La idea es mejorar las condiciones en invernaderos
Un equipo de investigadores y estudiantes de la Facultad de Ciencias de la Electrónica (FCE) de la BUAP desarrolla una serie de controles electrónicos para invernaderos, con el fin de manejar automáticamente las condiciones de los cultivos de jitomate, además de contribuir al aumento de la producción de esta hortaliza de gran importancia en el país y el mundo.
La mayoría de los invernaderos nacionales tiene un grado de tecnificación muy bajo. Por ello, estos desarrollos representan una oportunidad para diseñar tecnología robusta a un costo relativamente bajo, al alcance de los agricultores mexicanos.
José Eligio Moisés Gutiérrez Arias, investigador de la FCE, indicó que el trabajo está fundamentado en modelos dinámicos, mediante los cuales se diseñan las leyes de control que permiten obtener las referencias deseadas dentro del invernadero. Posteriormente, se diseñan y construyen los sistemas electrónicos de control que regulan niveles de dióxido de carbono, iluminación, temperatura y ventilación.
Los invernaderos no tecnificados para el cultivo de jitomate obtienen una cosecha promedio de 40 kilogramos por metro cuadrado, mientras que aquellos dotados con sistemas de control automático logran cerca de 90 kilogramos por metro cuadrado, indicó.
Para llevar a cabo las pruebas, el equipo construyó un pequeño invernadero en el cual instalaron tuberías conectadas a un calentador que forman parte del sistema para el manejo de temperatura, uno de los primeros controles concluido por el equipo de trabajo de la FCE.
Al respecto, explicó: “Nos fundamentamos en la teoría de control óptimo para lograr una señal de referencia, la cual nos indica el nivel de temperatura que debe existir dentro de un invernadero, dependiendo de su tamaño. Mediante los adecuados sensores podemos obtener información de la misma, por ejemplo, si el ambiente está muy frío en comparación con el que nos indica nuestra señal”.
Detalló que si es necesario aumentar la temperatura, el sistema de control activará automáticamente una válvula neumática, encargada de regular el flujo de gas del calentador para incrementar la temperatura del agua al interior del invernadero, hasta alcanzar el nivel deseado.
Pese a que en el mercado ya existen sistemas de control de temperatura similares, estos funcionan a todo o nada; es decir, no es posible optimizar la cantidad de energía o recursos que se requieren para lograr los rangos de temperatura, algo importante a considerar cuando se trabaja con diferentes cultivos. Dicho aspecto se puede controlar muy bien mediante los modelos dinámicos de los sistemas estudiados por los investigadores de la FCE.
Erick Córdoba Gutiérrez, egresado de la Maestría en Ciencias de la Electrónica y quien diseñó los sistemas de control para la temperatura, explicó: “Aplicamos técnicas de manipulación matemática para obtener los máximos beneficios con el mínimo consumo de energía; también hicimos pruebas comparativas del cuerpo de la planta (masa seca), esta crecía hasta unos 740 gramos por metro cuadrado sin ningún tipo de control y con nuestra intervención superó los 820 gramos, aproximadamente”.
Como parte del proyecto, los investigadores visitaron el municipio de Aquixtla, lugar donde solo se cosecha una vez al año debido al clima frío en invierno, razón por la cual los invernaderos necesitan de sistemas que regulen la temperatura de forma automática y así se mejoren las condiciones para las cosechas.
De igual forma, construyeron un sistema de control para abrir o cerrar las ventanas laterales cuando se requiera. Por ejemplo, en los días que haga demasiado calor, la señal de referencia indicará la temperatura que se necesita dentro del invernadero y si los sensores muestran que el ambiente está muy caliente las ventanas se abrirán automáticamente y se mantendrán así hasta nivelar la temperatura del interior.
Con respecto a los controles electrónicos para el nivel del dióxido de carbono (CO2), los expertos trabajan en alternativas para generar este gas a un bajo costo, así como regular su flujo dentro de los invernaderos, con base en las señales de referencia que obtengan.
Edwin Alonso Monje, estudiante de la Maestría en Ciencias de la Electrónica y colaborador en este proyecto, comentó que durante el proceso de fotosíntesis de una planta el CO2 es uno de los elementos esenciales, el cual se puede obtener por diferentes técnicas. Sin embargo, aparte del CO2, también se producen otros gases contaminantes, por lo que el reto consiste en encontrar formas de purificar las concentraciones que obtengan.
En este sentido, el doctor Gutiérrez Arias subrayó que hace un par de años hicieron pruebas que demostraron que los jitomates de un invernadero son capaces de aceptar concentraciones de CO2 de hasta mil partes por millón, información que fue proporcionada después de los resultados de investigaciones hechas por científicos holandeses.
Dicha situación representa una enorme ventaja al trabajar el CO2 con esta hortaliza, ya que anteriormente se tenían registros de que las máximas concentraciones que aceptaban eran de 450 partes por millón.
El otro sistema de control en el cual están trabajando es el de iluminación. El objetivo es que, al igual que con los otros tres, se base en una señal de referencia para saber la cantidad de iluminación necesaria para el invernadero; además, esto permitiría continuar con el proceso de fotosíntesis de las plantas por las noches, a falta de luz solar.
Una vez que estén terminados los cuatro sistemas de control se pondrán a trabajar al mismo tiempo en el invernadero de prueba para observar los resultados de la cosecha.
En este trabajo participan además la doctora Gabriela Pérez Osorio, investigadora de la Facultad de Ingeniería Química, así como integrantes del Cuerpo Académico Sistemas no Lineales de la FCE.
