ITUA20163962A1 - Dispositivo completamente automatico per la coltivazione aeroponica - Google Patents
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Classifications
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- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
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Description
“DISPOSITIVO COMPLETAMENTE AUTOMATICO PER LA COLTIVAZIONE AEROPONICA”
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo chiuso per la coltivazione aeroponica di piante, completamente automatico nella gestione delle condizioni ottimali di coltivazione, destinato ad essere disposto all’interno o alTesterno di ristoranti, case, sottotetti, box, cantine, capannoni, ed ambienti esterni di ogni genere, idoneo la coltivazione anche su più livelli senza l’intervento sostanziale dell’ utilizzatore.
La coltivazione aeroponica di piante è una tecnica piuttosto diffusa che non prevede l'utilizzo di terra come supporto poiché l'acqua con i nutrienti, proveniente da una vasca principale, viene vaporizzata direttamente sulle radici delle piante, e quello che la pianta non assorbe cade in una vasca di compluvio da dove viene raccolta e reindirizzata nella vasca principale, creando così un riciclo continuo dell’ acqua/liquido di irrigazione riducendone i consumi del 90%.
Le piante di fatto sono alloggiate, in file, su una griglia forata inserita in appositi contenitori, aperti o chiusi, dove le radici di ciascuna pianta alloggiata in un rispettivo foro della griglia sono spruzzate con opportuni nutrienti provenienti da un serbatoio sottostante la griglia.
Poiché la crescita in ambiente aeroponico di una di pianta dipende non solo dal tipo e dalla quantità di nutrienti, ma anche da altri parametri quali qualità del liquido di irrigazione, risulta evidente che maggiore è il controllo dei parametri dell’ambiente di crescita della pianta, e maggiore è la garanzia di una crescita ottimale della pianta.
Sono noti nell’arte sistemi idroponici (cioè con le radici inserite in un supporto quale terra o acqua) gestiti automaticamente dove la temperatura di nutrienti, la temperatura e l'umidità airintemo della serra, la crescita della pianta, la durata dell’ esposizione della pianta ai nutrienti e all’aria sono regolati in automatico.
Tuttavia poiché nei sistemi idroponici non è previsto un ciclo chiuso dell’acqua di irrigazione, il controllo dei parametri della qualità dell’acqua di irrigazione non è critico, come invece può esserlo nei sistemi aeroponici con riciclo dell’acqua/liquido di irrigazione.
Come è evidente un ciclo chiuso dell’acqua di irrigazione è estremamente vantaggioso per poter coltivare con un ridotto consumo di acqua e anche di nutrimenti ma può portare all’accumulo di sostanze che oltre un certo valore possono essere dannose per la crescita della pianta.
Per quanto è dato di sapere al Richiedente non sono noti nell’arte sistemi di coltivazione aeroponica completamente automatici con un controllo automatico anche dei parametri della qualità dell’acqua/liquido di irrigazione che ricircola.
Scopo della presente invenzione è quello di superare, almeno in parte, gli svantaggi della tecnica nota fornendo un dispositivo chiuso per la coltivazione aeroponica, adatto ad essere alloggiato anche al chiuso, che garantisca una crescita ottimale senza sostanziale intervento umano.
Altro scopo è quello di fornire un dispositivo chiuso come sopra definito che sia di semplice realizzazione, economico e facile da gestire.
Un ulteriore scopo è quello di fornire un dispositivo come sopra definito dove sia previsto un controllo automatico anche dei parametri che garantiscono una qualità dell’acqua di irrigazione a ciclo chiuso, adatta alla crescita ottimale della pianta.
Questi ed altri scopi sono raggiunti dal dispositivo chiuso di coltivazione aeroponica in accordo all’invenzione avente le caratteristiche elencate nella annessa rivendicazione indipendente 1.
Realizzazioni vantaggiose dell’ invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.
Un oggetto della presente invenzione riguarda un dispositivo chiuso per la coltivazione aeroponica di piante, anche su più livelli, avente una gestione completamente automatica e più efficiente dei parametri di coltivazione quali qualità dell’ aria nella camera chiusa di coltivazione (serra) quali saturazione di CO2, temperatura, umidità, tipologia del liquido di irrigazione e qualità dello stesso, oltre ad avere una regolazione modulata dell’intensità luminosa e del rapporto di esposizione a luce e buio.
In particolare è prevista un rilevazione e controllo automatico dei parametri della qualità dell’ acqua/liquido di irrigazione quali pH, quantità di Sali disciolti, e opzionalmente di uno o più dei seguenti parametri: torbidità, ossigeno disciolto, temperatura, quantità di ammonio (cloruro o nitrato), sterilità, presenza di cianobatteri.
Questo dispositivo quindi lavora sempre garantendo in ogni momento la giusta quantità e qualità di nutrimento alle piante.
Questo rende la coltivazione semplicissima, dato che viene impostato tutto il programma all'inizio della coltivazione e la CPU se ne occupa per tutto il tempo necessario.
Ulteriori caratteristiche dell’invenzione risulteranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua fonna puramente esemplificativa, e quindi non limitativa, di realizzazione illustrata nei disegni annessi, in cui:
la figura 1 è una vista prospettica in esploso del sistema chiuso di coltivazione aeroponica in accordo all’invenzione;
la figura 2 è una vista prospettica in esploso più particolareggiata del sistema di fig. 1;
la figura 3 è una vista schematica dello schema di funzionamento del sistema di fig.1 ;
la figura 3a è una vista ingrandita della zona centrale di fig. 3.
Con riferimento alle figure, il sistema di coltivazione aeroponica per la coltivazione di piante, vegetali o sìmili, indicato complessivamente con il riferimento numerico 100, è un sistema chiuso e comprende, essenzialmente, una struttura scatolare 10 formata da quattro montanti, chiusi da due fiancate (pannelli laterali), una parete posteriore, una parete anteriore o frontale dotata di almeno un pannello a vetri, un pannello di fondo e un pannello di testa (pannello superiore).
Detta struttura scatolare 10 può essere realizzata con pannellature di pregio così da poter inserire il presente dispositivo 100 in un qualsiasi ambiente come elemento di arredo, ad esempio in cucina o in living room o altro ambiente centrale, analogamente agli acquari.
All’ interno di detta struttura scatolare 10 che delimita un’ambiente chiuso è previsto almeno un vano chiuso di coltivazione 5.
Lo spazio interno di detta struttura scatolare chiusa 10 può anche essere diviso in più compartimenti tali da formare più vani chiusi di coltivazione 5, separati tra loro attraverso pannelli separatori a tenuta stagna.
La descrizione che segue farà riferimento ad un vano di coltivazione 5, ma rimane inteso che è applicabile anche al caso in cui il presente sistema 100 preveda più di un vano chiuso 5, sovrapposti o affiancati tra loro, a seconda delle esigenze dell 'utilizzatore finale.
All’ interno di detto vano chiuso di coltivazione 5 sono disposti
almeno una griglia forata 2 per l’alloggiamento delle piante, e
almeno una vasca di compluvio 3 disposta al di sotto di detta griglia 2 per raccogliere il liquido di irrigazione (acqua o nutrimenti) spruzzato sulle radici della piante alloggiate in detta griglia 2.
Inoltre all’interno di detto vano chiuso di coltivazione 5 è prevista almeno una fonte di luce artificiale 4, opportunamente ventilata, posta al di sopra di detta griglia forata 2.
Detta fonte di luce artificiale è caratterizzata dal fatto di essere in forma di luci a led, la cui intensità luminosa e il tipo di luce (diuma/notturna) è regolata in automatico da una unità di controllo 70 (CPU).
In particolare sono previsti led a luce rossa (630nm) per l’80% e a luce blu (470nm) per il 20 %, opportunamente ventilate e controllate da un LED power repeater 4’ (centralina di controllo luminoso) collegato alla CPU 70: una sonda di luminosità 37, posta all’interno del vano di coltivazione 5, invia dati alla CPU 70 la quale agisce sul LED power repetor 4’ che va a modulare gradualmente l'intensità luminosa di detti led dallo 0% al 100%, in maniera di per sé nota nell’arte delle luci LED.
Questa modulazione consente di imitare nel vano chiuso di coltivazione 5 il ciclo solare giornaliero, partendo dal buio (notte), aumentando l'intensità gradualmente (alba) fino a raggiungere un picco di intensità massimo (a mezzogiorno), per poi iniziare il ciclo inverso decrescente (tramonto), fino a tornare al buio.
Attraverso un software viene impostata l'ora di accensione e l'ora di spegnimento il quale poi gestisce il ciclo luminoso, riuscendo così a controllare nel tempo sia il rapporto di esposizione di luce e buio sia l’intensità luminosa.
L’unità di controllo CPU 70 è preferibilmente una CPU di tipo raspberry, anche se altri tipi di CPU possono essere impiegati senza per questo uscire dall’ambito della presente innovazione.
Detta unità CPU ha lo scopo di elaborare i dati rilevati dei parametri che influenzano la crescita di una pianta (come verranno definiti qui di seguito in dettaglio) e di gestire il controllo degli stessi così da rendere completamente automatico il presente dispositivo 100 di coltivazione aeroponica.
Detta CPU 70 è collegata a sua volta ad uno schermo, preferibilmente un touch screen 80, disposto all’esterno della struttura del sistema 100, sul quale sono visualizzati tutti i parametri che possono essere impostati a seconda del tipo di coltivazione che si vuole mettere in atto.
La crescita della pianta all’interno del vano di coltivazione è seguita attraverso una o più telecamere 35, 36 (sia normali 35 che infrarosse 36) installate all’interno del vano chiuso di coltivazione 5: le telecamere 35, 36 collegate alla CPU 70 permettono di rilevare non solo le dimensioni delle piante, vegetali o simili (in maniera di per sé nota nell’arte) ma anche la colometria del prodotto: se rilevando il colore delle foglie si nota un deficit nel pigmento, la CPU 70 attiva vantaggiosamente l’alimentazione di una o più alimentazioni (i.e. pompe) di diversi nutrimenti, come verrà descritto qui di seguito in dettaglio, al fine di superare la carenza di nutrimento della pianta ed assicurare il potenziale tasso di crescita ottimale o massima.
A quanto risulta al Richiedente un controllo sull’alimentazione dei nutrienti in base alla rilevazione del colore della pianta non è mai stato messo in atto nei sistemi aeroponici noti.
Inoltre le telecamere 35, 36 sono molto utili anche per l'applicazione web in quanto si può controllare da remoto lo stato di avanzamento del proprio futuro raccolto in qualsiasi parte del mondo e con qualsiasi dispositivo che garantisca l'accesso ad internet, ad esempio attraverso un network 71 che può essere collegato ad un server 72, attraverso un login diretto su sito internet 73, oppure attraverso una app mobile 74.
Detto sistema 100 è caratterizzato dal fatto che in detto almeno un vano chiuso di coltivazione 5 è previsto, oltre al sistema automatico di modulazione della luce e della esposizione alla luce per ottenere la massima crescita potenziale delle piante come sopra descritto, anche
un sistema automatico di climatizzazione, o climatizzatore, 30 per la climatizzazione del vano di coltivazione 5 comprensiva di mezzi per misurare e controllare la temperatura e l'umidità, collegati alla CPU 70, al fine di regolare in maniera più efficiente la temperatura e/o l’umidità dell’aria nel vano chiuso di coltivazione 5 durante le fasi del ciclo di coltivazione.
Il sistema automatico di climatizzazione 30 può essere anche collegato ad altri vani chiusi di coltivazione 5, se previsti, oppure per ogni vano 5 è possibile prevedere un proprio sistema di automatico di climatizzazione 30 senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione.
I mezzi per misurare e controllare la temperatura e l'umidità delParia nell’almeno un vano chiuso di coltivazione 5 sono composti da almeno una sonda 38, disposta all’intemo del vano chiuso di coltivazione 5, che rileva sia la temperatura che l'umidità interna ed invia il dato alla CPU 70: se si rileva una variazione rispetto al parametro prefissato (il parametro viene scelto in base al tipo di coltivazione perché ogni tipo di coltivazione ha necessità differenti) si attiva il climatizzatore 30 il quale aumenta o diminuisce la temperatura e/o l'umidità.
La presenza del climatizzatore 30 controllato dalla CPU 70 permette vantaggiosamente di far variare la temperatura e/o umidità gradualmente durante il ciclo di crescita della pianta contenuta nel vano di coltivazione 5, imitando le variazioni stagionali tipiche di colture primaverili, estive, autunnali o invernali: grazie al climatizzatore 30 è possibile la coltivazione di particolari specie vegetali necessitanti di particolari temperature e/o livelli di umidità in qualsiasi area geografica e in qualsiasi periodo dell'anno.
Detto sistema 100 è caratterizzato inoltre dal fatto che in detto almeno un vano chiuso di coltivazione 5 è previsto, oltre al sistema automatico di modulazione della luce e al climatizzatore 30, anche
un sistema automatico per rimmissione di aria pulita dall'ambiente esterno ed emissione all’esterno di aria satura nel vano di coltivazione 5 del presente sistema 100.
Detto sistema automatico per rimmissione di aria pulita dall'ambiente esterno ed emissione all’esterno di aria satura, è composto da
almeno un condotto di immissione aria 6, posto al di sopra della fonte di luce 4 e dotato di una rispettiva ventola 8, operante in manuale o in automatico (azionata dalla CPU),
almeno un condotto di emissione aria 7, posto al di sopra della fonte di luce 4 e dotato di una rispettiva ventola 9, operante in manuale o in automatico (azionata dalla CPU),
e mezzi per la misurazione e controllo della saturazione di C02nell’aria del vano chiuso di coltivazione 5, collegati alla CPU.
I mezzi per la misurazione della saturazione dell’aria sono composti da una sonda 39 (sensore quantitativo) di C02che misura il livello di CO2nel rispettivo vano di coltivazione 5, parametro fondamentale per lo sviluppo della fotosintesi e quindi la crescita delle piante.
Quando la sonda di temperatura/umidità 38 e la sonda 39 di CO2, rilevano nel vano chiuso 5 concentrazioni di C02che sono maggiori dei valori dell’intervallo impostato, generalmente 1200-1500ppm che è l’intervallo in cui è vantaggioso mantenere la concentrazione di C02, le ventole 8 e/o 9, che sono indipendenti tra loro, vengono attivate avviando il riciclo di aria satura, bloccandosi quando la sonda 39 di C02rileva un dato accettabile.
Quando la concentrazione di CO2rilevata dalla sonda 39 è troppo bassa, cioè molto al di sotto dell’intervallo impostato, ad esempio sotto i 1200 ppm, la CPU comanda in apertura un'elettrovalvola 40 collegata a una bombola 50 di C02, disposta sul fondo della struttura scatolare 10 del presente sistema 100: attraverso un canale (tubazione) 41 diretto al corrispondente vano di coltivazione 5, detta elettrovalvola 40 consente, quando aperta, l'immissione di C02fino al raggiungimento del valore minimo accettabile di CO2, cioè di almeno 1200 ppm.
Dette ventole 8, 9 possono lavorare anche, se desiderato, in modalità manuale impostata dall'utente, svincolandole dalla sonda 39 di CO2, e quindi esse possono essere sempre accese oppure accese in particolari momenti della giornata.
Con riferimento al sistema di irrigazione, sul fondo di detta struttura scatolare 10 è disposto un serbatoio 1 di irrigazione ermeticamente separato da tutti i vani di coltivazione 5 previsti.
Detta vasca di irrigazione 1 contiene un liquido di irrigazione che è trasferito periodicamente alle piante per mezzo di una rispettiva pompa di irrigazione 33 alloggiata nel serbatoio 1, collegata alla CPU 70 e comandata da detta CPU 70 in maniera tale da regolare l’irrigazione delle piante nell’ almeno un vano di coltivazione 5, secondo un programma impostato in detta CPU 70.
Detta pompa 33 può lavorare in modalità manuale o in automatico, ad esempio essere costantemente attiva oppure attivata ad ore alterne, il tutto deciso automaticamente dalla CPU 70 o dall'utente.
Da detto serbatoio principale di irrigazione 1 si stacca almeno una tubazione 31 di mandata, alimentata dalla pompa di irrigazione principale 33, per mettere in comunicazione di liquido detto serbatoio principale di irrigazione 1 e detta griglia 2 contenuta nell’almeno un vano di coltivazione 5.
Detta tubazione 3 1 di mandata del liquido di irrigazione termina con uno o più spruzzatori (ugelli), posizionati sotto le radici di ciascuna pianta, al fine di vaporizzare il liquido di irrigazione del serbatoio 1 direttamente sulle radici della piante alloggiate nella griglia forata 2.
Inoltre una tubazione di ritorno 32 che si stacca da detta vasca di compluvio 3 è prevista per mettere in comunicazione di liquido detta vasca di compluvio 3 e detto serbatoio 1 così da creare un ciclo chiuso continuo di liquido di irrigazione che riduce i consumi di acqua e nutrimenti.
Generalmente la vasca o serbatoio di irrigazione 1 viene riempito all’inizio con acqua, in modalità manuale oppure mediante collegamento all’impianto idrico esterno attraverso una elettrovalvola 34 azionata dalla CPU 70 che riceve un opportuno segnale di livello minimo/massimo da una sonda ultrasonica di livello 42.
La sonda di livello 42 che è collegata alla CPU 70 misura una distanza che attraverso un piccolo calcolo svolto dalla CPU dà informazioni sulla quantità di acqua presente nella vasca principale 1: nel caso in cui l'acqua sia immessa manualmente nella vasca principale 1, la CPU avvisa l'utente solamente di un basso livello e quindi dell’imminente fine del liquido contenuto nella vasca 1.
Nel caso in cui la vasca principale 1 sia invece collegata direttamente all'impianto idrico, la CPU 70 attiva in apertura l'elettrovalvola 34 dell’acqua quando la sonda ultrasonica di livello 42 rileva un valore inferiore al valore di soglia, consentendo il riempimento automatico della vasca principale 1, chiudendola poi quando la sonda ultrasonica di livello 42 rileva il riempimento totale della vasca 1.
Detto serbatoio di irrigazione 1 è inoltre convenzionalmente associato a, ed in comunicazione di liquido con, almeno tre serbatoi più piccoli 20, 21, 22 di tre nutrienti differenti NI, N2, N3, i quali possono essere utilizzati singolarmente o in varie miscele tra loro a seconda della fase di coltivazione della pianta (germinazione, crescita, fioritura), dove ciascuno di detti serbatoi più piccoli 20, 21, 22, è, indipendentemente dagli altri, in comunicazione di liquido con detta vasca principale 1 di irrigazione, per mezzo di una rispettiva pompa azionata dalla CPU 70.
Di fatto nelle coltivazioni aeroponiche sono previsti generalmente, tre diversi tipi di nutrimento liquido, che possono essere aggiunti nella vasca principale 1 separatamente in sequenza nel tempo, oppure mescolati insieme a seconda del tipo di coltivazione e di fase di coltivazione (germinazione, crescita e fioritura).
La regolazione delle quantità di nutrimenti specifici NI, N2, N3, da aggiungere singolarmente nella vasca principale di irrigazione 1 e/o da miscelare tra loro nella vasca di irrigazione 1, nonché la gestione nei tempo del trasporto dei suddetti nutrienti nella vasca 1, avviene in automatico attraverso un software che rielabora i dati inviati alla CPU 70 dalla sonda ultrasonica di livello 42 posta all’interno della vasca di irrigazione 1.
La quantità d’acqua rilevata in un dato momento dalla sonda ultrasonica 42 di livello viene utilizzata in un algoritmo che calcola la giusta quantità di un determinato nutrimento NI, N2, N3 da disciogliere nella vasca principale 1, a seconda della quantità di acqua già presente nella vasca 1 al fine di raggiungere una opportuna diluizione di detti nutrimenti NI, N2, N3 in acqua.
La pompa associata ad un determinato nutrimento NI, N2, N3, posta nel rispettivo serbatoio 20, 21, 22, viene attivata in automatico dalla CPU 70 per aggiungere all’ acqua della vasca principale 1 la giusta quantità di nutrimento in millilitri in base alla quantità di acqua presente nella vasca principale 1.
Pertanto il funzionamento di una o più delle pompe dedicate ai nutrimenti NI, N2, N3 associate ai rispettivi serbatoi 20, 21, 22 può essere programmato manualmente nel tempo secondo uno specifico calendario in cui vengono fissate le date in cui le pompe dei nutrienti NI, N2, N3, si devono attivare, e la quantità di specifico nutrimento da immettere nella vasca principale 1, a partire dal primo giorno di coltivazione.
Ad esempio, nella fase di germinazione, di durata definita a seconda della coltivazione, si possono attivare alternativamente le tre diverse pompe, oppure tutte e tre insieme.
Nel calendario il ciclo standard prevede un calendario pre-programmato di 3 mesi.
Se invece l'utente vuole gestire autonomamente i suoi nutrimenti da disciogliere nella soluzione principale può settare il calendario cronoprogrammando tutto il tempo della durata della sua coltivazione decidendo in che giorno e quanto nutrimento NI, N2, N3 aggiungere nella vasca principale senza limiti di alcun genere.
Poiché tali nutrimenti NI, N2, N3 forniscono sali minerali importanti per la crescita della pianta, il presente dispositivo 100 prevede all’interno della vasca di irrigazione 1, un sensore di rilevazione della conducibilità elettrica della soluzione di irrigazione così da misurare anche la quantità di sali minerali disciolti in acqua.
Detto sensore, che è collegato alla CPU, può essere una sonda singola oppure essere incluso, per semplicità, in una sonda multiparametro 43 capace di rilevare più parametri dell’acqua al fine di valutarne la qualità come verrà qui di seguito descritta.
E’ preferibile che la sonda di conducibilità elettrica sia inclusa in un'unica sonda 43.
Più sali minerali sono disciolti in acqua e maggiore è la conducibilità elettrica della stessa e viceversa: quando la sonda, che misura costantemente questa conducibilità, rileva un dato inferiore ad un valore prefissato o punto critico (per la fase di germinazione tra 0,4 e 0,6, per la fase di crescita tra 1,2 e 1,5, per la fase di fioritura tra 1,5 e 2,2) la CPU 70 attiva una specifica pompa relativa ad uno dei nutrienti NI, N2, N3 oppure attiva più di una pompa relative ai nutrienti NI, N2, N3, interrompendo il funzionamento di una o più di dette pompe quando il valore della conducibilità elettrica è sopra il livello stabilito.
E’ previsto nella CPU 70 un algoritmo per calcolare la giusta proporzione tra i nutrimenti specifici NI, N2, N3 da inviare alla vasca principale 1 in base alla quantità di nutrimento impostata nell'ultimo rilascio dei tre nutrimenti NI, N2, N3 o più.
Inoltre detto serbatoio di irrigazione 1 può essere opzionalmente associato anche ad almeno un serbatoio di nutrimento generico 23 (Nec), provvisto di relativa pompa collegata alla CPU 70, dove detto serbatoio 23 è in comunicazione di liquido con detta vasca principale 1 di irrigazione, in maniera indipendente rispetto ai serbatoi 20, 21, 22 dei nutrimenti NI, N2, N3.
Detto nutrimento generico Nec va bene per tutte le fasi di crescita della pianta, ma è particolarmente utile quando si vuole aumentare il valore di sali disciolti nell’ acqua.
L’addizione del nutrimento generico Nec nella vasca principale 1 di irrigazione è regolato dalla CPU 70 attraverso un software: l’aggiunta di detto nutrimento generico (Nec) in detta vasca principale di irrigazione (1) è regolata in funzione del livello rilevato da detta sonda di livello (42) e/o nel tempo secondo uno specifico calendario.
Inoltre detta addizione del nutrimento generico Nec nella vasca principale 1 di irrigazione può essere regolato anche, o solamente, dalla sonda di conducibilità elettrica 43 precedentemente descritta e contenuta nella vasca principale 1.
Poiché anche il pH del liquido di irrigazione uscente dalla vasca 1 è un importante parametro per la crescita della pianta, nella vasca di irrigazione 1 è prevista una sonda di rilevazione del pH: anche in questo caso è possibile prevedere una sonda distinta di misurazione del pH oppure, preferibilmente, prevedere la misurazione del pH attraverso la suddetta sonda multiparametro 43 capace di rilevare più parametri dell’acqua.
Associati a detta vasca 1, sono anche previsti un serbatoio 24 di una specifica soluzione, con relativa pompa, per diminuire il pH (qui di seguito indicato con pH-) del liquido di irrigazione contenuto nella vasca principale 1, e un serbatoio 25 di una specifica soluzione, con relativa pompa, per aumentare il pH (qui di seguito indicato come pH+) del liquido di irrigazione contenuto nella vasca principale 1.
Quando il livello del pH rilevato dalla sonda di pH, preferibilmente dalla sonda 43, esce dal range impostato, generalmente compreso tra 4 e 6, la CPU 70 attiva una delle due piccole pompe poste nei contenitori di pH+ e pH-, immettendo l’opportuna soluzione liquida nella vasca principale 1 in modo da riportare il valore del pH al valore preimpostato considerato adeguato per la coltivazione prescelta.
La CPU 70 compie questo lavoro ogni qual volta viene rilevato un valore del pH fuori dal range inizialmente impostato per la coltivazione prescelta.
Le pompe di pH+ o pH- possono essere comunque attivate anche manualmente.
E’ da notare che quando detta sonda ultrasonica 42 che controlla il livello del liquido contenuto nella vasca di irrigazione 1 rileva un valore limite (i.e basso) di livello, opportunamente impostato, la CPU 70 agisce su tutte le pompe del dispositivo 100 che vengono spente per evitarne la rottura dovuta all’aspirazione di aria e non di acqua.
Poiché per l’irrigazione delle piante in un ciclo chiuso è molto importante la qualità del liquido di irrigazione, è di fondamentale importanza rendere quanto più possibile automatica anche la correzione dei parametri che ne possono determinare una cattiva qualità (pH, quantità di Sali disciolti, ma anche torbidità, ossigeno disciolto, temperatura, quantità di ammonio (cloruro o nitrato), sterilità, presenza di ciano-batteri), oltre al controllo dell’irrigazione e la preparazione delle appropriate soluzioni di irrigazione a seconda del tipo di pianta e dei diversi momenti di crescita di una determinata pianta.
E’ per tale motivo che nel presente dispositivo, il serbatoio principale di irrigazione 1 è associato vantaggiosamente anche ad, e in collegamento di liquido con, uno o più serbatoi minori, in aggiunta ai serbatoi di nutrimenti 20, 21,22,23 sopra già descritti, detti serbatoi minori essendo scelti tra
un serbatoio 26 di cosiddetto “ ossigeno liquido ” costituito da perossido di idrogeno (H202), e relativa pompa; e/o
un serbatoio 27 di soluzione contenente ciano-batteri e alghe blu-verdi, e relativa pompa; e/o
un serbatoio 28 di cosiddetto “ azoto liquidó<>,>costituito da un concime liquido per la fertirrigazione idoneo ad apportare azoto ammoniacale, azoto nitrico e azoto ureico, e relativa pompa; e/o
serbatoio 29 di soluzione di cloruro di potassio che è un fertilizzante naturale importantissimo per la resa, la qualità, e la resistenza allo stress (malattie e siccità), e relativa pompa; e/o
serbatoio 30 di soluzione disinfettante cosiddetta di “ cloro lìquido ”, costituita da una soluzione di ipoclorito di sodio, e relativa pompa;
fermo restando che altri n serbatoi possono essere previsti nel presente dispositivo 100 a seconda delle esigenze della coltivazione, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione.
Ciascuna pompa di questi serbatoi minori, indicati con riferimenti numerici dal numero 24 al 30, è azionata dalla CPU 70 a seguito della ricezione dei dati di una o più sonde, preferibilmente dalla sonda multiparametro 43, che rileva i corrispondenti parametri della qualità dell’acqua.
Detta sonda 43 multiparametro, ad esempio soda Hydrolab DS5X, vantaggiosamente rileva una o più dei seguenti parametri, preferibilmente tutti, - l’ossigeno disciolto (misurato come LDO e/o con Clark celi), presente nel liquido di irrigazione, molto utile al ciclo di vita delle piante: in caso di carenza la CPU 70 attiva automaticamente la pompa relativa al serbatoio 26 che addiziona “ ossigeno liquido ” nella vasca principale 1 di irrigazione, detta addizione di “ ossìgeno liquido ” potendo funzionare sia in modalità standard automatica che cronoprogrammata manuale, anche a calendario;
- temperatura della soluzione di irrigazione della vasca 1, e in caso di bassa Temperatura la CPU 70 attiva automaticamente un riscaldatore 51 posto nella vasca 1 che si spegne al raggiungimento della temperatura ideale. Detto riscaldatore 51 può essere un qualsiasi tipo di riscaldatore ad immersione con resistenza, ad esempio del tipo utilizzato negli acquari.
- il potenziale redox (ORP) di ossidazione dell’acqua,
- torbidità,
- cianobatteri,
- alghe blu- verdi,
- ammonio (nitrato e/o cloruro di-),
- TDG (total dissolver gas),
dove rimane inteso che ognuno di questi parametri potrà anche esser rilevato da una rispettiva sonda ad esso dedicato, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione.
L’ossigeno disciolto, misurato come LDO oppure CLARK CELL, è un importante parametro per la coltivazione. Quando il valore di ossigeno disciolto nell'acqua si abbassa sotto la soglia di sicurezza viene attivata la pompa relativa al serbatoio 26 che immette “ ossigeno liquido ” per portare il valore sopra un certo livello minimo: è da notare che una concentrazione di ossigeno nell'acqua dolce pari a 9,1 mg/L corrisponde al 100% di saturazione mentre concentrazioni di ossigeno inferiori al 75% (i.e. < di 6.8 mg/L) sono indizio di inquinamento.
Il potenziale redox (ORP) è una misura in millivolt (mV) del livello di ossidazione dell'acqua. Questo valore rispecchia l'attività del prodotto disinfettante utilizzato, in modalità manuale, per la disinfezione da batteri, alghe e altro materiale organico, della vasca principale 1 che contiene il liquido di irrigazione stagnante.
Gli organismi più resistenti quali la listeria, la salmonella, i lieviti e le muffe possono necessitare di elevate quantità di disinfettante per essere uccisi, risultando in un potenziale redox di 750 MV o maggiore.
Per avere un liquido di irrigazione nella vasca principale 1 sempre sterile è necessario avere una proporzione corretta fra il pH ed il cloro derivante dal prodotto disinfettante: agendo opportunamente sulle pompe relative ai serbatoi 24, 25, 30, di pH+, pH- e “ cloro liquido ” si potrà disciogliere i relativi prodotti nelle giuste quantità per creare questa ideale proporzione tra pH e cloro così da garantire la sterilità della vasca principale 1 e quindi delle radici delle piante.
In generale, mantenendo il pH tra 4 e 6, il valore di ORP adatto alla disinfezione è maggiore di 653: se la relativa sonda rileva nell’acqua un valore di ORP inferiore rispetto al range ottimale, viene attivata una pompa immersa nel serbatoio 30 di “ cloro liquido ” che lavora fino a portare il valore ORP al livello adatto per uccidere i batteri infestanti.
La torbidità nell'acqua potabile può denotare la presenza di agenti patogeni, oltre a quella di sostanze solide non solubili, come ossidi metallici, grassi, alghe e microrganismi, per cui la turbidimetria assume grande importanza per la prevenzione di epidemie. Un intorbidamento dell'acqua è soprattutto un disturbo ottico che però può portare a delle conseguenze abbastanza rilevanti come il riscaldamento del liquido di irrigazione dovuto all'assorbimento di calore delle particelle superficiali. Tale riscaldamento determina una riduzione del livello dell'ossigeno disciolto: questo può condizionare la vita delle piante acquatiche o addirittura ucciderle. Inoltre, la riduzione della sintesi clorofilliana, provoca un ulteriore riduzione dell'ossigeno disciolto. Se viene rilevata una torbidità troppo alta (generalmente pari a 4 NTU (unita nefelometriche di torbidità)) la CPU 70 attiva i meccanismi di disinfestazione dell'acqua.
La presenza nell’acqua di irrigazione di cianobatteri e alghe blu-verdi è vantaggiosa in quanto i cianobatteri e le alghe blu-verdi sono azotofìssatori e quindi apportano un grande aiuto in termini di nutrimento dato alla coltivazione.
Quando il livello di alghe e cianobatteri rilevato dalla relativa sonda è al di sotto di una certa soglia (generalmente al di sotto di 1,000,000 cellule/mm) la CPU 70 attiva un pompa immersa in un vano ipercolonizzato (i.e. nel serbatoio 27) che immette la sostanza nella soluzione contenuta nella vasca principale 1 per avviare o implementare la nuova colonizzazione della vasca 1. Una concentrazione idonea di cianobatteri e alghe va da 1,000,000 a 2,000,000 cellule/mm.
L 'ammonio, il nitrato e il cloruro di potassio sono tra i più importanti composti usati come concimi nell'agricoltura. La peculiarità della soluzione di “azoto liquido” sta nel fatto che contiene sia azoto immediatamente utilizzabile da parte della pianta (gruppo nitrato) sia azoto a lento rilascio (gruppo ammoniacale).
La relativa sonda rileva l’azoto (ammonio e/o nitrato) e il cloruro di potassio nella soluzione: se scende sotto un valore prefissato, la CPU 70 attiva la pompa immersa nel rispettivo serbatoio 28 di soluzione di “azoto liquido” (ammonio e/o nitrato) e/o la pompa immersa nel serbatoio 29 di cloruro di potassio fino ad arrivare al valore prescelto.
Generalmente il valore di soglia di azoto (ammonio e/o nitrato) e il cloruro di potassio al di sotto del quale non è consigliabile scendere è ammonio/nitrato: 10 milligrammi/litro;
cloruro di potassio: 500 milligrammi/litro.
La misura del TDG (total dissolver gas) dà un’indicazione della saturazione dell’acqua/soluzione di irrigazione nella vasca 1 da parte dei vari gas disciolti in essa: quando il valore di pressione parziale rilevato dalla relativa sonda è maggiore di un valore soglia, ad esempio intorno ai 1000 millimetri di mercurio (mmHg), questo significa che l'acqua è troppo satura e quindi deve essere cambiata.
Rimane inteso che anche altri serbatoi minori di altri nutrimenti possono essere previsti nel presente sistema 100, dotati di una rispettiva pompa di servizio, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione.
Ad esempio è possibile aggiungere altri serbatoi minori con relative pompe per azoto, ferro, e simili per ricreare specifiche caratteristiche nutritive di particolari terreni: ad esempio, aumentando la concentrazione di ferro nella soluzione di irrigazione il prodotto crescerà ricco di ferro diventando quasi un integratore naturale.
Rimane inoltre inteso che è possibile prevedere, opzionalmente, rispettive sonde ultrasoniche di livello anche in uno o più dei serbatoi di stoccaggio dei nutrimenti per misurare i relativi livelli dei nutrimenti NI, N2, N3, Nec, e nei serbatoi delle soluzioni del pH+, pH-, al fine di avvisare l'utente quando uno specifico tipo di nutrimento o di soluzione di pH+, pH- sta per terminare così da ricordargli il rabbocco.
Sono inoltre previsti, vantaggiosamente, pannelli in vetro scorrevoli elettricamente, il cui meccanismo di apertura 60 è collegato alla CPU 70 e comandato con un comando dato dal touch-screen 80 o dall'applicazione web, che ne attiva Γ apertura/chiusura attraverso un software.
Detti pannelli garantiscono Γ accessibilità dell’utente alla griglia di supporto 2 delle piante.
Come vetri dei pannelli in vetro scorrevoli possono essere utilizzati vetri oscurati elettricamente 61, fotocromici, termocromici, elettrocromici (LCD, cristalli liquidi, polarizzati LCD) il cui oscuramento e/o apertura è comandata dalla CPU 70 attraverso il touch-screen 80 o un’applicazione mobile 74 e attraverso un sito internet 73.
La presenza del touch-screen 80 all’esterno del presente dispositivo 100 è vantaggiosa per permettere di comandare comodamente tutti i differenti sensori, le differenti pompe e gli altri elementi.
E’ inoltre possibile prevedere un essiccatore 62 inserito all’interno del presente dispositivo 100 per consentire all'utente di essiccare il suo prodotto e poterlo conservare comodamente.
Il presente dispositivo 100 è molto innovativo perché grazie all’elevato numero di parametri rilevati, di gran lunga maggiore rispetto ai sistemi aeroponici noti, è possibile controllare più efficacemente ed efficientemente la coltivazione, rendendo così la coltivazione semplicissima e completamente automatica, tale da garantire il pollice verde a chiunque.
Se si decide di coltivare in ogni piano una sola coltivazione, si possono impostare gli apposti profili, ad esempio lattuga, e il sistema automaticamente compie tutto il ciclo di sviluppo. Attraverso l'applicazione web è possibile poi gestire tutto il presente dispositivo 100 da remoto quando si è lontani dalla propria coltivazione come se si fosse sul posto.
Con la stessa tecnologia, è possibile prevedere la realizzazione di container completamenti isolati per produzione industriale, o di design da giardino e la tecnologia è applicabile direttamente in un ambiente chiuso come la stanza di un abitazione, un ristorante o un grande capannone.
Questo dispositivo 100 è molto interessante anche per i ristoranti i quali con più moduli a più piani potranno coltivare per se i propri vegetali da utilizzare in cucina e posto in un ambiente centrale diverrebbe un ottimo elemento da arredo.
In campo industriale, e comunque anche in quello domestico, il presenta dispositivo 100 permette di eliminare la figura dell'agronomo che viene invece svolta dalla CPU 70 e dal relativo software di gestione che lavorano h 24.
La presente invenzione non è limitata alle particolari forme di realizzazione precedentemente descritte e illustrate nei disegni annessi, ma ad essa possono essere apportare numerose modifiche di dettaglio, alla portata del tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall’ambito dell’invenzione stessa, come definito nelle rivendicazioni annesse
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo chiuso (100) per la coltivazione aeroponica di piante e/o simili, anche su più livelli, avente una gestione completamente automatica dei parametri di coltivazione, comprendente una struttura scatolare (10) aH’interno della quale è ricavato almeno un vano chiuso di coltivazione (5), dotato di una parete frontale in vetro, al cui interno sono disposti almeno una griglia forata (2) per Γ alloggiamento delle piante; e almeno una vasca di compluvio (3) disposta al di sotto di detta griglia (2) per raccogliere il liquido di irrigazione (acqua o nutrimenti) spruzzato sulle radici della piante alloggiate in detta griglia (2); almeno una fonte di luce artificiale (4) in forma di led a luce rossa e led a luce blu, posta al di sopra di detta griglia forata (2), la cui intensità luminosa è regolata da una CPU (70), opzionalmente collegata ad un touch-screen (80), disposto all’esterno della struttura (10) del dispositivo (100); almeno una telecamera (35, 36) installate all’interno del vano chiuso di coltivazione (5), e collegata a detta CPU (70); almeno un sistema per la regolazione e controllo della temperatura e/o umidità aH’interno di detto vano di coltivazione (5) collegato a detta CPU (70); almeno un sistema per fimmissione di aria pulita dall'ambiente esterno ed emissione all’esterno di aria satura nel vano di coltivazione (5); almeno una vasca principale (1) di irrigazione, ermeticamente separato da detti vani di coltivazione (5) e disposto sul fondo di detta struttura scatolare (10), detta vasca contenente una sonda di livello (42) collegata a detta CPU (70); almeno una tubazione (31) di mandata per mettere in comunicazione di liquido detto serbatoio principale di irrigazione (1) con detta griglia (2) in detto vano di coltivazione (5); almeno una tubazione di ritorno (32) che si stacca da detta vasca di compluvio (3) per mettere in comunicazione di liquido detta vasca di compluvio (3) con detto serbatoio (1) così da creare un ciclo chiuso continuo di liquido di irrigazione; uno o più serbatoi (20, 21, 22) di nutrienti specifici (NI, N2, N3), ciascuno in comunicazione di fluido con detta vasca principale (1) di irrigazione, disposti affiancati a detta vasca principale (1); caratterizzato dal fatto che sono previste una o più delle seguenti caratteristiche - detti LED sono controllati da un LED power repeater (4’) collegato a detta CPU (70) per modulare gradualmente l'intensità luminosa di detti led dallo 0 al 100% in funzione della luminosità rilevata da una sonda di luminosità (37) disposta dentro vano di coltivazione (5) e collegata a detta CPU (70); - detta telecamera (35, 36) rileva la colometria delle foglie della pianta cosicché ad un deficit nel pigmento, detta CPU (70) attiva una o più alimentazioni di nutrimenti specifici (NI, N2, N3) e opzionalmente di almeno un nutrimento generico (Nec); - detto sistema di regolazione e controllo della temperatura e/o umidità è formato da almeno una sonda (38) di temperatura e/o umidità disposta all’interno di detto vano di coltivazione (5) e collegata a detta CPU (70), e da un climatizzazione (30) disposto all’esterno di detto vano (5), collegato alla CPU (70) per variare la temperatura e/o umidità gradualmente durante il ciclo di crescita della pianta contenuta nel vano di coltivazione (5); - detto sistema automatico per l'immissione di aria pulita ed emissione di aria satura comprende una sonda (39) di C02disposta all’interno del vano (5) e collegata a detta CPU (70), e una o più ventole (8,9) in comunicazione di fluido con detto vano (5) e comandate dalla CPU per riciclare l’aria satura di C02fino a quando la sonda (39) di C02rileva un valore accettabile; - detta vasca principale di irrigazione (1) è dotata di una rispettiva pompa (33), collegata alla CPU (70) per regolare in automatico l’alimentazione di detta tubazione (31) di mandata secondo un programma impostato in detta CPU (70).
- 2. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo comprende inoltre, all’interno di detta struttura scatolare (10), una bombola (50) di C02collegata ad una rispettiva elettrovalvola (40) disposta in una tubazione (41) di alimentazione di C02, detta elettrovalvola (40) essendo comandata da detta CPU (70) per immettere CO2in detto vano di coltivazione (5) quando detta sonda di CO2(39) rileva valori di CO2inferiori ad un valore minimo impostato.
- 3. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti serbatoi di nutrimento specifico (NI, N2, N3) prevedono, ciascuno, una rispettiva pompa collegata a detta CPU (70) per regolare in automatico, attraverso un software, l’aggiunta e/o la miscelazione di detti nutrimenti (NI, N2, N3) in detta vasca principale di irrigazione (1) in funzione del livello di liquido rilevato da detta sonda di livello (42) e/o nel tempo secondo uno specifico calendario; dette pompe potendo essere opzionalmente azionate, singolarmente o in combinazione tra loro, da detta CPU (70) in funzione della conducibilità elettrica rilevata da una sonda di conducibilità elettrica (43) disposta nella vasca di irrigazione (1).
- 4. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un serbatoio (23) di nutrimento generico (Ν∞) con relativa pompa collegata alla CPU (70), per regolare in automatico, attraverso un software, l’aggiunta di detto nutrimento generico (Nec) in detta vasca principale di irrigazione (1) in funzione del livello di liquido rilevato da detta sonda di livello (42) e/o nel tempo secondo uno specifico calendario; detta pompa potendo essere anche azionata da detta CPU 70 in funzione della conducibilità elettrica rilevata da una sonda di conducibilità elettrica (43) disposta nella vasca di irrigazione (1) per rilevare la quantità di sali minerali disciolti in detta vasca principale di irrigazione (1).
- 5. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta vasca principale di irrigazione (1) è collegata all’impianto idrico esterno attraverso una elettrovalvola (34) comandata da detta CPU (70) che riceve un opportuno segnale di livello minimo/massimo di liquido da detta sonda di livello (42) così da aggiungere all’acqua della vasca principale (1) una opportuna quantità di nutrimento (NI, N2, N3) per raggiungere una opportuna diluizione di detti nutrimenti (NI, N2, N3) in acqua.
- 6. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un sistema automatico per la regolazione del pH formato da un serbatoio (24) di soluzione (pH-) con relativa pompa, collegata alla CPU (70), per diminuire il pH del liquido di irrigazione contenuto nella vasca principale (l), e un serbatoio (25) di soluzione (pH+) con relativa pompa, collegata alla CPU (70) per aumentare il pH una sonda di rilevazione del pH collegata alla CPU (70) e alloggiata in detta vasca (1) per inviare a detta CPU (70) un opportuno segnale del valore di pH così da aggiungere in detta vasca principale (1) una opportuna quantità di soluzione pH+ o soluzione pH- per riportare il valore del pH ad un valore o intervallo preimpostato in base al tipo di coltivazione.
- 7. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre uno o più dei seguenti serbatoi minori, disposti affiancati a detta vasca principale (1): un serbatoio (26) di “ ossigeno liquido” e relativa pompa; e/o un serbatoio (27) di soluzione contenente ciano-batteri e alghe blu-verdi, e relativa pompa; e/o un serbatoio (28) di “ azoto liquido ” e relativa pompa; e/o serbatoio (29) per soluzione di cloruro di potassio e relativa pompa; e/o serbatoio (30) di soluzione disinfettante a base di “ cloro liquido”, e relativa pompa; ciascuna di dette pompe di detti serbatoi (24;25;26;27;28;29;30) essendo collegata a, e controllata da, detta CPU (70) in funzione di rispettivi segnali ricevuti da almeno una sonda multiparametro (43) posta nella vasca principale di irrigazione (1) adatta a rilevare i valori di uno o più dei seguenti parametri, preferibilmente tutti: ossigeno disciolto, potenziale redox (ORP) di ossidazione dell’acqua, torbidità, cianobatteri e alghe blu- verdi, ammonio e nitrato, cloruro di potassio, così da raggiungere una opportuna qualità dell’acqua/liquido di irrigazione contenuto in detta vasca principale di irrigazione (1).
- 8. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta vasca di irrigazione principale (1) comprende inoltre una sonda, collegata a detta CPU (70), per rilevare - temperatura della soluzione di irrigazione della vasca (1) per attivare, in caso di bassa temperatura, un riscaldatore (51) posto in detta vasca di irrigazione (1); e/o - TDG (total dissolver gas), per valutare quando l'acqua è troppo satura di gas disciolti così da essere cambiata.
- 9. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il vetro della parete frontale di detto vano di coltivazione (5) è un pannello in vetro scorrevole elettricamente, il cui meccanismo di apertura (60) è collegato a detta CPU (70) che ne attiva 1<5>apertura/chiusura attraverso un software, detto vetro di detto pannello in vetro scorrevole potendo essere un vetro oscurato elettricamente (61), fotocromico, termocromico, elettrocromico (LCD, cristalli liquidi, polarizzati LCD), il cui oscuramento è comandato da detta CPU (70).
- 10. Dispositivo (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui in detta struttura scatolare (10) è previsto un essiccatore (62) per consentire all'utente di essiccare il suo prodotto coltivato.
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