Diseñan sensores virtuales para controlar el riego de cultivos en invernaderos y ahorrar agua

El grupo de investigación Automática, Electrónica y Robótica de la Universidad de Almería

Investigadores del grupo Automática, Electrónica y Robótica de la Universidad de Almería, miembros del Campus de Excelencia Internacional Agroalimentario (ceiA3), han diseñado un sistema para estimar la transpiración en invernaderos y, de esta forma, controlar la dosis de riego en cultivos hidropónicos (cultivos en sustrato que no necesitan suelo).

La nueva herramienta, cuya descripción ha sido publicada en la revista Sensors, recoge los resultados de 5 años de trabajo en los que se ha diseñado un sensor virtual a partir de los sensores típicos que se pueden encontrar en un invernadero y que miden temperatura y humedad y radiación. Una vez conjugados estos parámetros, los investigadores obtienen la mejor combinación que luego trasladarán al agricultor en forma de aplicación informática, incorporada a los controladores de riego que ya utilizan los invernaderos almerienses.

Monitorizar las pérdidas de agua en un invernadero supone una difícil tarea para los agricultores, que controlan el agua necesaria en cada riego mediante estimaciones. De ahí que los investigadores de la Universidad de Almería pretendan proporcionar una herramienta científica para optimizar el agua que necesitan los cultivos, minimizando el consumo.

Para ello, los expertos han diseñado sensores virtuales a partir de técnicas de identificación de sistemas, muy utilizadas en la industria, pero que ellos aplican a la agricultura. “Se instalan sensores en el invernadero, que recogen datos a partir de los que obtenemos la dinámica de la variables que queremos medir. Estas variables se encuentran interrelacionadas unas con otra, lo que dificulta el estudio. Por ejemplo, si mides la temperatura de aire la analizas en función de humedad, la temperatura de suelo, la ventilación, la velocidad de viento…”, explica a la Fundación Descubre el Ingeniero Agrónomo, Jorge Antonio Sánchez, investigador del grupo de Automática, Electrónica y Robótica de la Universidad de Almería.

Investigador del grupo Automática, Electrónica y Robótica, en el invernadero

Mediante un software informático específico para este tipo de tareas, se desarrolla el análisis de esa interrelación entre las 40 variables obtenidas de los sensores existentes en el invernadero: la temperatura interior y exterior, de las hojas, del suelo, de cubierta y del subsuelo, la radiación global y PAR, la humedad del aire, velocidad de viento o la concentración de CO2, entre otras. Con el objetivo de reducir al máximo el número de sensores que se deben de instalar, analizaron cuáles de estas variables, tenían una mayor influencia en la transpiración de los cultivos.

A la vez, los investigadores miden la transpiración mediante dos balanzas industriales. La primera se utiliza para medir la pérdida de agua que se produce en la planta por transpiración y pesa, en intervalos de un minuto, sacos que contienen seis plantas. La segunda balanza mide el agua drenada por el saco de cultivo. “De la cantidad de agua que se aporta en el riego, parte se lo queda la planta, otra se pierde por transpiración, otra por evaporación y otra por drenaje. Pero es un sistema muy caro y que puede ser sustituido por sensores virtuales, mucho más económicos”, asevera.

Este sistema de medida con balanzas, denominado microlisímetro y propio de la investigación, resulta caro para el agricultor que tampoco dispone de los sensores para calcular el riego. Por ello, los investigadores han elaborado un sistema que, barajando los datos recogidos durante 5 años, proporciona una solución más precisa. “Obtenemos información cada minuto, lo que supone procesar alrededor de dos millones de datos por cada una de las 39 variables”, destaca.

De la investigación al campo

Desde el procesamiento de datos obtenidos de los sensores, hasta que los agricultores puedan utilizar el modelo, el sistema pasará por varias fases. Hasta el momento, los científicos han instalado el sistema de riego en el invernadero experimental en la Estación Experimental Las Palmerillas. El siguiente paso será introducirlo en el programador de riego que utiliza cualquier agricultor. Para ello, pretenden simplificar al máximo el modelo, de forma que sólo se requieran tres sensores en el invernadero. “Una vez colocados, sólo se necesitaría unos pocos ensayos para su calibración y un mínimo asesoramiento a la hora de programar la aplicación en el controlador de riego que tienen todos los invernaderos almerienses”, reconoce.

Los resultados de esta investigación son fruto del proyecto de excelencia Controlcrop  de la Consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo de la Junta de Andalucía y del proyecto Power,  perteneciente al Plan Nacional  del Ministerio de Ciencia e Innovación y financiado con fondos FEDER.

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