WO2014191944A2 - Dispositivo y método para la producción de cultivos sin tierra - Google Patents

Dispositivo y método para la producción de cultivos sin tierra Download PDF

Info

Publication number
WO2014191944A2
WO2014191944A2 PCT/IB2014/061796 IB2014061796W WO2014191944A2 WO 2014191944 A2 WO2014191944 A2 WO 2014191944A2 IB 2014061796 W IB2014061796 W IB 2014061796W WO 2014191944 A2 WO2014191944 A2 WO 2014191944A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chamber
foliage
root
chambers
plants
Prior art date
Application number
PCT/IB2014/061796
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2014191944A3 (es
Inventor
Hugo RESTREPO PULGARIN
German Wbeimar GUARIN GIRALDO
Original Assignee
Universidad Nacional De Colombia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad Nacional De Colombia filed Critical Universidad Nacional De Colombia
Publication of WO2014191944A2 publication Critical patent/WO2014191944A2/es
Publication of WO2014191944A3 publication Critical patent/WO2014191944A3/es

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A01G31/02—Special apparatus therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
    • Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures

Definitions

  • the present invention relates to the production of plant foods without making use of the land, optimizing the process of crop nutrition by controlling the thermodynamic conditions of the vegetable environment.
  • Aeroponics is a culture technique without soil, which is known approximately 12 years ago, and is characterized by keeping the roots of plants in the air without any substrate (soil or other materials), this being the difference with hydroponics.
  • the roots are supported within an inert substrate that is kept full of nutrient solutions that continuously recirculate, while in aeroponics, the roots are wetted with nutrient solutions with regular frequencies keeping the roots in the air and plants (not the roots) are supported by flexible materials.
  • Documents US4,869,019, US5,136,804, US5,937,575, US201 1/0056132 present equipment that specifically includes nebulizers that can be acoustic or pressure with which nutrients are pumped to the roots of plants or seedlings.
  • US 4,869,019 discloses an aeroponic apparatus comprising a folding structure in the form of a straight triangular prism.
  • the shortest leg of the structure is seated on the reservoir that contains the nutrient solution.
  • the plants are held in holes drilled on the inclined plane that forms the hypotenuse.
  • the interior space of the triangular prism is a dark chamber where the roots of the crops will be housed.
  • On the wall of the main leg are installed, on a network of pipes, the fogging nozzles that are fed by a pump that goes to the solution tank. After the pump that feeds the nozzles is a filter to prevent plugging.
  • An outer pipe structure allows the prism to be covered with a plastic film.
  • Document US5,136,804 discloses a growth chamber.
  • Growth chambers are devices for studying germination processes and / or growth and development of seedlings that can even be used as seedbeds, but their destination is never production.
  • This chamber has two compartments: one upper where the foliage is located and another where the roots are found.
  • the platform that separates both compartments, has holes to support the seedlings. It has: an acoustic nebulizer that is inside the tank that contains the nutrient solution; sensors to measure Relative Humidity, temperature, gas content, and the amount of light. These sensors can be in any of the compartments or cameras. In addition, gases can be added. Variable controls can be manual or automatic and the cameras are not climate independent.
  • US5,937,575 discloses an apparatus and method for the stabilization of an ultrasonically nebulized nutrient solution destined for a growth chamber.
  • the nebulized solution is recirculated from the growth chamber to the reservoir where the nebulization is performed.
  • the chamber and the reservoir are connected by a conduit that supplies the mist and a mist return conduit with which the circuit is formed. Recirculation eliminates the dependence of the density of the nutrient solution nebulized with the humidity of the incoming air and stabilizes the amount of nutrients used.
  • this invention delivers an optical mist density detector that operates by measuring the absorbance of the infrared light.
  • the density detector can be coupled to the fog generator so that the fog generation speed responds to the measured fog density.
  • the detector can be coupled with an alarm to describe the malfunction of the fog generator.
  • This invention discloses the stabilization of the fog concentration by the use of a large reservoir connected to the circuit called ballast. This invention maintains a constant fog density despite the variations that may occur due to d can be coupled with the fog generator so that the effect of the outside environment, and maintains the nutritional concentration of the plants despite the variations in consumption and / or interaction with the outside environment.
  • Document US2008 / 0295400 presents a system and method of aeroponic agriculture where the seeds are deposited on a micro-polar fiber cloth and which is inside a chamber.
  • the upper part of the fabric receives light of its own frequency to promote seedling growth.
  • the nutrient solution is nebulized on the micro-polar fabric for root development, while temperature, humidity and CO2 are controlled inside the chamber.
  • the growth chambers can be placed one on top of the other or next to each other to save space in the installation and allow to share the subsystems of control of nutrients, temperature, humidity and dioxide of carbon.
  • the objective is the production of seedlings and not the production of food.
  • the gross sage moves by apoplastic route, that is, a solution that moves from the roots between the cell walls to the xylem ducts, which extend along the stem to the subestomatic cavities of the leaves where the water evaporates ( perspiration) and minerals are transformed into metabolites for different uses of the plant. Consistent with the aforementioned, the renewal of nutritional substances, along the path of the xylem ducts of the plant, is given thanks to perspiration.
  • Figure 1 shows a schematic of a modality of the nebuponic chamber.
  • Figure 2 shows a schematic of an embodiment of the foliage chamber of the present invention.
  • Figure 3 shows a scheme of a root chamber modality.
  • Figure 4 shows a diagram of a modality of the support platform and acquisition system, data processing and actuator control, as well as the network of pipes that connect to the chambers.
  • Figure 5 shows a mode of coupling the pipe network coming from the support platform with the chambers.
  • Figure 6 shows another modality of the pipe system.
  • Figure 7 shows the psychrometry that must be maintained by the foliage chamber control system (region defined by the line highlighted in green) and the roots (region defined by the line highlighted in red).
  • the present invention discloses a device that allows to carry out an industrial production process of vegetable crops whose productive development is based on the energy management of nebulized nutrient solutions. He This invention constantly renews the minerals in the sage of the plant and that are consumed during the development of metabolites and the construction of new tissues for the development of the plant, maintaining control over the variables that control the environment.
  • the present invention allows the availability of minerals while maintaining a permanent perspiration process by manipulating the energies of water or nutritive solutions between the root chamber and the foliage chamber.
  • the present invention discloses a foliage chamber (A) where relative humidity, temperature, infrared sensors, weight sensors and a CO2 concentration sensor are located. Also, a heater and fans are installed inside the foliage chamber, in order to control the thermal conditions of the foliage chamber.
  • the present invention takes into account the weight of the plants, to have a quality control and opportunity with which nutrition is being delivered. For the present invention, water is the solvent of nutrients, but at the same time it is considered as one more, which will be incorporated into the plant during metabolism processes. Additionally, the present invention controls the temperature of the plants in the foliage chamber in order to achieve maximum biochemical reaction rates and thus dispose of the metabolites. On the other hand, the present invention handles the light according to the circadian cycle of the plant in question.
  • the present invention controls the temperature and relative humidity in the root chamber (B) in order to provide the conditions for perspiration to occur. Additionally, it has a sensor to measure the concentration of oxygen (O2) and maintain a CO2 / O2 ratio greater than 1 .1.
  • the present invention discloses a method for plant cultivation consisting of the steps of: programming in a programmable device the information related to plant growth; provide a plant growth device containing hermetically isolated foliage and root chambers; locate the seedlings between the foliage chamber and the root chamber; and control the environmental conditions of the cameras through the control system.
  • Nebuponia is a method of industrial production of vegetable crops whose productive development is based on the energy management of nebulized solutions.
  • Nebuponic chamber Equipment where the nebupony culture method is executed.
  • Water energy Here the energy defined by Taylor and Slatyer (1967) is considered, based on the principles of Gibbs Free Energy.
  • Xylem ducts These are the ducts of the plants through which the wise move.
  • Subestomatic cavities In the leaves it is the cavity that forms inside the stomata and the spongy parenchyma.
  • Xylem continuum This is the name of the packaging that water molecules suffer when they are in capillary ducts.
  • Thermal conditions They are the relative humidity and temperature values inside the chambers.
  • Air conditioning It is the unit that absorbs heat inside the chambers and transmits or discharges it outside, so that the temperature inside the chambers decreases.
  • Air filter Filter efficiency is measured by the MERV (Minimum Efficiency Reporting Valué) classification, which follows the standard 52.2 ASHRAE test procedure.
  • MERV Minimum Efficiency Reporting Valué
  • the value of MERV measures how effective your filter is by retaining dust and pollutants, including viruses, so that they do not pass through the media in question.
  • Medium is the name given to the material of which the filter is composed.
  • the most common are fiberglass, foam rubber, special treatment paper and electrostatically improved synthetic fibers.
  • the score for domestic use usually ranges between 1 and 12.
  • Foliage They are the set of leaves and branches corresponding to the canopy of the plants.
  • Transpiration Transfer of water from the root zone to the foliage atmosphere through the xylem ducts.
  • Nutritive solution These are the solutions that contain the minerals required for the growth and development of plants.
  • Actuators Equipment whose action modifies or affects some condition of the development or growth of the plants.
  • the present invention discloses a device (nebuponic equipment) that allows to carry out an industrial production process of vegetable crops preferably for vegetables and plants of low bearing (less than 1, 8 m without counting the roots) and whose productive development is based in the energy management of nebulized nutritional solutions.
  • the purpose of this methodology, called nebuponia, is to give plants the best conditions so that they can express their genetic potential during their development for production.
  • Crop production depends on photosynthesis and the availability of minerals for tissue growth.
  • Photosynthesis depends on the availability of CO2, H2O and light, factors that in the present invention are supplied according to the consumption recorded in the foliage chamber by the CO2 sensors and the light intensity, and the O2 concentration in the root chamber. In this way, the present invention ensures that photosynthesis rates are higher than respiration.
  • the present invention allows the availability of minerals while maintaining a permanent perspiration process by manipulating water energies or nutritive solutions between the root chamber and the foliage chamber.
  • the present invention constantly renews minerals in the sage that moves through the xylem ducts and that are consumed during the development of metabolites and the construction of new tissues for the development of the plant, maintaining control over the variables that control the environment (e.g., temperature, humidity, consumption of CO2 and O2, nutrition on plants). Therefore, the present invention takes into account the weight of the plants, to have a quality control and opportunity with which nutrition is being delivered.
  • water is the solvent of nutrients, but at the same time it is considered as one more, which will be incorporated into the plant during metabolism processes.
  • the present invention controls the temperature of the plants in the foliage chamber in order to achieve maximum biochemical reaction rates and thus dispose of the aforementioned metabolites.
  • the present invention handles the light according to the circadian cycle of the plant in question.
  • the wavelength must be in the visible range, and if there is knowledge of the most efficient lengths for the different phases of plant development, they should be applied accordingly.
  • the nebuponic chamber is shown, showing that it consists of a foliage chamber (A), root chamber (B) and a support and control platform (C).
  • the foliage chamber (A) is always above the root chamber (B).
  • the foliage chamber (A) there is the foliage of the plants, it is climate independent and isolated from the root chamber (B).
  • the foliage chamber (A) has contact with the outside environment through the inlet window (1) and the outlet window (2) where the fan (3) and the extractor (4) are embedded ) for the purpose of air renewal and / or changing thermodynamic conditions of the foliage chamber (A), respectively.
  • the entrance window (1) and the exit window (2) are located on the side walls of the foliage chamber (A), preferably, the entrance window (2) at the bottom of the side wall (7 ); and the exit window (1) at the top of the side wall (8).
  • the side wall (7) and the side wall (8) are opposite each other.
  • the air conditioning inlet (9) At the top of the foliage chamber (A) is the air conditioning inlet (9) to regulate the temperature inside the foliage chamber (A).
  • the inlet window (1) and the outlet window (2) have inside an air filter (1 1) and an air filter (12) located inside the foliage chamber after the adjustable gate input (5) and adjustable output gate (6).
  • the relative humidity (13) and temperature (14) sensors are located, preferably in the central part of the volume of the foliage chamber (A), although in other embodiments, they can be placed in different places of the foliage chamber (A).
  • the infrared sensor (15) which in the preferred mode is located 40 cm away from the foliage of the plants, which measures the temperature of the foliage (16).
  • a heater (17) is installed inside the foliage chamber (A), in order to control the thermal conditions of the foliage chamber (A), preferably at the bottom of one of the side walls.
  • the nebulizer system (18) is located inside the foliage chamber (A), preferably above the foliage (16), which deliver a drop size of the nutrient solution or water between 5 and 30 microns ( ⁇ ), preferably between 18 and 25 ⁇ .
  • the position of the nozzles (19) is one between every two floors.
  • a lighting system is installed inside the foliage chamber (A) (twenty). Inside the foliage chamber (A) there is a CO2 sensor (21), preferably in the central part of the volume of the foliage chamber (A).
  • the root chamber (B) consists of a cover (22) that corresponds to the upper cover of the root chamber (B), and at the same time corresponds to the floor of the foliage chamber (A).
  • the lid (22) has perforated holes (23), inside which the stem support (24) is located, the material of the stem support (24) should preferably be sponge or elastic gel such as silicone.
  • the separation between holes (23) is defined by the crop type.
  • the stem support (24) supports the stem (25) of the plant; the stem (25) is located inside the stem support (24).
  • the root chamber (B) has contact with the outside environment through the ventilation window (26) and the extraction window (27) where the fan (28) and 25 the extractor (29) are embedded in order to renew of air and / or change thermodynamic conditions of the root chamber (B).
  • the ventilation window (26) and the extraction window (27) are located on the side walls of the root chamber (B), preferably, the ventilation window (26) at the bottom of the side wall (32 ); and the extraction window (27) at the top of the side wall (33).
  • the side wall (32) and the side wall (33) are opposite each other.
  • At the top of the wall (32) of the root chamber (B) is the air conditioning inlet (34) to regulate the temperature inside the root chamber
  • the ventilation window (26) and the extraction window (27), have an air filter (35) and an air filter (36) located towards the innermost part of the root chamber (B) after the gate Adjustable ventilation (30) and adjustable extraction gate (31), respectively.
  • the temperature (37) and relative humidity (38) sensors are located, preferably in the central part of the root chamber volume (B), they measure the temperature and relative humidity inside of the chamber of roots (B), although in other modalities they can be located in other places of the chamber.
  • a heater (39) is installed, in order to control the thermal conditions of the root chamber (B).
  • the nebulizer system (40) is located inside the root chamber (B), preferably below the roots (41).
  • the position of the nozzles (42) is preferably one below each root (41).
  • a weight sensor (43) is installed inside the root chamber (B) and under the cover (22), to weigh the plants.
  • an O2 sensor (44) is located, to measure the concentration of O2.
  • the support and control platform (C) acquires and processes the data taken from the foliage chamber (A) and root chamber (B), measured by the sensors and controls the operation of elements installed in these cameras for control of the thermal conditions.
  • the support and control platform (C) should preferably be located below the root chamber, thereby optimizing the saving of surface area occupied by the nebuponic chamber.
  • the support and control platform (C) consists of a storage, data acquisition and instrument control system (45), to which they are connected for data acquisition:
  • the storage, data acquisition and instrument control system (45) is preferably a PLC or datalogger.
  • the support and control platform (C) is preferably located below the root chamber (B) in order to save surface area for the nebuponic chamber (see Figural).
  • the support and control platform (C) consists of: • Storage, acquisition and data processing system, and actuator control (45);
  • the storage, acquisition and data processing system, and actuator control (45), is preferably a PLC or a Datalogger as mentioned above, which reads and stores the data of the different sensors, It processes them and, using its previously programmed algorithm, sends the orders on or off to the actuators mentioned below:
  • the nutrient solution in the form of nebulized drops is commonly applied in the root chamber (B) and water in the form of nebulized drops is applied in the foliage chamber (A), for this condition, the tube (47) that carries the pressurized air is connected to a 2-way valve (55), which in one of its outlets is connected to the tube (56) that transports the pressurized air to the root chamber (B) and at the other outlet with the tube (57) that carries the pressurized air to the foliage chamber (A).
  • the 2-way valves should preferably be electromechanical, and will be controlled from the data storage, acquisition and control system and actuator control (45).
  • the tube (49) that carries water it extends to the foliage chamber (A).
  • the tube (57) and the tube (49) are joined at the nozzles (19) of the nebulizer system (18) to produce water mist.
  • the tube (52) that carries the nutrient solution it extends to the root chamber (B).
  • the tube (56) and the tube (52) are joined in the nozzles (42) of the nebulizer system (40), where the nutrient solution is nebulized.
  • Figure 6 refers to the configuration of the pipe network when it is desired, due to its effects on the production, of the application of certain nutrients, also nebulized, in the foliage chamber (A).
  • the configuration for this condition is different from that described in the previous paragraph. Therefore, the tube (50) that carries the pressure air is connected to a 2-way valve (60), and one of its outlets is connected to the tube (61) that transports the pressurized air to the root chamber ( B) and the other outlet of the 2-way valve (60) is connected to the tube (62) that carries the pressurized air to the foliage chamber (A).
  • these 2-way valves should preferably be electromechanical, and their control is done from the data storage, acquisition and control system and actuator control (45).
  • the tube (51) that carries water extends to the foliage chamber (A).
  • the tube (54) that carries the nutrient solution is connected to a 2-way valve (63), and one of the valve's outlets to the tube (64) that transports the nutrient solution to the root chamber (B) and the Another valve outlet is connected to the tube (65) that carries the nutrient solution to the foliage chamber (A).
  • the tube (61), which carries the pressurized air to the root chamber (B) and the tube (64) that transports the nutrient solution to the root chamber (B), are connected to the nozzles (43) of the nebulizer system (41), where the nutrient solution is nebulized, this in order to nebulize the nutrient solution in the root chamber.
  • Phases of crop development phenological phases if known
  • Circadian cycle hours with light and hours without light 24 hours a day;
  • Nutrition formulation of nutrition, and when the formulation is available for different stages of development
  • Psychrometric limits psychrometric table ( Figure 7), where the behavior of the psychrometric variables appears temperature, relative humidity, water volume, energy;
  • T cr root chamber temperature
  • Tcr 75% T 0 p. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • the light irradiance should be around 10watt / m 2 ;
  • the algorithm is programmed to make mist applications every 15 minutes in the root zone, that is:
  • Tcf Top. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • Tcr 75% T 0 p. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • Tcr 75% T 0 p. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • the light irradiance should be around 10watt / m 2 ;
  • the algorithm is programmed to make mist applications every 15 minutes in the root zone, that is:
  • both chambers are known, es ⁇ is constant, then the HRcf must be decreased, preferably by ventilation and / or heating;
  • Tcr 1 .1 5Tinf. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • the light irradiance must be zero in general. However, according to the plant species, dark-light intermittent deferents can be tested, for example 2 minutes every 1.5 hours with 1 w / m 2 ;
  • the algorithm is programmed to make mist applications every 20 minutes both in the root zone and in the foliage chamber, that is:
  • both chambers are known, es ⁇ is constant, then the HR C f must be lowered, preferably by ventilation and / or heating;
  • This denomination is given to differentiate it from the actual phenological phases of the plants, although it is at this stage that growth, development, flowering and fruiting are not fully defined for all crops. If the development phases are defined, the programming algorithm must be completed with the specific information for each of the phases, such as: duration of each phase, nutrition, wavelengths, light irradiance, CO2 and O2 consumption.
  • Tinf ⁇ T C f ⁇ 75% Top If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • Tcr 75% T 0 p. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • the light irradiance should be around 10watt / m 2 ;
  • the algorithm is programmed to make mist applications every 15 minutes in the root zone, that is:
  • T C f Top. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • Tcr 75% T 0 p. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • the light irradiance should be around 800watt / m 2 ;
  • Tcr 75% T 0 p. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • the light irradiance should be around 10watt / m 2 ;
  • the algorithm is programmed to make mist applications every 15 minutes in the root zone, that is:
  • both chambers are known, es ⁇ is constant, then the HRcf must be decreased, preferably by ventilation and / or heating;
  • Tcr 1 .1 5Tinf. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating; 3. 75% ⁇ HRcr ⁇ 85%. If the condition is not met, it is adjusted by cooling or heating;
  • the light irradiance must be zero in general. However, according to the plant species, dark-light intermittent deferents can be tested, for example 2 minutes every 1.5 hours with 1 w / m 2 ;
  • the algorithm is programmed to make mist applications every 20 minutes both in the root zone and in the foliage chamber, that is:
  • both chambers are known, es ⁇ is constant, then the HR C f must be lowered, preferably by ventilation and / or heating;
  • Figure 1 shows an embodiment of the present invention where the foliage, root chambers and the control and sensor devices are located.
  • the variables to be handled as input data in the control system are: HR: Relative Humidity (%);
  • Tct foliage chamber temperature
  • T cr root chamber temperature
  • Th leaf temperature
  • Tint minimum temperature of the crop
  • Tmax maximum culture temperature
  • chonto tomato Three plants were transplanted at 35 days after germination to the Chambers and were supported with foam rings inside the holes in the root chamber lid.
  • Root chamber 75% ⁇ HR C r ⁇ 98% (no condensation);
  • Foliage chamber 30% ⁇ HR C f ⁇ 75% (no fungi);
  • ⁇ Water energy due to nutritive salts (called osmotic potential).
  • CE It is the electrical conductivity of the nutrient solution.
  • the variables of the nutrient nebulization during the day in the root chamber are determined: The way in which the nutritional nebulization was applied in terms of the duration that the roots received, the frequency with which they were made and the Drop size for each application is presented in the following table. The drop size was changed by modifying the nebulizer nozzles.
  • the variables of the fogging in the foliage chamber during the day are determined: by the prevailing climatic conditions in the place where the test was carried out, water fogging (without nutrition) was only occasionally applied (more like a equipment performance test); the temperatures inside the foliage chamber were higher than 30 ° C between 1:30 a.m. and 3:30 p.m., so the air conditioning was turned on very frequently, which quickly lowers the HR values at 40%, in the thermohygrometer located in the foliage chamber and connected to the datalogger that manages the system according to the schedule. This cooling, decreasing the energy of the water in this chamber, so that the nutrient fogging always had favorable conditions for it to be carried out.
  • Nebulization variables are set in the foliage chamber and root chamber during the night:
  • the CR1000 was programmed in such a way that in the foliage chamber the RH is between 75% and 85%, while the chamber of roots stay between 85% and 98%. This prevents dehydration of the plant, as well as the appearance of fungi. However, for fear of dehydration in the roots, a nutrient mist was programmed every 40 minutes, for 6 seconds. This situation was prevalent.
  • Variable control The digital platform is made up of a CR1000 datalogger to which the T and HR sensors (thermohygrometers) are connected in both cameras (with which the infrared sensor is calculated, located only in the foliage chamber and pointing to the leaves of a plant.
  • the actuators are connected to the same datalogger and by means of relays: the fans in both chambers; the air conditioning in the foliage chamber; the water mist pump (without nutrition) of the foliage chamber, and the nutrient nebulization system in the root chamber.
  • the criterion with which the digital platform is programmed during the day is so that the plant has the conditions that favor perspiration and therefore the frequent absorption of Nutritive minerals Likewise, keeping the temperature (24 ° C) helps to maintain the metabolism processes within their highest levels, which is achieved by making ue ⁇ ⁇ > ⁇ So that the energy of the water is high in the root chamber ( ⁇ -) an application of the nebulized nutrient solution is made, which achieves an RH between 95% and 98%, maintaining the temperature during the day at 24 ° C).
  • the digital platform has two schedules, one for the day and one for the night.
  • Nebuponic chamber operation The sensors are read by the CR1000 every 10 seconds, but it is programmed to average these values every 5 minutes and proceed with them according to the procedure corresponding to day or night. Additionally, the infrared T, HR and Temperature records are saved every 30 minutes and every hour.
  • CR1000 calculates the energy of the water in both chambers, compares the values:
  • the air conditioner Whenever the sensor records the temperature above 30 ° C, the air conditioner is switched on. Once the air conditioner is turned on, it is turned off only when T C f ⁇ 24C, in order to avoid successive switching on and off of the device between 29.5 ° C and 30 ° C.
  • the programming of the CR1000 is done to fulfill the night fogging in the foliage chamber in such a way that when HR C f> 92% turn on the air conditioner until when HR C f ⁇ 75%, at which time it must be turned off.
  • the expected range is maintained by turning on the nutrient nebulization when HR C r> 90%, for the short time that the nebulization lasts (6 seconds) within the root chamber no more than 98% of H Rcr is reached , in this way there is no condensation.
  • T CT was higher at 18 ° C during 24 hours.

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo y método para el desarrollo y producción de cultivos sin tierra con base en la nebulización y el control de la energía del agua. El dispositivo del presente invento utiliza dos (2) cámaras independientes climáticamente, una para el follaje y otra para las raíces. El contacto con el medio ambiente es controlado de acuerdo con las condiciones termodinámicas al interior de las cámaras y/o necesidades del metabolismo de las plantas. La energía del agua o soluciones nutritivas se contraía mediante la nebulización, la cual está asociada mediante algoritmos con la ventilación y la calefacción o la refrigeración.

Description

DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA LA PRODUCCIÓN DE CULTIVOS SIN
TIERRA
Sector tecnológico
La presente invención se refiere a la producción de alimentos vegetales sin hacer uso de la tierra, optimizando el proceso de nutrición de los cultivos mediante el control de las condiciones termodinámicas del ambiente de los vegetales. Tecnología anterior
En las tecnologías para la producción de alimentos bajo cubierta se encuentran los invernaderos climatizados en los cuales se cuenta con sistemas que permiten el control de las condiciones ambientales. De esta tecnología existen dos desarrollos, un tipo de desarrollos que utiliza el suelo como soporte y como fuente de alimento para la planta (aunque requiere complementación de fertilizantes) ; el otro tipo de desarrollos no hace uso del suelo y por el contrario, el soporte de las plantas se hace por medios diferentes al suelo y la alimentación se da por soluciones nutritivas con productos químicos industriales. Dentro del último tipo de desarrollo, se enmarca la producción de cultivos sin suelo, como la hidroponía y la aeroponía.
La aeroponía es una técnica de cultivo sin tierra, la cual se conoce aproximadamente hace 12 años, y se caracteriza por mantener las raíces de las plantas al aire sin ningún sustrato (tierra u otros materiales), siendo esta la diferencia con la hidroponía. En la hidroponía las raíces se soportan dentro de un sustrato inerte que se mantiene lleno de soluciones nutritivas que recirculan continuamente, mientras que en la aeroponía, las raíces se mojan con soluciones nutritivas con frecuencias regulares manteniendo las raíces al aire y las plantas (no la raíces) son soportadas por materiales flexibles. Los documentos US4,869,019, US5.136,804, US5,937,575, US201 1 /0056132 presentan equipos que específicamente incluyen nebulizadores que pueden ser acústicos o de presión con el cual se bombean nutrientes a las raíces de plantas o plántulas.
El documento US4,869,019 divulga un aparato aeropónico que comprende una estructura plegable en forma de un prisma triangular recto. El cateto más corto de la estructura está asentado sobre el depósito que contiene la solución nutritiva. Las plantas están sostenidas en orificios per forados sobre el plano inclinado que forma la hipotenusa. El espacio interior del prisma triangular es una cámara oscura donde se alojarán las raíces de los cultivos. Sobre la pared del cateto mayor están instaladas, sobre una red de tuberías, las boquillas nebulizadoras que son alimentadas por una bomba que va al depósito de la solución. Después de la bomba que alimente las boquillas se encuentra un filtro para prevenir su taponamiento. Una estructura en tubería exterior permite cubrir el prisma con una película plástica.
El documento US5,136,804 divulga una cámara de crecimiento. Las cámaras de crecimiento son aparatos para estudiar procesos de germinación y/o crecimiento y desarrollo de plántulas que pueden inclusive utilizarse como semilleros, pero su destino nunca es la producción. Esta cámara tiene dos compartimientos: uno superior donde se encuentra el follaje y otro donde se encuentran las raíces. La plataforma que separa ambos compartimientos, tiene agujeros para soportar las plántulas. Cuenta con: un nebulizador acústico que se encuentra dentro del depósito que contiene la solución nutritiva; sensores para medir la Humedad Relativa, la temperatura, contenido de gases, y la cantidad de luz. Estos sensores pueden estar en cualquiera de los compartimentos o cámaras. Además se pueden adicionar gases. Los controles de las variables pueden ser manuales o automáticos y las cámaras no son independientes climáticamente. El documento US5,937,575 divulga un aparato y método para la estabilización de una solución nutritiva nebulizada ultrasónicamente con destino a una cámara de crecimiento. Para eliminar la sensibilidad a la humedad y temperatura del aire de entrada, la solución nebulizada es recirculada desde la cámara de crecimiento al reservorio donde se realiza la nebulización. La cámara y el reservorio están conectados por un conducto que suple la neblina y un conducto de retorno de neblina con el cual se forma el circuito. La recirculación elimina la dependencia de la densidad de la solución nutritiva nebulizada con la humedad del aire de entrada y estabiliza la cantidad de nutrientes usados. Para monitorear la densidad de la solución nebulizada, esta invención entrega un detector de densidad de neblina óptico que opera midiendo la absorbancia de la luz infrarroja. El detector de densidad puede ser acoplado con el generador de niebla de forma que la velocidad de generación de niebla responda a la densidad de niebla medida. El detector puede ser acoplado con una alarma para describir el mal funcionamiento del generador de niebla. Esta invención divulga la estabilización de la concentración de niebla por el uso de un reservorio de gran tamaño conectado al circuito denominado lastre. Esta invención mantiene una densidad de niebla constante a pesar las variaciones que se puedan dar por d puede ser acoplado con el generador de niebla de forma que la efecto del ambiente exterior, y mantiene la concentración nutricional de las plantas a pesar las variaciones en el consumo y/o interacción con el ambiente exterior.
El documento US2008/0295400 presenta un sistema y método de agricultura aeropónica donde se depositan las semillas sobre una tela de fibra micro-polar y la cual se encuentra dentro de una cámara. La parte superior de la tela recibe luz de una frecuencia propia para promover el crecimiento de las plántulas. La solución nutritiva se nebuliza sobre la tela micro-polar para el desarrollo de las raíces, en tanto se controla temperatura, humedad y CO2 dentro de la cámara. Las cámaras de crecimiento pueden estar colocadas una encima de otra o una al lado de la otra para ahorrar espacio en la instalación y permitir compartir los subsistemas de control de nutrientes, temperatura, humedad y dióxido de carbono. Aquí el objetivo es la producción de plántulas y no la producción de alimentos.
Por otra parte, el artículo: "Proposals for a unified terminology in studies of plant- soil- water relationships", Proceedings of a Madrid symposium on plant water ralations. 1959. UNESCO. Arid zone research. Serie XLV. París. 1969. Pag. 339- 349, de Taylor y Slatyer (1969), plantean que el movimiento del agua a lo largo de los conductos xilemáticos de la planta se debe al diferencial de energía que se genera entre la que tiene el agua en el suelo y la atmósfera. Además, la fisiología vegetal tiene claramente establecido que las sustancias nutritivas son tomadas por las células con diferentes mecanismos, pero siempre deben estar en la sabia bruta (que contiene las sustancias nutritivas). La sabia bruta se mueve por vía apoplástica, esto es, solución que se desplaza desde las raíces entre las paredes celulares hasta los conductos xilemáticos, los cuales se prolongan a lo largo del tallo hasta las cavidades subestomáticas de las hojas donde el agua se evapora (transpiración) y los minerales son transformados en los metabolitos para diferentes usos de la planta. Consecuentemente con lo anteriormente mencionado, la renovación de las sustancias nutritivas, a lo largo de la trayectoria de los conductos xilemáticos de la planta, está dado gracias a la transpiración.
Cuando los potenciales hídricos en atmósfera y suelo son muy negativos (secos), la tensión que sufre el continuum xilemático, entendido este como el empaquetamiento de las moléculas de agua dentro de los vasos capilares en virtud de las fuerzas de van Der Wals, London y London e hidrógeno-hidrógeno, puede ser tan alta que haya una ruptura de aquel, produciendo embolias e interrumpiendo el flujo de sabia bruta. Por otro lado, las investigaciones realizadas por Davies y otros en la década de los 80, muestran que antes de la ruptura del continuum xilemático, se puede inducir el ácido abscísico (ABA), lo cual conduce al cierre de los estomas durante el día e interrumpe la transpiración. Esto significa, que no habrá fotosíntesis por ausencia de CO2, y por falta de nuevos de minerales, consecuentemente no habrá elaboración de metabolitos.
Si bien los documentos US4,869,019, US5, 136,804, US5,937,575, US201 1 /0056132 divulgan equipos que cuentan con sistemas de nebulización, ventilación y control de nutrientes, temperatura, humedad y dióxido de carbono, dichas anterioridades no realizan un control de la energía del agua en el que consideren el movimiento del flujo de savia y variables fisiológicas de las plantas, con el fin de suministrar la nutrición de la planta de manera controlada.
Descripción de las Figuras
La Figura 1 muestra un esquema de una modalidad de la cámara nebupónica.
La Figura 2 muestra un esquema de una modalidad de la cámara de follaje del presente invento.
La Figura 3 muestra un esquema de una modalidad de la cámara de raíces.
La Figura 4 muestra un esquema de una modalidad de la plataforma de soporte y sistema de adquisición, procesamiento de datos y control de actuadores, así como, la red de tuberías que se conectan con las cámaras.
La Figura 5 muestra una modalidad del acople de la red de tuberías provenientes de la plataforma de soporte con las cámaras.
La Figura 6 muestra otra modalidad del sistema de tubería.
La Figura 7 muestra la psicrometría que debe mantener el sistema de control de las cámaras de follaje (región definida por la línea resaltada en verde) y de las raíces (región definida por la línea resaltada en rojo).
Breve descripción de la Invención
La presente invención divulga un dispositivo que permite llevar a cabo un proceso de producción industrial de cultivos vegetales cuyo desarrollo productivo se basa en el manejo de la energía de soluciones nutritivas nebulizadas. El presente invento renueva constantemente los minerales en la sabia de la planta y que son consumidos durante la elaboración de metabolitos y la construcción de nuevos tejidos para el desarrollo de la planta, manteniendo un control sobre las variables que controlan el ambiente. El presente invento permite la disponibilidad de minerales manteniendo un proceso permanente de transpiración mediante la manipulación de las energías del agua o soluciones nutritivas entre la cámara de raíces y la cámara de follaje.
El presente invento divulga una cámara follaje (A) en donde se localizan sensores de humedad relativa, temperatura, sensores infrarrojos, peso y un sensor de concentración de CO2. Así mismo, al interior cámara de follaje se instala un calefactor y ventiladores, con el fin de controlar las condiciones térmicas de la cámara de follaje. El presente invento tiene en cuenta el peso de las plantas, para tener un control de la calidad y oportunidad con la cual se está entregando la nutrición. Para el presente invento, el agua es el solvente de los nutrientes, pero a la vez se considera como uno más, que se incorporará a la planta durante los procesos del metabolismo. Adicionalmente, el presente invento controla la temperatura de las plantas en la cámara de follaje con el fin de conseguir las máximas velocidades de las reacciones bioquímicas y así disponer de los metabolitos. Por otra parte, el presente invento maneja la luz de acuerdo con el ciclo circadiano propio de la planta que se trate. Adicionalmente, el presente invento controla la temperatura y la humedad relativa en la cámara de raíces (B) con el fin de proporcionar las condiciones para que se presente la transpiración. Adicionalmente, tiene un sensor para medir la concentración de oxígeno (O2) y mantener una relación CO2/O2 superior a 1 .1 .
Adicionalmente, el presente invento divulga un método para el cultivo de plantas que consiste en los pasos de: programar en un dispositivo programable la información relacionada con el crecimiento de las plantas; proporcionar un dispositivo para el crecimiento de plantas que contenga cámaras de follaje y de raíces aisladas herméticamente; ubicar las plántulas entre la cámara de follaje y la cámara de raíces; y controlar por medio del sistema de control, las condiciones ambientales de las cámaras.
Descripción Detallada de la Invención
Glosario:
Nebuponía: La Nebuponía es un método de producción industrial de cultivos vegetales cuyo desarrollo productivo se basa en el manejo de la energía de soluciones nebulizadas.
Cámara nebupónica: Equipo donde se ejecuta el método de cultivo nebuponía. Energía del agua: Aquí se considera la energía definida por Taylor y Slatyer (1967), con base a los principios de la Energía Libre de Gibbs.
Conductos xilemáticos: Son los conductos de las plantas por donde se mueve la sabia.
Cavidades subestomáticas: En las hojas es la cavidad que se forma en la parte interior de los estomas y el parénquima esponjoso.
Continuum xilemático: Se denomina así al empaquetamiento que sufren las moléculas de agua cuando se encuentran en conductos capilares.
Condiciones térmicas: Son los valores de humedad relativa y temperatura al interior de las cámaras.
Aire acondicionado: Es la unidad que absorbe el calor al interior de las cámaras y lo transmite o descarga en el exterior, de tal manera que la temperatura al interior de las cámaras disminuye.
Filtro de aire: La eficiencia del filtro se mide por medio de la clasificación MERV (Mínimum Efficiency Reporting Valué, por sus siglas en inglés), que sigue el procedimiento de prueba estándar 52.2 ASHRAE. El valor de MERV mide cuán eficaz es su filtro reteniendo polvo y agentes contaminantes, incluyendo virus, para que no pasen por los medios en cuestión. Medio es el nombre que se le da al material del que se compone el filtro. Los más habituales son la fibra de vidrio, la gomaespuma, el papel de tratamiento especial y las fibras sintéticas mejoradas electroestáticamente. Cuanta más alta sea la puntuación MERV, más efectivo será el filtro eliminando contaminantes. La puntuación para el uso doméstico suele oscilar entre 1 y 12.
Follaje: Son el conjunto de hojas y ramas correspondiente al dosel de las plantas. Transpiración: Transferencia de agua desde la zona de raíces hasta la atmósfera del follaje a través de los conductos xilemáticos.
Solución nutritiva: Son las soluciones que contienen los minerales requeridos para el crecimiento y desarrollo de las plantas.
Actuadores: Equipos cuya acción modifican o afectan alguna condición del desarrollo o crecimiento de las plantas.
Descripción detallada a. Dispositivo
Las raíces latinas y griegas de la palabra agricultura son AGRIS Y AGER, ambos significan TIERRA, CAMPO, por lo que etimológicamente la agricultura es labrar o cultivar la tierra, de ningún modo se refieren a vegetales (del griego phyton). Por otra parte, es bien sabido el alto nivel de contaminación ambiental que produce la tecnología que se conoce en la agricultura. También son conocidas las tendencias actuales de la investigación que se hace en el mundo orientadas al desarrollo de tecnologías para la producción de alimentos vegetales sin tierra como es el caso de la aeroponía y la hidroponía. Así mismo, los rápidos avances de las ciencias, con especial referencia de la biología molecular, la biotecnología, la nanotecnología y la informática, entre otros, generan enormes expectativas sobre las transformaciones y manipulaciones de los vegetales. Por lo tanto, asociando los acontecimientos anteriormente mencionados, es prudente pensar en la aparición de un nuevo campo tecnológico para el desarrollo de la producción de alimentos vegetales, donde los fundamentos científicos sobre las cuales se basa la agricultura, no son necesarios y por el contrario, se requieren ya de otros principios. Por lo tanto, se requiere crear un nuevo campo de la tecnología llamado fitotecnología, fitotecno, fitotecné, (o cambiar fito por vege) las cuales provienen de la unión de las palabras latinas phyton, vegetare y technicus (y del griego technikós).
La presente invención pertenece por lo tanto, a un nuevo concepto de la producción de alimentos vegetales, por lo que se requieren definir nuevos términos, así, el nombre que se ha acuñado para la tecnología empleada en el procedimiento es NEBUPONÍA, (de nebulizador y ponos=cultivar), haciendo analogía con el término hidroponía (hydros=agua y ponos=cultivar) y el equipo que lo hace posible se denominará equipo nebupónico.
La presente invención, divulga un dispositivo (equipo nebupónico) que permite llevar a cabo un proceso de producción industrial de cultivos vegetales preferiblemente para hortalizas y plantas de porte bajo (menos de 1 ,8 m sin contar las raíces) y cuyo desarrollo productivo se basa en el manejo de la energía de soluciones nutritivas nebulizadas. El propósito de esta metodología, denominada nebuponía, es dar a las plantas las mejores condiciones para que puedan expresar su potencial genético durante su desarrollo para la producción.
La producción de cultivos depende de la fotosíntesis y de la disponibilidad de minerales para el crecimiento de tejidos. La fotosíntesis por su parte, depende de la disponibilidad de CO2, H2O y luz, factores que en la presente invención son suministrados de acuerdo con los consumos registrados en la cámara de follaje por los sensores de CO2 y de la intensidad de luz, y la concentración de O2 en la cámara de raíces. De esta manera, la presente invención garantiza que las tasas de fotosíntesis sean superiores a la respiración. Así mismo, el presente invento permite la disponibilidad de minerales manteniendo un proceso permanente de transpiración mediante la manipulación de las energías del agua o soluciones nutritivas entre la cámara de raíces y la cámara de follaje. Por lo tanto, el presente invento renueva constantemente los minerales en la sabia que se mueve por los conductos xilemáticos y que son consumidos durante la elaboración de metabolitos y la construcción de nuevos tejidos para el desarrollo de la planta, manteniendo un control sobre las variables que controlan el ambiente (v.gr., temperatura, humedad, consumo de CO2 y O2, nutrición sobre las plantas). Por ello, el presente invento tiene en cuenta el peso de las plantas, para tener un control de la calidad y oportunidad con la cual se está entregando la nutrición. Para el presente invento, el agua es el solvente de los nutrientes, pero a la vez se considera como uno más, que se incorporará a la planta durante los procesos del metabolismo. Adicionalmente, el presente invento controla la temperatura de las plantas en la cámara de follaje con el fin de conseguir las máximas velocidades de las reacciones bioquímicas y así disponer de los metabolitos mencionados anteriormente. Por otra parte, el presente invento maneja la luz de acuerdo con el ciclo circadiano propio de la planta que se trate. La longitud de onda debe encontrarse en el rango visible, y si se tiene el conocimiento de las longitudes más eficientes para las diferentes fases de desarrollo de planta, deben aplicarse según corresponda. Haciendo referencia a la Figura 1 , se muestra la cámara nebupónica, en donde se muestra que consta de una cámara de follaje (A), cámara de raíces (B) y una plataforma de soporte y control (C). La cámara de follaje (A), siempre está encima de la cámara de raíces (B).
En la cámara de follaje (A) se encuentra el follaje de las plantas, es independiente climáticamente y aislada de la cámara de raíces (B). Haciendo referencia a la Figura 2, la cámara de follaje (A) tiene contacto con el medio ambiente exterior por la ventana de entrada (1 ) y la ventana de salida (2) donde están incrustados el ventilador (3) y el extractor (4) con el fin de la renovación del aire y/o cambiar condiciones termodinámicas de la cámara de follaje (A), respectivamente. La ventana de entrada (1 ) y la ventana de salida (2) mencionadas anteriormente, tienen cada una, una compuerta ajustable de entrada (5) y una compuerta ajustable de salida (6), que contribuyen con la regulación y control de las condiciones térmicas al interior de la cámara de follaje (A). La ventana de entrada (1 ) y la ventana de salida (2) se encuentran ubicadas en las paredes laterales de la cámara de follaje (A), preferiblemente, la ventana de entrada (2) en la parte inferior de la pared lateral (7); y la ventana de salida (1 ) en la parte superior de la pared lateral (8). La pared lateral (7) y la pared lateral (8), son opuestas entre sí.
En la parte superior de la cámara de follaje (A) se encuentra la entrada del aire acondicionado (9) para regular la temperatura al interior de la cámara de follaje (A). La ventana de entrada (1 ) y la ventana de salida (2), tienen en su interior un filtro de aire (1 1 ) y un filtro de aire (12) ubicados hacia el interior de la cámara de follaje posterior a la compuerta ajustable de entrada (5) y la compuerta ajustable de salida (6).
Al interior de la cámara de follaje (A) se localizan los sensores de humedad relativa (13) y temperatura (14), preferiblemente en la parte central del volumen de la cámara de follaje (A), aunque en otras modalidades, se pueden colocar en distintos lugares de la cámara de follaje (A). Al interior de la cámara de follaje (A) se localiza el sensor de infrarrojo (15), que en la modalidad preferida está ubicada a 40 cm de distancia del follaje de las plantas, el cual mide la temperatura del follaje (16). Así mismo, al interior cámara de follaje (A) se instala un calefactor (17), con el fin de controlar las condiciones térmicas de la cámara de follaje (A), preferiblemente en la parte inferior de una de las paredes laterales.
El sistema de nebulizadores (18) se ubica al interior de la cámara de follaje (A), preferiblemente por encima del follaje (16), que entregan un tamaño de gota de la solución nutritiva o agua entre 5 y 30 mieras (μιη), preferiblemente entre 18 y 25 μιη. La posición de las boquillas (19) es una entre cada dos plantas. Así mismo, al interior de la cámara de follaje (A) se instala un sistema de iluminación (20). Al interior de la cámara de follaje (A) se ubica un sensor de CO2 (21 ), preferiblemente en la parte central del volumen de la cámara de follaje (A).
Haciendo referencia a la Figura 3, en la cámara de raíces (B) se encuentran las raíces de las plantas, es independiente climáticamente de la cámara de follaje
(A) . La cámara de raíces (B) consta de una tapa (22) que corresponde a la cubierta superior de la cámara de raíces (B), y a la vez corresponde al piso de la cámara de follaje (A). La tapa (22), tiene orificios (23) perforados, en cuyo interior se ubica el soporta tallo (24), el material del soporta tallo (24) preferiblemente debe ser esponja o gel elástico tal como la silicona. La separación entre orificios (23) la define el tipo cultivo. El soporta tallo (24) soporta el tallo (25) de la planta; el tallo (25) es ubicado al interior del soporta tallo (24).
La cámara de raíces (B) tiene contacto con el medio ambiente exterior por la ventana de ventilación (26) y la ventana de extracción (27) donde están incrustados el ventilador (28) y25 el extractor (29) con el fin de la renovación del aire y/o cambiar condiciones termodinámicas de la cámara de raíces (B). La ventana de ventilación (26) y la ventana de extracción (27) mencionadas anteriormente, tienen cada una, una compuerta ajustable de ventilación (30) y una compuerta ajustable de extracción (31 ), que contribuyen con la regulación y control de las condiciones térmicas al interior de la cámara de raíces (B). La ventana de ventilación (26) y la ventana de extracción (27) se encuentran ubicadas en las paredes laterales de la cámara de raíces (B), preferiblemente, la ventana de ventilación (26) en la parte inferior de la pared lateral (32); y la ventana de extracción (27) en la parte superior de la pared lateral (33). La pared lateral (32) y la pared lateral (33) son opuestas entre sí. En la parte superior de la pared (32) de la cámara de raíces (B) se encuentra la entrada del aire acondicionado (34) para regular la temperatura al interior de la cámara de raíces
(B) . La ventana de ventilación (26) y la ventana de extracción (27), tienen un filtro de aire (35) y un filtro de aire (36) ubicados hacia la parte más interior de la cámara de raíces (B) posterior a la compuerta ajustable de ventilación (30) y compuerta ajustable de extracción (31 ), respectivamente. Al interior de la cámara de raíces (B) se localizan los sensores de temperatura (37) y humedad relativa (38), preferiblemente en la parte central del volumen de la cámara de raíces (B), miden la temperatura y humedad relativa al interior de la cámara de raíces (B), aunque en otras modalidades pueden ir ubicados en otros lugares de la cámara. Así mismo, y preferiblemente en el piso o base de la cámara de raíces (B) se instala un calefactor (39), con el fin de controlar las condiciones térmicas de la cámara de raíces (B). El sistema de nebulizadores (40) se ubica al interior de la cámara de raíces (B), preferiblemente debajo de las raíces (41 ). La posición de las boquillas (42) es preferentemente, una debajo de cada raíz (41 ). Así mismo, al interior cámara de raíces (B) y debajo de la tapa (22) se instala un sensor de peso (43), para pesar las plantas. Al interior y preferiblemente en la parte media de la cámara de raíces (B) se ubica un sensor de O2 (44), para medir la concentración de O2.
La plataforma de soporte y control (C), adquiere y procesa los datos tomados de la cámara de follaje (A) y cámara de raíces (B), medidos por los sensores y se controla el funcionamiento de elementos instalados en estas cámaras para el control de las condiciones térmicas. Haciendo referencia a la Figura 1 , la plataforma de soporte y control (C) debe ubicarse preferiblemente debajo de la cámara de raíces con lo cual se optimiza el ahorro de área superficial ocupada por la cámara nebupónica. Haciendo referencia a la Figura 4, la plataforma de soporte y control (C) consta de un sistema de almacenamiento, adquisición de datos y control de instrumentos (45), al cual están conectados para la adquisición de datos:
• Sensor de humedad relativa (13);
· Sensor de temperatura (14);
• Sensor de infrarrojo (15); • Sensor de temperatura (37);
• Sensor de humedad relativa (38);
• Sensor de peso (43);
• Sensor de CO2 (21 ); y
• Sensor de O2 (44).
El control de instrumento se realiza a:
• Ventilador (3);
• Extractor (4);
• Aire acondicionado (9);
• Calefactor (17);
• Sistema de iluminación (20);
• Ventilador (28);
• Extractor (29);
• Aire acondicionado (34);
• Calefactor (39); y
• Compresor (46)
Los datos adquiridos por el sistema de almacenamiento, adquisición de datos y control de instrumentos (45), el cual contiene el algoritmo de control para el procesamiento de los datos y control de los instrumentos al instrumento según el procesamiento del algoritmo de control. El sistema de almacenamiento, adquisición de datos y control de instrumentos (45), preferiblemente es un PLC o datalogger. Haciendo referencia a la Figura 4, la plataforma de soporte y control (C) se ubicada preferiblemente debajo la cámara de raíces (B) con el fin de ahorrar área superficial para la cámara nebupónica (ver Figural ).
Haciendo referencia a la Figura 4, la plataforma de soporte y control (C) consta de: • Sistema de almacenamiento, adquisición y proceso de datos, y control de actuadores (45);
• Fuente de potencia (54);
• Compresor (46);
· Tanque de almacenamiento de agua (48);
• Motobomba (50);
• Tanque de almacenamiento de la solución nutritiva (51 ); y
• Motobomba (53). Haciendo referencia a la Figura 4, al sistema de almacenamiento, adquisición y proceso de datos, y control de actuadores (45), se conectados los sensores que se citan a continuación:
• Sensor de humedad relativa (13);
· Sensor de temperatura (14);
• Sensor de infrarrojo (15);
• Sensor de temperatura (37);
• Sensor de humedad relativa (38);
• Sensor de peso (43);
· Sensor de CO2 (21 ); y
• Sensor de O2 (44).
Haciendo referencia a la Figura 4, el sistema de almacenamiento, adquisición y proceso de datos, y control de actuadores (45), es preferiblemente un PLC o un Datalogger como se mencionó anteriormente, el cual lee y almacena los datos de los diferentes sensores, los procesa y mediante su algoritmo previamente programado, envía las órdenes de prendido (on) o apagado (off) a los actuadores que se citan a continuación:
• Ventilador (3);
· Extractor (4); • Aire acondicionado (9);
• Calefactor (17);
• Sistema de iluminación (20);
• Ventilador (28);
• Extractor (29);
• Aire acondicionado (34);
• Calefactor (39);
• Compresor (46);
• Motobomba (50);
• Motobomba (53);
• Válvula de dos vías (55);
• Válvula de dos vías (60); y
• Válvula de dos vías (63). Haciendo referencia a la Figura 4, el agua del tanque de almacenamiento de agua (48), es bombeada hacia el tubo (49) por la motobomba (50), y la solución nutritiva del tanque de almacenamiento de solución nutritiva (51 ), es bombeada hacia el tubo (52) por la motobomba (53). Igualmente, haciendo referencia a la Figura 4, la fuente de potencia (54) suministra la potencia de trabajo a:
• Ventilador (3);
• Extractor (4);
• Aire acondicionado (9);
· Sensor de humedad relativa (13);
• Sensor de temperatura (14);
• Sensor de infrarrojo (15);
• Calefactor (17);
• Sistema de iluminación (20);
· Sensor de CO2 (21 ); • Ventilador (28);
• Extractor (29);
• Aire acondicionado (34);
• Sensor de humedad relativa (38);
· Sensor de temperatura (37);
• Calefactor (39);
• Sensor de peso (43);
• Sensor de O2 (44);
• Sistema de almacenamiento, adquisición de datos y control de instrumentos (45);
• Compresor (46);
• Motobomba (50);
• Motobomba (53);
• Válvula de dos vías (55);
· Válvula de dos vías (60); y
• Válvula de dos vías (63).
Haciendo referencia a la Figura 5, la solución nutritiva en forma de gotas nebulizadas se aplica comúnmente en la cámara de raíces (B) y el agua en forma de gotas nebulizadas se aplica en la cámara de follaje (A), para esta condición, el tubo (47) que transporta el aire a presión se conecta a una válvula de 2 vías (55), la cual en una de sus salidas se conecta al tubo (56) que transporta el aire a presión hacia la cámara de raíces (B) y en la otra salida con el tubo (57) que transporta el aire a presión hacia la cámara de follaje (A). Las válvulas de 2 vías deben ser preferiblemente electromecánicas, y serán controladas desde el sistema de almacenamiento, adquisición y control de datos y control de actuadores (45). En cuanto al tubo (49) que transporta agua, se extienda hasta la cámara de follaje (A). El tubo (57) y el tubo (49) se unen en las boquillas (19) del sistema de nebulizadores (18) para producir la nebulización del agua. En cuanto al tubo (52) que transporta la solución nutritiva, este se extienda hasta la cámara de raíces (B). El tubo (56) y el tubo (52) se unen en las boquillas (42) del sistema de nebulizadores (40), donde se nebuliza la solución nutritiva.
La Figura 6 hace referencia a la configuración de la red de tuberías cuando se desea, por sus efectos en la producción, de la aplicación de determinados nutrientes, igualmente nebulizados, en la cámara de follaje (A). La configuración para esta condición es diferente a la descrita en el párrafo anterior. Por lo tanto, el tubo (50) que transporta el aire presión se conecta a una válvula de 2 vías (60), y una de sus salidas se conecta al tubo (61 ) que transporta el aire a presión hacia la cámara de raíces (B) y la otra salida de la válvula de 2 vías (60) se conecta al tubo (62) que transporta el aire a presión hacia la cámara de follaje (A). Al igual que en el párrafo anterior, estas válvulas de 2 vías deben ser preferiblemente electromecánica, y su control se hace desde el sistema de almacenamiento, adquisición y control de datos y control de actuadores (45).
Continuando con la descripción de la Figura 6, el tubo (51 ) que transporta agua, se extienda hasta la cámara de follaje (A). El tubo (54) que transporta la solución nutritiva se conecta a una válvula de 2 vías (63), y una de las salidas de la válvula al tubo (64) que transporta la solución nutritiva hacia la cámara de raíces (B) y la otra salida de la válvula se conecta con el tubo (65) que transporta la solución nutritiva hacia la cámara de follaje (A). Entonces, el tubo (61 ), que transporta el aire a presión hacia la cámara de raíces (B) y el tubo (64) que transporta la solución nutritiva hacia la cámara de raíces (B), se conectan en las boquillas (43) del sistema de nebulizadores (41 ), donde se nebuliza la solución nutritiva, esto a fin de nebulizar la solución nutritiva en la cámara de raíces. Por otra parte, el tubo (62), que transporta el aire a presión hacia la cámara de follaje (A), el tubo (51 ) que transporta agua que se extiende hasta la cámara de follaje (A), y el tubo (65) que transporta la solución nutritiva hacia la cámara de follaje (A), se conectan en las boquillas (19) del sistema de nebulizadores (18). De este modo cuando se desea hacer nutrición en la cámara de follaje (A), se prende el compresor de aire (46) y la motobomba de nutrición (53), en tanto que la motobomba del agua (50) permanece apagada, no mostrados en la Figura 6. En caso de no necesitar la nutrición en la cámara de follaje (A), se prenderá el compresor de aire (46) y la motobomba de agua (50), no mostrados en la Figura 6. b. Método
Se tiene el algoritmo donde se hace la programación en un dispositivo registrador de datos (o datalogger) para el funcionamiento de las cámaras y donde se almacena la información propia de cada cultivo.
Información conocida del cultivo que se ingresa como parámetros de medición en el datalogger:
• Cultivo y Variedad;
• Fases de desarrollo del cultivo: fases fenológicas si son conocidas;
· Ciclo circadiano: horas con luz y horas sin luz durante las 24 horas del día;
• Longitudes de onda de luz: longitudes de onda preferentes en caso de disponerse para diferentes fases de desarrollo del cultivo;
• Nutrición: formulación de la nutrición, y cuando se disponga de la formulación para diferentes fases de desarrollo;
· Límites psicrométricos: tabla psicrométrica (Figura 7), donde aparece el comportamiento de las variables psicrométricas temperatura, humedad relativa, volumen de agua, energía;
• Tint: temperatura mínima del cultivo;
• Tmáx: temperatura máxima del cultivo;
· Top: Temperatura óptima para el cultivo;
• CO2: Concentración de Bióxido de carbono en la cámara de follaje; y
• O2: Concentración de Oxígeno en la cámara de raíces.
Las variables que va a manejar el sistema de control son:
· HR: Humedad Relativa (%); • H Rct: Humedad Relativa (%) cámara de follaje;
• HRCT: Humedad Relativa (%) cámara de raíces;
• Tct: temperatura cámara de follaje;
• Tcr: temperatura cámara de raíces;
· Th: temperatura de hoja;
• Tint: temperatura mínima del cultivo;
• Tmáx: temperatura máxima del cultivo;
• Top: Temperatura óptima para el cultivo;
• CO2: Concentración de Bióxido de carbono en la cámara de follaje;
· O2: Concentración de Oxígeno en la cámara de raíces;
• tr: tiempo de aplicación en cámara de raíces;
• trf: tiempo de aplicación en cámara de follaje; y
• fr: frecuencia de aplicación. A la cámara de follaje se llevan plántulas totalmente libres de gérmenes patógenos, preferiblemente procedentes de materiales clonados y biofábricas certificadas, con raíces bien desarrolladas y con cuatro días más de endurecimiento que las requeridas para trasplante en tierra. Inmediatamente antes de colocarse la plántula en la cámara de follaje, la raíz se lava suavemente con una solución nutritiva de baja concentración pero enriquecida con estimuladores de crecimiento de raíces y de micorrizas si estas son de utilidad para la planta. Una vez se tenga la cámara de follaje con el número de plantas establecido, se cierra y se inicia la operación de ajuste y adaptación de las plantas a las cámaras.
Etapa de adaptación del cultivo a la cámara nebupónica
Durante el tiempo de crecimiento del cultivo, que puede variar por lo general de dos o tres semanas (de acuerdo con el cultivo) se mantienen las siguientes condiciones: Entre las 6:00 am y las 10:00 am
1 . T¡nf < Tcf ≤ 75%Top. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
2. Tcr = 75%T0p. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
3. 80% < H Rcr < 98%;
4. La irradiancia lumínica debe estar alrededor de 10watt/m2;
5. Se programa el algoritmo para hacer aplicaciones de nebulización cada 15 minutos en la zona de raíces, esto es:
cr > Ψε
Teniendo en cuenta que Ψ = 1.06TLog \—\ - Ψ0, que las temperaturas en
IHR1
ambas cámaras son conocidas, Ψ0 es constante, se debe entonces disminuir la H Rcf, preferiblemente por ventilación y/o calentamiento;
6. Balance CO2/O2. Cada 10 minutos se hace un balance del consumo de CO2 y O2, esto es, el promedio la concentración de CO2 ([CO2]) de los últimos 10 minutos, se resta del promedio de la concentración anterior, lo cual se denominará A[CÜ2]. Igualmente se procede con la concentración de O2, ([O2)], y tal diferencia se denominará Δ[θ2]. Por lo tanto en este horario se cumple:
Figure imgf000023_0001
En caso de cumplirse la condición, se procede a una renovación del aire forzada por los ventiladores a través de las ventanas.
Entre las 10:00 am y las 4:00 pm
1 . Tcf = Top. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
2. Tcr = 75%T0p. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
3. 75% < H Rcr≤ 85%. Condición que prevalece hasta antes de la siguiente nebulización; 4. La irradiancia lumínica debe estar alrededor de 800watt/m2;
5. Se programa el algoritmo para hacer aplicaciones de nebulización cuando Th = (TCf - 1 ), igualmente, ΨεΓ> Ψε , y si es necesario se condiciona la cámara de follaje preferiblemente por ventilación y/o calentamiento;
6. 15 minutos después de la nebulización, 75% < HRCr≤ 85%;
7. Balance CO2/O2. Cada 10 minutos se hace un balance del consumo de CO2 y O2, esto es, el promedio la concentración de CO2 ([CO2]) de los últimos 10 minutos, se resta del promedio de la concentración anterior, lo cual se denominará A[CÜ2]. Igualmente se procede con la concentración de O2, ([O2)], y tal diferencia se denominará Δ[θ2]. Por lo tanto en este horario se cumple:
A[CO2] > 3.8 Δ[Ο2]
En caso de cumplirse la condición, se procede a una renovación del aire forzada por los ventiladores a través de las ventanas.
Entre las 4:00 pm y las 6:00 pm
1 . T¡nf < TCf ≤ 75%Y0p. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
2. Tcr = 75%T0p. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
3. 80% < HRcr < 98%;
4. La irradiancia lumínica debe estar alrededor de 10watt/m2;
5. Se programa el algoritmo para hacer aplicaciones de nebulización cada 15 minutos en la zona de raíces, esto es:
ΨεΓ> Ψε
Teniendo en cuenta que Ψ = 1.06TLog \—\ - Ψ0, que las temperaturas en
IHR1
ambas cámaras son conocidas, Ψο es constante, se debe entonces disminuir la HRcf, preferiblemente por ventilación y/o calentamiento;
6. Balance CO2/O2. Cada 10 minutos se hace un balance del consumo de CO2 y O2, esto es, el promedio la concentración de CO2 ([CO2]) de los últimos 10 minutos, se resta del promedio de la concentración anterior, lo cual se denominará A[CÜ2]. Igualmente se procede con la concentración de O2, ([O2)], y tal diferencia se denominará Δ[θ2]. Por lo tanto en este horario se cumple:
Figure imgf000025_0001
En caso de no cumplirse la condición, se procede a una renovación del aire forzada por los ventiladores a través de las ventanas.
Entre las 6:00 pm y las 6:00 am
1 . (1 .15T¡nf) < Tcf≤ 1 .25T¡nf. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
2. Tcr = 1 .1 5Tinf. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
3. 75% < H Rcr≤ 85%. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
4. La irradiancia lumínica debe ser cero en general. Sin embargo, de acuerdo con la especie vegetal se pueden probar deferentes intermitencias oscuro- luz, por ejemplo de 2 minutos cada 1 .5 horas con 1 w/m2;
5. Se programa el algoritmo para hacer aplicaciones de nebulización cada 20 minutos tanto en la zona de raíces como en la cámara de follaje, esto es:
Teniendo en cuenta que Ψ = 1.06TLog \—\ - Ψ0, que las temperaturas en
IHR1
ambas cámaras son conocidas, Ψο es constante, se debe entonces disminuir la H RCf, preferiblemente por ventilación y/o calentamiento;
6. Balance CO2/O2. Cada 10 minutos se hace un balance del consumo de CO2 y O2, esto es, el promedio la concentración de CO2 ([CO2]) de los últimos 10 minutos, se resta del promedio de la concentración anterior, lo cual se denominará A[CÜ2]. Igualmente se procede con la concentración de O2, ([O2)], y tal diferencia se denominará Δ[θ2]. Por lo tanto en este horario se cumple:
Figure imgf000026_0001
En caso de no cumplirse la condición, se procede a una renovación del aire forzada por los ventiladores a través de las ventanas. Etapa posterior a la adaptación
Esta denominación se da para diferenciarla de las fases fenológicas propiamente dichas de las plantas, aunque es en esta etapa cuando se presentan el crecimiento, desarrollo, floración y fructificación no totalmente definidas para todos los cultivos. De tenerse definidas las fases de desarrollo se debe completar el algoritmo de la programación con la información específica para cada una de las fases, tales como: duración de cada fase, nutrición, longitudes de onda, irradiancia lumínica, consumos de CO2 y O2.
Durante dos o tres semanas (de acuerdo con el cultivo) se mantienen las siguientes condiciones:
Entre las 6:00 am y las 8:45 am
1 . Tinf < TCf ≤ 75%Top. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
2. Tcr = 75%T0p. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
3. 80% < H Rcr < 98%;
4. La irradiancia lumínica debe estar alrededor de 10watt/m2;
5. Se programa el algoritmo para hacer aplicaciones de nebulización cada 15 minutos en la zona de raíces, esto es:
^cr > ^cf
Teniendo en cuenta que Ψ = 1.06TLog \—\ - Ψ0, que las temperaturas en
IHR1
ambas cámaras son conocidas, Ψ0 es constante, se debe entonces disminuir la H Rcf, preferiblemente por ventilación y/o calentamiento; 6. Balance CO2/O2. Cada 10 minutos se hace un balance del consumo de CO2 y O2, esto es, el promedio la concentración de CO2 ([CO2]) de los últimos 10 minutos, se resta del promedio de la concentración anterior, lo cual se denominará A[CÜ2]. Igualmente se procede con la concentración de O2, ([O2)], y tal diferencia se denominará Δ[θ2]. Por lo tanto en este horario se cumple:
Figure imgf000027_0001
En caso de cumplirse la condición, se procede a una renovación del aire forzada por los ventiladores a través de las ventanas.
Entre las 8:45 am y las 4:45 pm
1 . TCf = Top. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
2. Tcr = 75%T0p. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
3. 75% < H Rcr≤ 85%. Condición que prevalece hasta antes de la siguiente nebulización;
4. La irradiancia lumínica debe estar alrededor de 800watt/m2;
5. Se programa el algoritmo para hacer aplicaciones de nebulización cuando Th = (TCf - 1 ), igualmente, ΨεΓ> Ψε , y si es necesario se condiciona la cámara de follaje preferiblemente por ventilación y/o calentamiento;
6. 15 minutos después de la nebulización, 75% < H Rcr≤ 85%;
7. Balance CO2/O2. Cada 10 minutos se hace un balance del consumo de CO2 y O2, esto es, el promedio la concentración de CO2 ([CO2]) de los últimos 10 minutos, se resta del promedio de la concentración anterior, lo cual se denominará A[CÜ2]. Igualmente se procede con la concentración de O2, ([O2)], y tal diferencia se denominará Δ[θ2]. Por lo tanto en este horario se cumple:
Figure imgf000027_0002
En caso de cumplirse la condición, se procede a una renovación del aire forzada por los ventiladores a través de las ventanas. Entre las 4:45 pm y las 6:00 pm
1 . Tinf < Tcf ≤ 75%T0p. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
2. Tcr = 75%T0p. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
3. 80% < HRcr < 98%;
4. La irradiancia lumínica debe estar alrededor de 10watt/m2;
5. Se programa el algoritmo para hacer aplicaciones de nebulización cada 15 minutos en la zona de raíces, esto es:
Teniendo en cuenta que Ψ = 1.06TLog \—\ - Ψ0, que las temperaturas en
IHR1
ambas cámaras son conocidas, Ψο es constante, se debe entonces disminuir la HRcf, preferiblemente por ventilación y/o calentamiento;
6. Balance CO2/O2. Cada 10 minutos se hace un balance del consumo de CO2 y O2, esto es, el promedio la concentración de CO2 ([CO2]) de los últimos 10 minutos, se resta del promedio de la concentración anterior, lo cual se denominará A[CÜ2]. Igualmente se procede con la concentración de O2, ([O2)], y tal diferencia se denominará Δ[θ2]. Por lo tanto en este horario se cumple:
Figure imgf000028_0001
En caso de no cumplirse la condición, se procede a una renovación del aire forzada por los ventiladores a través de las ventanas. Entre las 6:00 pm y las 6:00 am
1 . (1 .15T¡nf) < Tcf≤ 1 .25T¡nf. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
2. Tcr = 1 .1 5Tinf. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento; 3. 75% < HRcr≤ 85%. De no cumplirse la condición, se ajusta mediante la refrigeración o calentamiento;
4. La irradiancia lumínica debe ser cero en general. Sin embargo, de acuerdo con la especie vegetal se pueden probar deferentes intermitencias oscuro- luz, por ejemplo de 2 minutos cada 1 .5 horas con 1 w/m2;
5. Se programa el algoritmo para hacer aplicaciones de nebulización cada 20 minutos tanto en la zona de raíces como en la cámara de follaje, esto es:
Teniendo en cuenta que Ψ = 1.06TLog \—\ - Ψ0, que las temperaturas en
IHR1
ambas cámaras son conocidas, Ψο es constante, se debe entonces disminuir la HRCf, preferiblemente por ventilación y/o calentamiento;
6. Balance CO2/O2. Cada 10 minutos se hace un balance del consumo de CO2 y O2, esto es, el promedio la concentración de CO2 ([CO2]) de los últimos 10 minutos, se resta del promedio de la concentración anterior, lo cual se denominará A[CÜ2]. Igualmente se procede con la concentración de O2, ([O2)], y tal diferencia se denominará Δ[θ2]. Por lo tanto en este horario se cumple:
A[CO2] > 2.5 Δ[Ο2]
En caso de no cumplirse la condición, se procede a una renovación del aire forzada por los ventiladores a través de las ventanas.
MEJOR MANERA DE EJECUTAR LA INVENCIÓN
Haciendo referencia a la Figura 1 , se describe en detalle los parámetros y condiciones requeridas para nutrir y producir un cultivo de plantas en el dispositivo nebuponico del presente invento. La Figura 1 muestra una modalidad del presente invento donde están las cámaras de follaje, de raíces y los dispositivos de control y sensórica. Las variables a manejar como datos de entrada en el sistema de control son: HR: Humedad Relativa (%);
H Rct: Humedad Relativa (%) cámara de follaje;
HRCT: Humedad Relativa (%) cámara de raíces;
Tct: temperatura cámara de follaje;
Tcr: temperatura cámara de raíces;
Th: temperatura de hoja;
Tint: temperatura mínima del cultivo;
Tmáx: temperatura máxima del cultivo; y
Top: Temperatura óptima para el cultivo;
- Cultivo: tomate chonto. Se trasplantaron tres plantas a los 35 días después de germinado a las Cámaras y fueron soportadas con anillos de espuma dentro de los orificios de la tapa de la cámara de raíces.
- Nutrición para el tomate chonto: Se preparó la siguiente solución nutritiva y se aplicó durante toda la prueba.
Ta ls de fe scJuddn nutritiva
Figure imgf000030_0001
- Plataforma digital: Dataloggers y Sistema de adquisición de datos Campbell Sci CR1000
- Determinación de temperaturas y humedad relativa en las cámaras: Sabiendo que el cultivo se lleva a cabo al nivel del mar, y conociendo las relaciones hídricas del cultivo de tomate chonto, se determina por medio de la carta psicométrica (Figura 7) :
- Temperatura cámara de follaje: Tint: 1 8°C;
Tmáx: 30°C;
Top: 24 °C;
- Temperatura cámara de raíces:
T¡nf: 1 8°C;
Tmax: 24°C;
- Determinación de húmeda relativa en cámaras;
Cámara de raíces: 75% <HRCr≤ 98% (no condensación);
Cámara de follaje: 30% <HRCf ≤ 75% (no hongos);
· Energía del agua en la cámara de follaje (MPa): Se programó en el sistema de adquisición de datos CR1 00 para calcular la energía del agua mediante la ecuación:
Figure imgf000031_0001
- Energía del agua en la cámara de raíces (MPa):
¥"' ~ ¾ meJ íí>í ¾f \s J ""
T en Ky üft en %
V* ~&{* €B(<tS¿tn)
' ' '
Ψο: Energía del agua debido a las sales nutritivas (denominado potencial osmótico). CE: Es la conductividad eléctrica de la solución nutritiva.
- Sincronización del tiempo: para manejar el tiempo nictameral de la planta se considera el día de las 6am del día solar a las 6pm del mismo, la noche de las 6pm a las 6am. Por lo tanto el reloj interno del CR1 000 se ajusta para tener el ciclo citado. Se debe tener presente que el datalogger viene programado en días julianos.
- Se determina las variables de la nebulización nutritiva durante el día en cámara de raíces: La forma como se aplicó la nebulización nutritiva en cuanto a la duración que recibieron las raíces, la frecuencia con la cual se realizaron y el tamaño de gota para cada aplicación se presenta en la tabla siguiente. El tamaño de gota se cambió modificando las boquillas nebulizadoras.
Figure imgf000032_0001
Obsérvese la progrsma íé del ds^log r c¾mo cada v ¾ ¾«e se c mpla sta ¾ > ©f
Periodo de mantenimiento de la operación
Durante este periodo se mantienen las condiciones para el desarrollo de las fases del cultivo.
• Se determina n las variables de la nebulización en la cámara de follaje durante el día: por las condiciones climáticas prevalecientes en el lugar donde se llevó a cabo la prueba, la nebulización con agua (sin nutrición) solo se aplicó ocasionalmente (más como una prueba del funcionamiento del equipo); las temperaturas al interior de la cámara de follaje fueron superiores a los 30 °C entre las 1 1 :30 am a las 3:30 pm, por lo cual se prendió el aire acondicionado con mucha frecuencia, lo cual baja rápidamente los valores de HR a 40%, en el termohigrómetro ubicado en la cámara de follaje y conectado al datalogger que administra al sistema según la programación. Este enfriamiento, disminuyendo la energía del agua en esta cámara, por lo cual la nebulización nutritiva siempre tuvo condiciones favorables para que se realizara.
• Se fijan las variables de la nebulización en la cámara de follaje y cámara de raíces durante la noche: Se programó el CR1000 de tal manera que en la cámara de follaje la HR este entre 75% y 85%, en tanto que la cámara de raíces se mantenga entre 85% y 98%. De este modo se evita una deshidratación de la planta, así como la aparición de hongos. Sin embargo, por temor a una deshidratación en las raíces se programó una nebulización nutritiva cada 40 minutos, durante 6 segundos. Esta situación fue la prevaleciente. • Control de variables: La plataforma digital está conformada por un datalogger CR1000 al cual están conectados los sensores T y HR (termohigrómetros) en ambas cámaras (con las que se calcula el y el sensor de infrarrojo, ubicado solo en la cámara de follaje y apuntando a las hojas de una planta. Igualmente, están conectados al mismo datalogger y mediante relays los actuadores que son: los ventiladores en ambas cámaras; el aire acondicionado en la cámara de follaje; la bomba de nebulización de agua (sin nutrición) de la cámara de follaje, y el sistema de nebulización nutritiva en la cámara de raíces. El criterio con el cual se programa la plataforma digital durante el día es para que la planta tenga las condiciones que favorezcan la transpiración y por lo tanto la absorción frecuente de los minerales nutritivos. Así mismo, conservar la temperatura (24°C) contribuye a mantener los procesos del metabolismo dentro de sus niveles más altos, lo cual se logra haciendo que ψα > ψα. Para que la energía del agua sea alta en la cámara de raíces (ψα-) se hace una aplicación de la solución nutritiva nebulizada con lo cual se alcanza una HR entre el 95% al 98%, manteniendo la temperatura durante el día a 24°C).
En la noche, se programa para que los procesos del metabolismo sin luz, igualmente sostengan altos niveles de actividad, lo cual se logra manteniendo el sistema bien hidratado, lo cual significa mantener una HR alta (90% - 98% en cámara de raíces y 75% -92% en cámara de follaje. Con esto se buscan gradientes energéticos peque os (ipcf ~ ipcr) no mayores a -6 MPa y ni tan bajos como -35 MPa que no tensionen el continuum xilemático (jalen agua de modo que se conserve la turgencia de los tejidos) y una temperatura baja (18°C) en la cámara de follaje y de 20°C en la cámara de raíces.
Donde entre el control de luz (Radiometro2 Entre 32220 Lx y 107400 Lx). Entonces la plataforma digital tiene dos programaciones, una para el día y otra para la noche. • Operación de la cámara nebupónica: Los sensores son leídos por el CR1000 cada 10 segundos, pero se programa para que cada 5 minutos haga un promedio de estos valores y con ellos procede de acuerdo con el procedimiento correspondiente a día o noche. Adicionalmente, se guardan los registros de T, HR y Temperatura del infrarrojo cada 30 minutos y cada hora.
Durante el día: CR1000 calcula la energía del agua en ambas cámaras, compara los valores:
Si i|Jcr>i|Jcf y la 30% <HRCf< 75%, no pone a funcionar ninguno de los actuadores hasta que se cumplan los 10 o los 20 minutos para la nebulización nutritiva. Si ψα≤ ipcf y la 30% <HRCf< 75%, pero la Th>TCf entonces prenda el sistema de nebulización nutritiva, espere 5 minutos (el siguiente promedio) y verifique si Th < TCf, en tal caso espere que se llegue a la próxima nebulización la situación anterior; en caso contrario, prenda la nebulización en la cámara de follaje (agua sin nutrición), continúe con la programación de la nebulización nutritiva cada 10 o 20 minutos (de acuerdo con el periodo de desarrollo).
Siempre que el sensor registre la temperatura superior a los 30°C se prende el aire acondicionado. Una vez prendido el aire acondicionado se apaga solo cuando TCf< 24C, ello con el fin de evitar sucesivas prendidas y apagadas del aparato entre los 29.5°C y los 30°C.
Siempre que el sensor registre una HRCf< 30% se prende durante 10 segundos la nebulización con agua sin solución. Los ventiladores de la cámara de raíces se prenden 5 minutos antes de la nebulización nutritiva, en tanto que los correspondientes a la cámara de follaje se prenden cada 45 minutos, de manera independiente a cualquier otro proceso.
Durante la noche: La programación del CR1000 está hecha para cumplir la nebulización nocturna en la cámara de follaje de tal manera que cuando HRCf> 92% se prenda el aire acondicionado hasta cuando H RCf ≤ 75%, momento en el cual debe apagarse.
Para la cámara de raíces el rango previsto se mantiene prendiendo la nebulización nutritiva cuando H RCr> 90%, por el corto tiempo que dura la nebulización (6 segundos) dentro de la cámara de raíces no se alcanza más de 98% de H Rcr, de este modo no hay condensación.
1 . Desarrollo y crecimiento:
(Peso de planta Dato de entrada, Área foliar Dato de entrada, Dendrómetro (MSD) Dato de entrada)
Para las condiciones del clima de Medellín la TCT fue mayor a los 18°C durante las 24 horas.
2. Comportamiento del cultivo
Se trasplantaron 4 plantas con 20 días de germinadas, el desarrollo de 3 de ellas fue rápido y vigoroso, una de ellas murió por dificultades en la localización del nebulizador a los 10 días de trasplante. A los 40 días se tomó la decisión de retirar una de las plantas porque el espacio físico no daba para más de dos plantas. Finalmente se dio por terminado el ensayo cuando las planta tenían 55 días y presentaban 6 y 8 botones florales.
Se debe entender que la presente invención no se halla limitada a las modalidades descritas e ilustradas, y la persona versada en la técnica entenderá que pueden efectuarse numerosas variaciones y modificaciones que no se apartan del espíritu de la invención, el cual solo se encuentra definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para el crecimiento de plantas, caracterizado porque comprende los siguientes elementos:
a. una cámara de follaje aislada herméticamente;
b. una cámara de raíces aislada herméticamente y unida a través de unos orificios perforados a la cámara de follaje;
c. un sistema de nebulización instalado al interior de la cámara de follaje y de raíces que entregan una solución nutritiva a las plantas; y
d. un sistema de control que regula las condiciones ambientales dentro de las cámaras de follaje y de raíces, y los suministros de nutrición.
2. El dispositivo de la Reivindicación 1 , caracterizado porque las cámaras de follaje y de raíces tienen compuertas de entrada y de salida de aire.
3. El dispositivo de la Reivindicación 1 , caracterizado porque las cámaras de follaje y de raíces tienen extractores y ventiladores de entrada y salida de aire.
4. El dispositivo de la Reivindicación 2, caracterizado porque las compuertas tienen un filtro de aire.
5. El dispositivo de la Reivindicación 1 , caracterizado porque las cámaras de follaje y raíz, incluyen elementos de calefacción y de refrigeración para controlar las condiciones termodinámicas de las cámaras.
6. El dispositivo de la Reivindicación 1 , caracterizado porque la transpiración de las plantas se regula mediante el control de los suministros de nutrición.
7. El dispositivo de la Reivindicación 1 , caracterizado porque la cámara de follaje cuenta con un sistema regulable de iluminación.
8. El dispositivo de la Reivindicación 1 , caracterizado porque las condiciones ambientales se miden a través de sensores.
9. El dispositivo de la Reivindicación 8, caracterizado porque los sensores que comprende son: de humedad relativa, de temperatura ambiente, de temperatura de hoja (infrarrojos), de peso, de iluminación y de concentración de CO2 y O2.
10. El dispositivo de la Reivindicación 9, caracterizado porque el sensor de peso controla en tiempo real el desarrollo de las plantas.
11. El dispositivo de la Reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema de control es un dispositivo seleccionado del grupo que consiste de: PLC y datalogger
12. El dispositivo de la Reivindicación 1 , caracterizado porque cuenta con sistemas electro- neumáticos para proporcionar nutrientes a las plantas y presurizar la cámara de follaje y la de raíces.
13. El dispositivo de la Reivindicación 1 , caracterizado porque el sistema de control regula el ambiente interno de las cámaras de follaje y de raíces que aumentan las velocidades de las reacciones bioquímicas de las plantas.
14. Un método para el cultivo de plantas que consiste en los siguientes pasos:
a. programar en un dispositivo programable la información relacionada con el crecimiento de las plantas;
b. proporcionar un dispositivo para el crecimiento de plantas que contenga cámaras de follaje y de raíces aisladas herméticamente;
c. ubicar las plántulas entre la cámara de follaje y la cámara de raíces; y
d. gobernar por medio del sistema de control, las condiciones ambientales de las cámaras y la nutrición.
15. El método de la Reivindicación 14, caracterizado porque el dispositivo para el crecimiento de plantas tiene un sistema de nebulizadores independientes para cada una de las cámaras.
16. El método de la Reivindicación 14, caracterizado porque las condiciones ambientales están comprendidas por el grupo de variables de temperatura del ambiente, temperatura de la hoja, humedad relativa, luminosidad y flujo de líquidos.
17. El método de la Reivindicación 14, caracterizado porque las condiciones ambientales son controladas de acuerdo con las fases fenológicas de la planta.
PCT/IB2014/061796 2013-05-29 2014-05-28 Dispositivo y método para la producción de cultivos sin tierra WO2014191944A2 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CO13-131064 2013-05-29
CO13131064A CO7150305A1 (es) 2013-05-29 2013-05-29 Dispositivo y método para la obtención de cultivos sin tierra

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014191944A2 true WO2014191944A2 (es) 2014-12-04
WO2014191944A3 WO2014191944A3 (es) 2015-02-19

Family

ID=51989479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2014/061796 WO2014191944A2 (es) 2013-05-29 2014-05-28 Dispositivo y método para la producción de cultivos sin tierra

Country Status (2)

Country Link
CO (1) CO7150305A1 (es)
WO (1) WO2014191944A2 (es)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3280248A4 (en) * 2015-04-09 2018-12-26 Growx Inc. Systems, methods, and devices for light emitting diode array and horticulture apparatus
EP3424299A1 (en) * 2017-04-10 2019-01-09 Perfect Plant LLC Method of growing plants and growing chamber
WO2022096788A1 (en) * 2020-11-06 2022-05-12 Aeropod Oy An aeroponic farming system and a method
US11559008B2 (en) 2020-07-13 2023-01-24 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Hydration system for an indoor garden center and a method of operating the same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL88105A0 (en) * 1988-10-20 1989-06-30 Shira Aeroponics 1984 Ltd System for germination,propagation and growing plants in ultrasonic-fog conditions
US5315834A (en) * 1992-08-14 1994-05-31 Feliks Garunts Room air environment conditioner
US5956897A (en) * 1997-07-11 1999-09-28 Takashima; Yasukazu Automatic plant growing and harvesting system
US5937575A (en) * 1998-10-27 1999-08-17 The United States Of America,As Represented By The Secretary Of Agriculture Aeroponic growth system with nutrient fog stabilization
CA2518789A1 (en) * 2004-09-10 2006-03-10 Great Veggies, Llc Method and apparatus for aeroponic farming
US20120085026A1 (en) * 2010-10-12 2012-04-12 Morris David W Expandible aeroponic grow system
WO2012054385A1 (en) * 2010-10-18 2012-04-26 Orr Gregory S Aeroponic plant growing system
GB201108138D0 (en) * 2011-05-13 2011-06-29 Airfarm Ltd Aeroponics system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3280248A4 (en) * 2015-04-09 2018-12-26 Growx Inc. Systems, methods, and devices for light emitting diode array and horticulture apparatus
EP3424299A1 (en) * 2017-04-10 2019-01-09 Perfect Plant LLC Method of growing plants and growing chamber
US11559008B2 (en) 2020-07-13 2023-01-24 Haier Us Appliance Solutions, Inc. Hydration system for an indoor garden center and a method of operating the same
WO2022096788A1 (en) * 2020-11-06 2022-05-12 Aeropod Oy An aeroponic farming system and a method

Also Published As

Publication number Publication date
CO7150305A1 (es) 2014-12-29
WO2014191944A3 (es) 2015-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101755812B1 (ko) 식물을 재배하는 다단형 학습용 식물재배장치
ES2398107T3 (es) Aparato para cultivar plántulas y método para cultivar plántulas
Thongbai et al. CO2 and air circulation effects on photosynthesis and transpiration of tomato seedlings
US20030188477A1 (en) Environmentally friendly conditioning system particularly for a greenhouse
US20170027112A1 (en) Modular indoor farm
TWI665958B (zh) 高密度無土植物生長系統
US20100115834A1 (en) Germination/growing apparatus and plant cultivation device
KR102122407B1 (ko) 멀티 분사구조와 iot 제어를 통한 수경채소 재배시스템
CN106659132A (zh) 水耕栽培装置
TW201038189A (en) Novel cultivation method of plants
US20070144067A1 (en) Sanitizing container and display
WO2014191944A2 (es) Dispositivo y método para la producción de cultivos sin tierra
KR101934482B1 (ko) 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템
CN114980730B (zh) 闭环、加压和无菌、受控微环境栽培
KR101882196B1 (ko) 분무 수경 재배 시스템
JP5854778B2 (ja) 植物栽培装置および植物栽培方法
KR20150041327A (ko) 수생식물을 이용한 냉방시스템
Abdullah Vertical-horizontal regulated soilless farming via advanced hydroponics for domestic food production in Doha, Qatar
CN204426166U (zh) 一种油棕组培苗驯化移栽环境调控装置
US20210251161A1 (en) Automated terrarium
US20200170205A1 (en) Indoor Plant Growing System
KR101960860B1 (ko) 조직배양 식물체의 대량 순화시설물
RU188785U1 (ru) Устройство для культивирования растений
CN105638424A (zh) 一种家庭多功能生态屋装置
CN114727582A (zh) 气耕系统以及方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14805143

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14805143

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2