Disseny, programació i muntatge d'un gestor de reg hidropònic recirculant, orientat a produccions de petita escala en entorns urbans, basat en el càlcul parametritzat de funcions predictores de les necessitats dels cultius.
Tutor/a - Director/a
Estudiant
Abella Vidal, Agèric
Tipus de document
Treball Final de Grau
Data
2023
rights
Accés obert
Editorial
Universitat Politècnica de Catalunya
UPCommons
Resum
Growing vegetables for self-consumption in urban spaces is gaining notoriety in the last years. Small-scale soilless cultivation systems are a growing option with rising interest among citizens, but being in use by a public who is not expert in this type of systems can cause important negative externalities, especially with regard to management of leachates (i.e. drainages). In this work, the contextual framework of irrigation management in professional soilless farms is described, and the particularities of the small-scale urban case. Assuming that drainage discharges outside the system (i.e. rejection) are inevitable in reality, and that the Nutrient Uptake Concentration (i.e. CA) done by a crop can be considered constant under certain conditions, a type of management system that rejects a small fraction of volume at each irrigation is evaluated, and equations that minimize both the volume and the loss of fertilizers dissolved in it are derived. By programming the calculations in an irrigation manager, the rejected volume response can be automated based on the absorbed volume, which would keep the largest possible amount of irrigation liquid (i.e. Nutrient Solution, SN) within the system. Additionally, the protocol is explained to choose at which values the parameters that determine the degree of efficiency in the use of water and fertilizers in the growing system should be set. The organization and design of an irrigation manager that operates using the aforementioned calculations is proposed, and the preliminary source codes of the devices that make up the prototype are attached: 1) a Raspberry Pi® computer as a decision-taking center (code in Python), and 2) multiple Raspberry Pi® Pico microcontrollers (codes in MicroPython) as subordinate control units.
El cultiu d'hortalisses per a auto-consum en espais urbans està adquirint molta notorietat en els darrers anys. Els sistemes de cultiu fora-sòl de petita escala són una opció de maneig que cada cop desperta més interès en la ciutadania, però l'ús d'un públic no expert en aquest tipus de sistemes pot provocar importants externalitats negatives, sobretot en allò referent a la gestió dels lixiviats (i.e. drenatges). En aquest treball, es descriu el marc contextual de la gestió del reg en explotacions fora-sòl professionals, i les particularitats del cas urbà de petita escala. Assumint que les descàrregues de drenatge fora del sistema (i.e. rebuig) són inevitables en la realitat, i que la Concentració d'Absorció de nutrients (CA) per part d'un cultiu es pot considerar constant sota certes condicions, s'avalua un tipus de sistema de maneig que rebutja una petita fracció de volum a cada reg, i es deriven les equacions que minimitzen tant el volum com la pèrdua de fertilitzants que hi ha dissòlts. Programant els càlculs en un gestor de reg, es pot automatitzar la resposta de volum rebutjat en funció del volum absorbit, que mantindria dins el sistema la major quantitat possible de líquid de reg (i.e. Solució Nutritiva, SN). Addicionalment, s'explica el protocol per a l'elecció dels valors als que fixar els paràmetres que determinen el grau d'eficiència en l'ús d'aigua i fertilitzants en el sistema de cultiu. Es proposa l'organització i disseny d'un gestor de reg que opera fent ús dels càlculs anteriorment esmentats, i s'annexen els codis font preliminars dels dispositius que componen el prototip: 1) un ordinador Raspberry Pi® com a central de presa de decisions (codi en Python), i 2) múltiples microcontroladors Raspberry Pi® Pico (codis en MicroPython) com a unitats de control subordinades.
El cultivo de hortalizas para autoconsumo en espacios urbanos está adquiriendo notoriedad en los últimos años. Los sistemas de cultivo sin suelo de pequeña escala son una opción de manejo que cada vez despierta más interés en la ciudadanía, pero el uso de un público no experto en este tipo de sistemas puede provocar importantes externalidades negativas, sobretodo en lo referente a la gestión de los lixiviados (i.e. drenajes). En este trabajo, se describe el marco contextual de la gestión del riego en explotaciones sin suelo profesionales, y las particularidades del caso urbano de pequeña escala. Asumiendo que las descargas de drenaje fuera del sistema (i.e. rechazo) son inevitables en la realidad, y que la Concentración de Absorción de nutrientes (CA) por parte de un cultivo puede considerarse constante bajo ciertas condiciones, se evalua un tipo de sistema de manejo que rechaza una pequeña fracción de volumen a cada riego, y se derivan las ecuaciones que minimizan tanto el volumen como la pérdida de fertilizantes disueltos en él. Programando los cálculos en un gestor de riego, puede automatizarse la respuesta de volumen rechazado en función del volumen absorbido, que mantendría dentro del sistema la mayor cantidad posible de líquido de riego (i.e. Solución Nutritiva, SN). Adicionalmente, se explica el protocolo para la elección de los valores a los que fijar los parámetros que determinan el grado de eficiencia en el uso del agua y fertilizantes en el sistema de cultivo. Se propone la organización y diseño de un gestor de riego que opera haciendo uso de los cálculos anteriormente mencionados, y se anejan los códigos fuente preliminares de los dispositivos que componen el prototipo: 1) un ordenador Raspberry Pi® como central de toma de decisiones (código en Python), y 2) múltiples microcontroladores Raspberry Pi® Pico (códigos en MicroPython) como unidades de control subordinadas.
