución nutritiva líquida debajo de un suelo 182 en el contenedor. Un sistema de iluminación 80 puede proporcionar iluminación de frecuencias y horarios apropiados para las plantas. Un sistema de control del clima 110, por ejemplo, un sistema de calentamiento, ventilación y aire acondicionado o HVAC, puede proporcionar una temperatura adecuada, nivel de humedad, nivel de CO2 y flujo de aire. Las conexiones exteriores 191 a través de las paredes del contenedor pueden llevar agua y electricidad a las tuberías y cableado eléctrico dentro del contenedor para dar servicio a los diversos sistemas.
En algunas realizaciones, las torres de cultivo 30 pueden suspenderse del sistema de carrusel 20 alrededor de un volumen central. Una columna central 50 se puede alinear con el eje vertical 22 para soportar diversos componentes del sistema o partes de los mismos en el volumen central. Por ejemplo, la iluminación 82 para los lados que miran hacia adentro de las torres de cultivo se puede soportar en la columna central 50. La iluminación 84 para los lados que miran hacia fuera de las torres de cultivo se puede soportar en las paredes interiores del contenedor. Un sistema de dosificación de nutrientes 130 puede estar soportado dentro de la columna central 50 o en una pared interior del contenedor para agregar nutrientes al agua para formar la solución nutritiva líquida. Varios otros componentes pueden soportarse sobre o dentro de la columna central, tal como sensores climáticos y una cámara 54.
En algunas realizaciones, cada torre de cultivo 30 se puede formar como un panel de plantas 32 que tiene una pluralidad de conductos de cultivo 34 alargados adyacentes. Se puede disponer una pluralidad de paneles de plantas en una pared de plantas de doble cara 36, en la que los conductos de cultivo alargados están dispuestos en una orientación generalmente espalda con espalda para formar lados opuestos de la pared de plantas.
Más particularmente, cada panel de plantas 32 puede incluir varios conductos de cultivo 34, tres en la realización ilustrada. Cada conducto de cultivo puede incluir dos paredes laterales, una pared trasera y una cara frontal abierta. Cada conducto está abierto tanto en el extremo superior como en el extremo inferior. Unos rebordes de refuerzo se pueden ubicar a lo largo de los bordes frontales de las paredes laterales. Los conductos pueden tener cualquier forma de sección transversal, tal como forma de U, forma de C, cuadrada, rectangular, ovalada o similar. El panel de plantas puede estar hecho de un material polimérico que no sea tóxico para las plantas, tal como cloruro de polivinilo. Se pueden usar otros materiales. El material puede ser no metálico para minimizar el peso. El panel de plantas se puede formar de cualquier manera adecuada, tal como por moldeo o fabricación aditiva.
Un medio de soporte de plantas 35 está ubicado dentro de cada conducto. El medio de soporte de plantas puede ser una sola pieza de material que tenga una hendidura continua 37 o una pluralidad de hendiduras discretas a lo largo de su longitud en alineación con el conducto, o puede estar formado por dos piezas de material comprimidas juntas.
El medio de soporte de plantas puede retenerse dentro del conducto por la elasticidad de las paredes del conducto comprimiéndose contra el medio de soporte de plantas. Se colocan plántulas en la hendidura o hendiduras dentro o entre el medio de soporte. Una solución nutritiva líquida (de un sistema de riego, que se describe más adelante) se introduce en cada conducto de cultivo a través del extremo superior abierto y gotea por el extremo inferior abierto, irrigando las plantas dentro del conducto de cultivo a medida que fluye hacia abajo a través del medio de soporte de plantas. Véase la figura 2.
En algunas realizaciones, el medio de soporte de plantas 35 puede ser una espuma de celda abierta o un material de matriz con un gran volumen de poros. En algunas realizaciones, el material de espuma de celda abierta es un poliuretano o un poliéter. Se pueden usar otros materiales de espuma de celda abierta, tal como polietileno, tereftalato de polietileno, polipropileno, poliestireno, cloruro de polivinilo y poliéster. En algunas realizaciones, el material puede ser tratado, por ejemplo, con un aglutinante o revestimiento de silicona, para minimizar el contacto entre la solución nutritiva y el material. Se pueden usar otros tipos de medios de soporte de plantas, tal como un material de crecimiento fibroso.
El panel de plantas incluye un accesorio de montaje 42 en el lado trasero de los conductos. Véanse las figuras 7-8. En algunas realizaciones, el accesorio de montaje está formado por dos nervaduras de montaje 44 que se extienden por toda o una parte de la longitud de los conductos 34. Las nervaduras de montaje se unen a los conductos mediante conectores de nervadura 45. El panel puede incluir rebordes 46 a lo largo de los bordes longitudinales de las nervaduras de montaje. Se proporciona una ranura de montaje horizontal 48 a lo largo de los bordes que miran hacia adentro de las nervaduras de montaje en una ubicación espaciada hacia abajo desde la parte superior.
En algunas realizaciones, el sistema de carrusel 20 incluye un cubo 24 soportado para girar alrededor de un eje vertical desde miembros estructurales en una región de techo del contenedor. El cubo puede incluir una base estacionaria 26 que se puede unir de forma fija a los miembros estructurales y un mecanismo de rotación 28 o rotador unido a la base estacionaria para girar alrededor de un eje vertical con respecto a la base estacionaria. Se puede unir un conjunto de brazo 150 al mecanismo de rotación para girar con este.
En algunas realizaciones, el conjunto de brazo 150 puede incluir una pluralidad de brazos telescópicos horizontales 152 que se extienden desde el cubo hasta un extremo distal 154. Tres brazos se ilustran en la realización mostrada, aunque se puede usar otro número de brazos si se desea. Cada brazo incluye una corredera telescópica 156 móvil dentro de una carcasa de brazo 158. Un extremo proximal de la carcasa de brazo está unido al cubo, de modo que los brazos telescópicos puedan girar alrededor del eje vertical con el cubo. El cubo se puede girar de cualquier manera adecuada, tal como con un motor. En algunas realizaciones, el cubo se puede girar en incrementos de 90°. El cubo también se puede girar manualmente, ya sea además o alternativamente a la rotación motorizada.
Un brazo colgante 162 está montado en el extremo distal de cada corredera telescópica 156, distal del cubo central. Cada brazo colgante incluye una placa superior 164. Varias lengüetas delanteras 166 y varias lengüetas traseras 168 se extienden hacia abajo a cada lado de la placa superior. Las lengüetas traseras están ligeramente empotradas y son más largas que las lengüetas delanteras adyacentes. Se proporciona un gancho de montaje 169 de panel de plantas horizontal en el extremo inferior de cada lengüeta trasera.
Se puede montar una pluralidad de paneles de plantas 32 en cada brazo colgante 162. Para montar un panel de plantas, la parte trasera del panel de plantas se coloca contra una lengüeta trasera 168, y las nervaduras de montaje 44 se alinean con los bordes interiores de las lengüetas delanteras. Con las nervaduras detrás de las lengüetas delanteras, el panel de plantas se desliza hacia arriba hasta que el gancho de montaje 169 en la parte inferior de la lengüeta trasera 168 se desliza en la ranura de montaje 48 en las nervaduras del panel de plantas. Las lengüetas delanteras y traseras se pueden configurar para sostener los paneles de plantas en cualquier ángulo deseado desde la vertical. En algunas realizaciones, los paneles de plantas están inclinados hacia afuera desde la vertical hasta el drenaje directo de una solución nutritiva al extremo inferior de los conductos. Véase la figura 3. En algunas realizaciones, el ángulo puede variar de 0° a 10°. En algunas realizaciones, las plantas tienen un ángulo de aproximadamente 1° con respecto a la vertical. En algunas realizaciones, las plantas tienen un ángulo de aproximadamente 2° con respecto a la vertical.
El brazo colgante 162 puede incluir un mango 172 en cada lado para que lo agarre un agricultor para extender y retraer el brazo telescópico. Cuando el brazo telescópico se ha extendido, el brazo colgante se puede girar para que se pueda acceder a los paneles de la planta en ambos lados. Cada brazo colgante puede incluir una ranura de bloqueo 174 en cada lengüeta delantera central para acoplarse con una lengüeta de bloqueo 176 en la carcasa de brazo cuando el brazo telescópico está retraído, para sujetar el panel de plantas en su posición de cultivo. Véanse las figuras 12A, 12B. El brazo telescópico también se puede motorizar además de o alternativamente a la operación manual para extender y retraer el brazo.
Cada brazo colgante 162 está montado de forma giratoria en el extremo de una corredera telescópica asociada 156 con una junta giratoria o rotatoria 178 ubicada en el centro a lo largo del brazo colgante. (Véase la figura 12A) La junta giratoria permite que cada brazo colgante gire de forma independiente en un plano horizontal de modo que se pueda invertir la orientación de las paredes de plantas. Por tanto, las plantas que miran hacia afuera se pueden girar para mirar hacia adentro, y las plantas que miran hacia adentro se pueden rotar para mirar hacia afuera. De esta forma, todas las plantas pueden ser de fácil acceso por un agricultor que desee retirar uno de los paneles de plantas para controlar las plantas en el mismo o para cosechar las plantas de un panel de plantas. La junta rotatoria puede ser motorizada, o puede operarse a mano, o ambas. En una realización, una junta giratoria incluye un perno y un par de cojinetes de empuje a cada lado de la placa superior.
Las figuras 13A-13F ilustran una secuencia de etapas para acceder a los paneles de plantas. La figura 13A muestra el sistema de carrusel 20 en una posición inicial en la que no hay paredes de plantas 36a, 36b, 36c frente a la zona de trabajo. En la figura 13B, el cubo central se ha girado 180° de modo que un primer lado 39a de una pared de plantas 36b sea accesible desde la zona de trabajo. En la figura 13C, el brazo telescópico 152 se ha extendido hacia la zona de trabajo 14. En la figura 13D, el brazo colgante se ha girado 90°, y en la figura 13E, el panel del brazo colgante se ha girado otros 90°, para una rotación total de 180°, de modo que un segundo lado 39b de la pared de plantas 36b quede frente a la zona de trabajo. En la figura 13F, el brazo telescópico 152 se ha empujado hacia la columna central y sujetado en su lugar. Desde esta posición, se puede acceder fácilmente a los paneles de plantas en el segundo lado 39b de la pared de plantas 36b.
En una realización, cada brazo colgante puede sostener cuatro paneles de plantas en cada lado. Todo el sistema de carrusel puede contener 24 paneles de plantas. Para un cultivo tal como la lechuga iceberg en miniatura, los paneles de plantas pueden proporcionar 1054 sitios de plantas. Se pueden cosechar 150 lechugas iceberg en miniatura por semana.
Se apreciará que las torres de cultivo pueden tener otras configuraciones. Por ejemplo, en algunas realizaciones adicionales, se puede proporcionar una pluralidad de torres individuales en forma de conducto. Cada torre se puede suspender verticalmente de forma individual desde la estructura de cultivo de carrusel en el contenedor. Cada torre puede incluir un orificio u orificios cerca de la parte superior para colgar en un gancho o lengüeta de la estructura de cultivo del carrusel o puede suspenderse de una junta giratoria o rotatoria.
Haciendo referencia a las figuras 19-20, en algunas realizaciones, una torre de cultivo 330 puede ser un conjunto de panel de plantas que tiene un panel de soporte 332, un bolsillo de cultivo 334 en una cara del panel de soporte, un conducto de flujo de nutrientes 336 en una cara opuesta del panel de soporte, y una rendija de fluido 338 en el panel de soporte para la comunicación fluida entre el hoyo de cultivo y el conducto de flujo de nutrientes. Se pueden proporcionar una o más aberturas para un gancho en la parte superior del panel de soporte para la suspensión del conjunto de carrusel. En algunas realizaciones, se puede proporcionar una junta giratoria o rotatoria para la suspensión del conjunto de carrusel.
Haciendo referencia a las figuras 21-22, en algunas realizaciones, una torre de cultivo 430 se puede formar como un estante 432 para soportar uno o más receptáculos 434. En algunas realizaciones, el estante 432 puede incluir una o más estanterías 436 en las que se puede colocar un receptáculo. Las estanterías se pueden unir a través de una o más varillas verticales 438 a un accesorio colgante 442. En algunas realizaciones, el receptáculo puede ser una bolsa o un receptáculo cerrado que puede contener un sustrato inoculado adecuado para el cultivo de hongos, incluidas las setas. En algunas realizaciones, el receptáculo puede ser una maceta configurada para una planta deseada.
En algunas realizaciones, un sistema de carrusel 420 puede incluir un cubo 422 que comprende una base estacionaria 423, que se puede montar en un techo o estructura de tejado. Un mecanismo de rotación 424 montado en la base estacionaria puede proporcionar rotación alrededor de un eje vertical con respecto a la base estacionaria. En algunas realizaciones, el mecanismo de rotación se puede configurar para accionar una correa 426 a lo largo de una pista horizontal que rodea el eje vertical central. La correa se puede accionar de cualquier manera adecuada, tal como por engranajes 427 dispuestos para rodear el cubo, accionados por un motor. Las torres de cultivo, tal como los estantes 430, se pueden suspender de la correa para viajar con esta. En algunas realizaciones, los estantes se pueden suspender con un accesorio de gancho y ojo; en algunas realizaciones, los estantes se pueden suspender con una junta giratoria o rotatoria para permitir la rotación alrededor de otro eje vertical separado del eje vertical de la base estacionaria.
El sistema de carrusel también puede tener otras configuraciones. Por ejemplo, en la realización ilustrada, el sistema de carrusel está dispuesto para suspender las torres de cultivo en una configuración generalmente cuadrada en vista en planta, aunque se pueden proporcionar otras configuraciones. Así mismo, se ilustran tres paredes de plantas; sin embargo, se pueden proporcionar dos paredes de plantas o cuatro o más paredes de plantas. En otras realizaciones, el sistema de carrusel se puede configurar para suspender las torres de cultivo para que se muevan en diferentes configuraciones o patrones. Por ejemplo, en un contenedor más grande, las torres de cultivo se pueden mover en una configuración ovalada o en una configuración de serpentina. El sistema de carrusel se puede configurar según sea necesario para adaptarse a cualquier tamaño y forma de contenedor en particular. En algunas realizaciones, se puede proporcionar más de un sistema de carrusel dentro de un contenedor.
La columna central 50 se puede proporcionar dentro del contenedor 10 para soportar diversos sistemas, tal como una parte del sistema de iluminación 80, descrito más adelante, y el sistema de dosificación de nutrientes 130. Un panel delantero 256 o partes del panel delantero, la columna central que mira hacia la zona de trabajo, pueden ser desmontables para acceder a los componentes en su interior para reparación o reemplazo. En algunas realizaciones, se puede montar una cámara 54 en la columna central para fotografiar plantas que crecen en torres de cultivo frente a la cámara.
La granja modular puede incluir el sistema de iluminación 80 para proporcionar iluminación a las plantas en crecimiento. En algunas realizaciones, se proporcionan luces 84 en tres paredes interiores del contenedor (dos paredes laterales y una pared de extremo) para formar una parte de un perímetro de la zona de cultivo en la que se monta el sistema de carrusel 20 para suspender las plantas. En algunas realizaciones, se pueden formar rebajes en las paredes laterales opuestas y en la pared de extremo para montar las luces. En algunas realizaciones, las luces 82 se pueden montar en tres lados de la columna central 50 ubicada debajo del cubo del sistema de carrusel. El sistema de carrusel puede suspender las torres de cultivo con las plantas orientadas hacia fuera, hacia las luces 84 dispuestas en las paredes laterales y de extremo, y hacia adentro, hacia las luces 82 en la columna central. De esta forma, las luces se pueden colocar lo suficientemente cerca de las plantas en crecimiento.
En algunas realizaciones, las luces se pueden proporcionar como una serie de tiras de luz LED dispuestas verticalmente en las paredes laterales y de extremo y en la columna central. En algunas realizaciones, las luces se pueden proporcionar como cortinas de luz. Las luces se pueden seleccionar para las frecuencias apropiadas. Las luces se pueden seleccionar para un cultivo en particular. En algunas realizaciones, puede proporcionarse una mezcla de frecuencias, tal como luces azules 83a y luces rojas 83b. En algunas realizaciones, se pueden proporcionar luces azules, por ejemplo, para setas.
Se pueden proporcionar luces de trabajo blancas cuando un agricultor está trabajando dentro del contenedor. En una realización, las luces blancas se pueden proporcionar como tiras de luz LED horizontales 86 cerca del techo. Las luces blancas se pueden operar por un interruptor ubicado en la zona de trabajo, de modo que un agricultor pueda encenderlas y apagarlas según sea necesario. Las luces blancas se pueden operar con un temporizador, de modo que se apaguen automáticamente después de un período de tiempo.
En algunas realizaciones, se pueden proporcionar luces en tres lados, y el cuarto lado de la zona de cultivo se deja libre de luces. El sistema de carrusel 20 puede ser giratorio, como se describe en el presente documento, de modo que las plantas puedan pasar un tiempo lejos de las luces en un lado de descanso. En algunas realizaciones, el lado de descanso puede mirar hacia la zona de trabajo 14 de modo que los paneles de plantas del lado de descanso sean más accesibles para el agricultor que los paneles de plantas de cualquiera de los otros tres lados.
El sistema de riego 60 se proporciona para suministrar una solución nutritiva líquida a las plantas en crecimiento en los paneles de plantas. En algunas realizaciones, el sistema de riego puede incluir un depósito 62, que se puede ubicar debajo del suelo 182 del contenedor, por ejemplo, por debajo de la zona de trabajo 14, y puede incluir una línea de riego 184 que se extiende desde una bomba 186 en el depósito 62 hacia arriba hasta una ubicación alrededor de los extremos superiores de las torres de cultivo. La línea de riego puede alimentar un conjunto de tuberías 188 soportado por encima de las torres de cultivo 30. Véanse las figuras 2 y 23. El conjunto de tuberías puede incluir un tramo de tubería para alinear con cada fila de torres de cultivo. En una realización, el conjunto de tuberías está dispuesto en dos configuraciones generalmente cuadradas dispuestas para alinearse con las configuraciones generalmente cuadradas de los paneles de plantas suspendidos del sistema de carrusel. Cada tramo de tubería incluye una serie de emisores 192 o boquillas que se abren hacia abajo. Cada emisor se alinea con un conducto 32 en una torre de cultivo 30, de modo que se pueda descargar una solución nutritiva desde el emisor hacia la parte superior abierta del conducto. La solución nutritiva fluye hacia abajo a lo largo del conducto para nutrir las plantas que crecen en este. El exceso de solución nutritiva se descarga desde el extremo abierto en la parte inferior de cada conducto. Véase la figura 2. En algunas realizaciones, los emisores pueden emitir una pulverización, por ejemplo, para nebulizar el aire alrededor del cultivo. Por ejemplo, nebulizar el aire alrededor de un cultivo de setas puede ser útil.
El exceso de nutrientes descargado de las torres se recoge en un colector 194 debajo de la zona de cultivo 16. Una rejilla 196 puede cubrir el colector para permitir que la solución pase al colector. La rejilla también puede proporcionar una superficie de suelo en la zona de cultivo. Un agricultor puede pisar la rejilla si es necesario. La rejilla puede ser desmontable. El colector se puede inclinar para permitir que la solución nutritiva se drene de regreso al depósito, ilustrado por la flecha 195 en la figura 2.
El depósito 62 se puede ubicar debajo de otra sección del suelo 182, por ejemplo, debajo de la zona de trabajo 14, que se puede cubrir con una superficie de suelo sólida. Se puede formar una abertura de acceso para el depósito en la superficie de suelo sólida. Se puede proporcionar una línea de entrada de agua 192 y una línea de drenaje, por ejemplo, a lo largo del borde inferior del contenedor. Unos accesorios de fontanería 191 apropiados para tuberías o mangueras de agua pueden proporcionarse en el exterior del contenedor. De esta forma, el agua se puede introducir y retirar del depósito en el contenedor.
La granja modular puede incluir el sistema de dosificación de nutrientes 130, en el que se pueden añadir cantidades apropiadas de nutrientes al agua en el depósito 62 para formar la solución nutritiva líquida que se alimenta a las plantas en crecimiento. En algunas realizaciones, el sistema de dosificación de nutrientes incluye una línea de recirculación 132 que hace pasar por ciclos la solución nutritiva líquida desde el depósito a través del sistema de dosificación y la devuelve al depósito. Un conjunto de sensores 134 en la línea de recirculación incluye sensores para detectar diversos parámetros, tal como el pH, conductividad eléctrica y temperatura. Si se necesita algún ajuste, los aditivos necesarios se pueden agregar a la línea de recirculación, basado en la salida del conjunto de sensores.
En algunas realizaciones, el sistema de dosificación de nutrientes 130 se puede alojar dentro de la columna central 50. Véase la figura 3. La línea de recirculación puede incluir una línea de entrada 136 que conduce hacia arriba dentro de la columna y puede enrutarse, por ejemplo, con accesorios de codo adecuados, más allá del conjunto de sensores 134 y hasta una línea de descarga 138 que se extiende hacia abajo hasta el depósito. Se puede alojar una pluralidad de fuentes de nutrientes 142 dentro de la columna, tal como en recipientes 145. Un tubo de dosificación 144 puede conducir desde la parte inferior de cada recipiente, a través de un dispositivo de medición, tal como una bomba peristáltica 146, a una entrada en la línea de descarga, por ejemplo, a través de púas de suministro. Cuando el conjunto de sensores determina que se necesita un nutriente o aditivo en particular, el dispositivo de medición asociado se acciona para añadir una cantidad apropiada. En algunas realizaciones, el conjunto de sensores puede incluir un controlador que acciona los dispositivos de medición para introducir una cantidad apropiada del aditivo en función de los datos detectados.
En algunas realizaciones, un recipiente puede incluir una mezcla de minerales adecuados para cultivos en crecimiento, tal como fósforo, potasio, nitrógeno, calcio y nitratos. Un segundo recipiente puede incluir un aditivo para ajustar el pH. Un tercer recipiente puede incluir micorrizas, que pueden ser útiles para el crecimiento de las raíces. Un cuarto recipiente puede incluir una solución de limpieza, que puede circular periódicamente por las líneas. Se puede proporcionar cualquier número de recipientes y nutrientes deseados. En algunas realizaciones, se puede proporcionar una ranura de visualización 149 en la columna central para verificar el nivel de nutrientes en cada recipiente. Se puede proporcionar un puerto de suministro 151 en la parte superior de cada recipiente para agregar más nutrientes cuando sea necesario o reemplazar un recipiente vacío por uno lleno. Se puede acceder a los puertos de suministro a través de un rebaje en la columna central.
En algunas realizaciones, la solución nutritiva líquida 130 se puede recircular continua o periódicamente a través del sistema de dosificación de nutrientes, de manera que la cantidad de nutrientes pueda supervisarse de manera continua o periódica. De esta forma, la solución nutritiva en el depósito se puede mantener con los niveles de nutrientes apropiados.
En algunas realizaciones, el sistema de dosificación de nutrientes se puede montar en una pared interior del contenedor, tal como debajo o junto a la estación de plántulas. Véase la figura 1.
Haciendo referencia a las figuras 2-3 y 17-18, la estación de plántulas 40 se puede montar en una pared interior del contenedor adyacente a la zona de trabajo 14. En algunas realizaciones, la estación de plántulas puede incluir una estantería de trabajo superior 202 en el que se puede colocar una bandeja de plántulas 204 mientras un agricultor trabaja en ella para plantar semillas o mover plántulas a una torre de cultivo. Una o más estanterías inferiores 206 contienen canales de agua 208 para suministrar agua a plántulas colocadas en una bandeja de plántulas en la que crecen las plántulas. Cada estantería de canal puede incluir tuberías 212 para llenar y drenar el canal con la solución nutritiva del depósito 62. El suelo inferior del canal está inclinado para que el agua se dirija a través de la superficie desde un extremo superior a un extremo inferior. Véase la figura 2. En la realización mostrada, la solución nutritiva puede ingresar desde el tubo de llenado en el extremo superior en el lado delantero e izquierdo y fluir a lo largo de la pendiente hasta el extremo inferior en el lado trasero y derecho, donde se encuentra una tubería de drenaje. Una bandeja de plántulas 204 puede incluir una pared superior 214 que tiene una pluralidad de aberturas en su interior en las que se asientan plántulas 216 de modo que la parte inferior de cada plantón alcance el suelo del canal para acceder a la solución nutritiva cuando se coloca en la estantería del canal de agua. La bandeja de plántulas también puede incluir un mango 218 a lo largo de un borde delantero que encaja dentro de una muesca de soporte 222 en la estantería de trabajo superior 202 para evitar que la bandeja se mueva cuando un agricultor está trabajando en ella. Cuando la bandeja de plántulas se coloca en la estantería de canal 206, el mango sobresale por el borde del canal.
Se puede proporcionar una bomba de plántulas 224 para cada estantería de canal de agua 206 para proporcionar la solución nutritiva a las plántulas. Las bombas de plántulas se pueden ubicar en el depósito 62 debajo del suelo de la zona de trabajo. La tubería de llenado y drenaje hacia y desde las bombas de plántulas se extiende dentro de una parte de pared de una de las paredes del contenedor. Unas luces 228 se pueden montar debajo de la estantería de trabajo 202 y la estantería de canal superior 206 para proporcionar luz a las plántulas en las estanterías de canal.
La zona de trabajo puede incluir un accesorio para soportar una torre de cultivo que se haya retirado del sistema de carrusel. La torre de cultivo se puede soportar en una orientación horizontal a una altura adecuada para que un agricultor trabaje en las plantas en la torre de cultivo. En una realización, se proporciona un soporte 234 en una pared para soportar un extremo de la torre de cultivo. El otro extremo de la torre de cultivo se puede soportar en la estantería de trabajo 202 de la estación de plántulas. En otra realización, el otro extremo del panel de la torre de cultivo se puede soportar con un segundo soporte en la pared opuesta. Véase la figura 22.
En algunas realizaciones, se pueden controlar diversos parámetros del contenedor y el entorno del mismo para optimizarlos para un cultivo particular que se desea cultivar en el contenedor. Los sistemas pueden automatizarse y pueden controlarse mediante un sistema de control adecuado. En algunas realizaciones, se puede proporcionar un sistema de control para programar el movimiento de la estructura de cultivo del carrusel y el funcionamiento de las luces. Unas lecturas del sensor se pueden transmitir al sistema de control, lo que puede determinar si se necesitan ajustes. El sistema de control se puede ubicar dentro del contenedor o remotamente o ambos. Por ejemplo, en algunas realizaciones, una aplicación que puede ejecutarse en un dispositivo tal como un teléfono inteligente puede usarse para alertar a un agricultor sobre diversos parámetros, enviar fotografías y permitir que el agricultor controle los sistemas para ajustar y optimizar las condiciones de cultivo.
El sistema de control del clima 110 puede incluir un sistema HVAC para el contenedor. En algunas realizaciones, una unidad de aire acondicionado 252 puede ubicarse en el techo del contenedor. Se pueden ubicar varios registros de aire en el panel del techo. Se puede ubicar una cubierta de escape en el tejado del contenedor. Unos sensores climáticos 256 se pueden ubicar dentro del contenedor para detectar parámetros tal como la temperatura del aire, nivel de humedad, nivel de CO2 y flujo de aire. En algunas realizaciones, los sensores climáticos se pueden ubicar en la columna central o en la base estacionaria del cubo del sistema de carrusel. El sistema de control del clima puede estar operativo para mantener el clima dentro de un rango seleccionado de parámetros, que pueden variar según el cultivo particular que se cultive en el contenedor. En algunas realizaciones, una carcasa de aire de admisión y un ventilador de suministro pueden ubicarse en el contenedor. El ventilador se puede orientar para soplar aire hacia arriba más allá de las plantas.
El contenedor puede tener cualquier configuración y puede formarse de cualquier manera adecuada. En algunas realizaciones, el contenedor está formado por cuatro conjuntos de paneles de pared, un conjunto de paneles de techo y un conjunto de paneles de suelo soportados por una estructura adecuada. Los conjuntos de paneles pueden estar hechos de cualquier material adecuado. En una realización, los paneles se pueden aislar térmicamente con, por ejemplo, una fibra de vidrio u otro material aislante entre los paneles interior y exterior. Los paneles interior y exterior pueden formarse por un material de fibra de vidrio. Una puerta para el acceso del usuario está ubicada en un panel de pared de extremo. Los paneles interior y exterior de cada conjunto de panel se pueden moldear o configurar según se desee. Por ejemplo, los paneles interiores de las paredes laterales y traseras se pueden formar con un rebaje para sujetar las luces.
El contenedor se puede enmarcar de cualquier manera adecuada. En una realización, el marco puede incluir columnas en cada esquina y vigas que conectan las columnas en sus extremos superior e inferior. Los elementos del marco del suelo y del techo se pueden espaciar para permitir la colocación de diversas piezas de equipo. Los marcos y otros miembros estructurales pueden estar hechos de cualquier material adecuado, tal como un metal, por ejemplo, acero. Los paneles se pueden sujetar a los elementos de marco de cualquier manera adecuada. El contenedor puede incluir bolsillos para carretillas elevadoras debajo, de modo que pueda transportarse por una carretilla elevadora.
Las líneas de servicio para riego y energía eléctrica se pueden proporcionar en espacios vacíos, por ejemplo, en el techo y paredes. Unos controles, tal como interruptores y similares, para el funcionamiento de los distintos sistemas, tal como el sistema de iluminación, el sistema de carrusel y el sistema de riego, pueden incluirse dentro de la zona de trabajo para su operación por parte del agricultor. Por ejemplo, el agricultor puede controlar un motor del sistema de carrusel para llevar una pared de plantas deseada a una ubicación para su acceso desde la zona de trabajo.
La granja modular descrita en el presente documento se puede usar para cultivar una gran variedad de cultivos, particularmente plantas de hoja verde. Por ejemplo, el dispositivo se puede usar para cultivar verduras de hoja verde, tal como lechugas, espinacas, acelgas; brassica, tal como el brócoli, repollo, coliflor, coles de Bruselas, colinabo, mostaza, col rizada, rúcula; y hierbas tales como la albahaca, orégano, perejil y menta. Otros cultivos pueden incluir tomates, flores, tubérculos o setas. La granja modular se puede usar para la germinación de semillas, crecimiento de la planta después de la germinación, o crecimiento de la planta después de la plántula. Se puede usar cualquier medio de cultivo o medio de soporte de plantas adecuado, dependiendo del cultivo en particular. Tal como se usan en el presente documento, los términos "planta" o "plantas" pueden incluir hongos, incluyendo setas.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Una granja modular para la producción de plantas, que comprende:
un contenedor (12);
un sistema de carrusel (20; 420) montado para girar alrededor de un eje vertical central (22) dentro del contenedor; y
una pluralidad de torres de cultivo (30; 330; 430) montable en el sistema de carrusel para girar con este alrededor del eje vertical central, comprendiendo cada torre de cultivo una columna alargada para el cultivo de plantas, caracterizado por que cada torre de cultivo (30; 330; 430) se puede suspender del sistema de carrusel (20) a través de una junta rotatoria para girar alrededor de otro eje vertical separado del eje vertical central;
y por que el contenedor comprende un espacio cerrado dentro del contenedor que comprende una zona de cultivo (16) y una zona de trabajo (14), y el sistema de carrusel es operable para girar las torres de cultivo (30; 330; 430) alrededor del eje vertical para mover una parte de las torres de cultivo a una ubicación accesible desde la zona de trabajo.
2. La granja modular de la reivindicación 1, en donde una o más de las torres de cultivo (330) comprende un conjunto de panel de plantas que incluye un panel de soporte (332), un bolsillo de cultivo (334) en una cara del panel de soporte, un conducto de flujo de nutrientes (336 en una cara opuesta del panel de soporte, y una rendija de fluido (338 en el panel de soporte para la comunicación fluida entre el bolsillo de cultivo y el conducto de flujo de nutrientes; o en donde el sistema de carrusel comprende una correa (426) dispuesta para viajar a lo largo de una pista horizontal que rodea el eje vertical central (22), cada torre de cultivo (430) suspendida de la correa para viajar con ella.
3. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde una o más de las torres de cultivo (30) comprende un panel de plantas (32) que comprende una pluralidad de, conductos alargados (34) adyacentes formados integralmente, un accesorio de montaje (42) dispuesto en una pared trasera del panel de plantas configurado para suspender de manera desmontable el panel de plantas de la estructura de cultivo de carrusel, y opcionalmente que comprende además un medio de soporte de plantas (35) dispuesto dentro del conducto alargado (34), comprendiendo el medio de soporte de plantas una celda abierta o material poroso que tiene una hendidura dispuesta a lo largo de una longitud paralela a una dirección de alargamiento del conducto alargado.
4. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde una o más de las torres de cultivo (430) comprende un estante (432) que soporta una columna de receptáculos (434), y opcionalmente
en donde el receptáculo (434) contiene un sustrato inoculado para el cultivo de setas.
5. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el sistema de carrusel (20; 420) comprende un cubo (24; 422) montado desde una región de techo del contenedor e incluyendo un mecanismo de rotación (424), una pluralidad de brazos telescópicos (152) que se extienden desde el mecanismo de rotación (28), cada una de la pluralidad de torres de cultivo (30) montada en un extremo distal (154) de uno asociado de los brazos telescópicos; y opcionalmente
que comprende además un brazo colgante (162) unido de forma giratoria al extremo distal (154) de cada brazo telescópico (152), una o una parte de la pluralidad de torres de cultivo (30) suspendidas de cada brazo colgante.
6. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde la pluralidad de torres de cultivo (30) están dispuestas para formar paredes de plantas (36a, 36b, 36c) con los conductos alargados de las torres de cultivo dispuestos para mirar hacia afuera para formar lados opuestos de cada pared de plantas, y el sistema de carrusel (20) puede girar alrededor del eje vertical central para mover cada pared de plantas a una ubicación accesible desde la zona de trabajo; y opcionalmente uno de en donde cada pared de plantas (36a, 36b, 36c) está montada en el sistema de carrusel para girar alrededor del eje vertical adicional para mover cada lado de la pared de plantas a una ubicación accesible desde la zona de trabajo (14); y
que comprende además un sistema de iluminación (80) dispuesto para dirigir la luz hacia las plantas que crecen a cada lado de la pared de plantas.
7. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende además un sistema de riego (60) que comprende:
un depósito de solución nutritiva (62) dispuesto en una región debajo del suelo del contenedor;
una línea de riego (184) dispuesta para suministrar una solución nutritiva líquida desde el depósito de solución nutritiva a un extremo superior de cada torre de cultivo; y
una bomba (186) en el depósito de solución nutritiva conectada a la línea de riego.
8. La granja modular de la reivindicación 7, en donde el sistema de riego (60) incluye además una pluralidad de emisores (192) en la línea de riego (184), cada emisor dispuesto encima de una asociada de las torres de cultivo, teniendo cada torre de cultivo un extremo superior abierto para recibir una solución nutritiva líquida de un emisor asociado, o
en donde el sistema de riego (60) comprende además un aireador dispuesto para introducir oxígeno en la solución nutritiva líquida en el depósito de solución nutritiva (62).
9. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 7-8, en donde cada torre de cultivo tiene un extremo inferior abierto para descargar solución nutritiva líquida para regresar al depósito de solución nutritiva (62); y opcionalmente que comprende además un suelo (182) dentro del contenedor, comprendiendo una parte del suelo debajo de las torres de cultivo en la zona de trabajo una rejilla abierta.
10. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, que comprende además un sistema de dosificación de nutrientes (130) que comprende:
una línea de recirculación (132) dispuesta para recircular una solución nutritiva líquida desde un depósito de solución nutritiva (62),
una pluralidad de fuentes de nutrientes (142), y
una línea de cada fuente de nutrientes a la línea de recirculación para introducir un nutriente en la línea de recirculación (132), y opcionalmente uno de
en donde el sistema de dosificación de nutrientes (130) comprende además una bomba de recirculación (186) dispuesta para bombear una solución nutritiva líquida desde el depósito de solución nutritiva a través del sistema de dosificación de nutrientes y de regreso al depósito de solución nutritiva;
en donde el sistema de dosificación de nutrientes comprende además un conjunto de sensores (134) dispuesto para detectar uno o más de pH, conductividad eléctrica y temperatura de una solución nutritiva líquida en la línea de recirculación;
en donde el sistema de dosificación de nutrientes (130) comprende además una bomba (146) en cada línea de cada fuente de nutrientes;
en donde el sistema de dosificación de nutrientes (130) se soporta en una columna central alineada con el eje vertical central en la zona de cultivo (16); y
en donde el sistema de dosificación de nutrientes (130) se soporta en una pared interior del contenedor en la zona de trabajo (14).
11. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que además comprende:
una columna central (50) alineada con el eje vertical central; y
un sistema de iluminación (80) que comprende luces (82) dispuestas a los lados de la columna central para proporcionar luz a las plantas en cada torre de cultivo frente a la columna central; y opcionalmente
en donde el sistema de iluminación (80) comprende además luces (84) dispuestas en las paredes interiores del contenedor (12) para proporcionar luz a las plantas que crecen en las torres de cultivo frente a las paredes interiores.
12. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que comprende además un sistema de iluminación (80) en la zona de cultivo (16) que comprende:
un primer conjunto de luces (82) dispuestas hacia el interior y orientadas hacia el exterior hacia las torres de cultivo; y
un segundo conjunto de luces (84) dispuestas hacia el exterior y orientadas hacia el interior hacia las torres de cultivo; y opcionalmente uno de
en donde el primer conjunto y el segundo conjunto (82, 84) del sistema de iluminación (80) incluyen cada uno una pluralidad de luces de diferentes frecuencias;
en donde las luces del primer conjunto y del segundo conjunto (82, 84) comprenden luces LED;
en donde las luces del primer conjunto y del segundo conjunto (82, 84) están dispuestas en tiras verticales; y en donde las luces del primer conjunto (82) se soportan en una columna central (50) alineada con el eje vertical central, y las luces (84) del segundo conjunto se soportan en paredes interiores del contenedor.
13. La granja modular de la reivindicación 12, en donde el primer conjunto y el segundo conjunto (82, 84) del sistema de iluminación incluyen cada uno una pluralidad de luces azules y una pluralidad de luces rojas; y opcionalmente en donde el sistema de iluminación incluye un tercer conjunto de luces blancas (86).
14. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-13, que comprende además una estación de plántulas (40) dispuesta dentro del contenedor (12), comprendiendo la estación de plántulas un canal de plántulas (208) dispuesto para soportar una o más bandejas de plántulas (204) que soportan plántulas (216) en contacto con una solución nutritiva líquida en el canal; y opcionalmente uno de
en donde la estación de plántulas (40) incluye además una línea de riego (184) dispuesta para hacer circular una solución nutritiva líquida desde un depósito de solución nutritiva (62) a través del canal de plántulas; y en donde la estación de plántulas (40) incluye además una estantería de trabajo (202) dispuesta sobre el canal de plántulas, la estantería de trabajo dispuesta para soportar una o más bandejas de plántulas (204) sobre la misma para el acceso de un usuario.
15. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-14, que comprende además superficies de soporte dispuestas en paredes interiores opuestas del contenedor (12) en la zona de trabajo (14) para soportar una torre de cultivo en una orientación horizontal para el acceso de un usuario; y opcionalmente
en donde las superficies de soporte comprenden un soporte (234) en una pared interior del contenedor (12) y una estantería de trabajo en una pared interior opuesta del contenedor (12).
16. La granja modular de cualquiera de las reivindicaciones 1-15, que comprende además uno de:
(A) una columna central (50) alineada con el eje vertical central; y
una cámara (54) montada en la columna central y dispuesta para fotografiar plantas que crecen en las torres de cultivo de plantas;
(B) una columna central (50) alineada con el eje vertical central; y
un sensor climático (256) montado en la columna central para detectar uno o más de la temperatura del aire, humedad y un nivel de CO2 dentro del contenedor; y
(C) un sistema de control del clima (110) que comprende un sistema de calefacción, de ventilación y de aire acondicionado.
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