Investigadores mexicanos diseñan un sistema aeropónico alimentado con energía solar para agricultura vertical sin conexión a la red

Investigadores del Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (Cibnor), de México, han desarrollado un sistema aeropónico vertical de código abierto y alimentado con energía solar para aplicaciones agrícolas sin conexión a la red.

Los sistemas aeropónicos cultivan plantas sin suelo, suspendiendo sus raíces en una cámara cerrada y rociándolas periódicamente con una niebla o solución rica en nutrientes. Este método suministra agua y nutrientes directamente a las raíces de las plantas y puede reducir el consumo de agua mediante la recirculación de la solución nutritiva no utilizada. Los sistemas aeropónicos verticales también pueden albergar múltiples plantas en una superficie relativamente pequeña.

Denominado Totem, el sistema fue diseñado para la producción de alimentos de bajo costo. Los archivos de diseño del hardware, firmware e interfaz gráfica de usuario (GUI) del proyecto están disponibles en línea.

«La agricultura en ambiente controlado (CEA), en particular la aeroponía, permite una producción eficiente de cultivos con un menor uso de agua y nutrientes; sin embargo, la mayoría de los sistemas existentes dependen de la electricidad de la red e implican altos costos de implementación», señalaron los investigadores. «Totem proporciona una plataforma escalable y de bajo costo para agricultura vertical con aplicaciones en producción urbana de alimentos, investigación y educación, particularmente en entornos con recursos limitados o sin conexión a la red».

El sistema consta de ocho módulos interconectados: crecimiento, depósito, bomba, filtro, entrada-drenaje, control, alimentación y solar. Está construido principalmente con componentes de PVC disponibles comercialmente. Su torre de cultivo, de 1,5 metros de altura, contiene 24 sitios de plantación distribuidos en seis filas escalonadas, con las plantas sostenidas en macetas de rejilla y sus raíces suspendidas dentro de una cámara cerrada.

Una bomba de diafragma de 12 V extrae la solución nutritiva del depósito y la envía a través de un filtro Azud Modular R de malla 100 antes de conducirla hacia una tubería central de distribución de 1,5 metros equipada con 24 boquillas de nebulización de baja presión.

Las boquillas rocían las raíces expuestas a intervalos programados, mientras que el exceso de solución regresa por gravedad al depósito para su reutilización, formando un circuito cerrado de recirculación. Un microcontrolador ESP32-Wroom opera la bomba y transmite los datos de funcionamiento mediante Wi-Fi a una interfaz gráfica basada en web.

Un panel fotovoltaico policristalino de 50 W suministra electricidad, a través de un controlador de carga, a dos baterías de 12 V y 12 Ah conectadas en paralelo, que proporcionan 288 Wh de almacenamiento nominal y una autonomía estimada de 2,7 días sin carga solar.

Para demostrar el desempeño del sistema, los investigadores realizaron un ensayo de cultivo de albahaca de 55 días, durante el cual la bomba funcionó durante 30 segundos cada 30 minutos, completando 48 ciclos de riego al día. El sistema permaneció operativo durante todo el ensayo y permitió realizar dos cosechas sucesivas.

Los investigadores estimaron el consumo diario de electricidad en 44,9 Wh, incluidas las pérdidas del sistema, mientras que se calculó que el módulo fotovoltaico de 50 W generaba 136,5 Wh/día bajo condiciones solares locales conservadoras. El prototipo tiene un costo estimado de materiales de 719,51 dólares.

«La principal contribución de Totem es la integración documentada de componentes estructurales, hidráulicos, electrónicos, de software y de energía sin conexión a la red, acompañada de archivos de diseño y una lista detallada de materiales», concluyeron los investigadores. «El experimento respalda la viabilidad técnica en las condiciones ensayadas, mientras que el desempeño agronómico comparativo y la vida útil a largo plazo requieren evaluaciones comparativas controladas y ensayos de múltiples ciclos. La gestión automatizada del pH y la CE representa una prioridad adicional para futuros desarrollos».

El estudio, “TOTEM: A low-cost solar-powered aeroponic system for vertical agriculture” (TOTEM: Un sistema aeropónico de bajo costo alimentado por energía solar para la agricultura vertical.), fue publicado en HardwareX.