Ottimizzare il potenziale dell'agricoltura indoor controllando i costi con misurazioni accurate

L'agricoltura ad ambiente controllato (CEA, Controlled Environment Agriculture), comprese le fattorie verticali, le fattorie in container, l'aeroponica e l'acquacoltura, sta attirando imprenditori consapevoli della richiesta di prodotti agricoli freschi e locali e la capacità di fornire i benefici sociali derivanti dalla produzione locale. 

L'espansione del mercato CEA è stata strettamente legata ai progressi tecnologici realizzati nel settore. I miglioramenti nell'illuminazione e nella progettazione degli impianti hanno consentito ai coltivatori e ai fornitori di apparecchiature di concentrarsi maggiormente sulle automazioni e sulle strategie di controllo. Sono stati compiuti molti progressi per raccogliere informazioni dal processo di coltivazione al fine di produrre in modo più efficiente e apportare maggiore flessibilità a queste operazioni. Di conseguenza, lo sviluppo basato sui dati ha plasmato il mercato, aiutando i produttori a fornire la qualità e le quantità che li rendono redditizi. Tutto ciò si somma a un aumento della filiera per distributori e supermercati locali per soddisfare le richieste dei buyer locali che vogliono supportare i produttori locali. Ciò avviene in un momento opportuno in cui la resilienza di queste risorse critiche è sotto i riflettori.

Importanti elementi costitutivi della moderna tecnologia di produzione delle colture sono le misurazioni dei sensori che forniscono le informazioni necessarie per prendere decisioni di controllo intelligenti. I dati di questi sensori vengono utilizzati per bilanciare le condizioni tra lo spazio di coltivazione e l'ambiente circostante, il che aiuta a ottimizzare le risorse, consentire l'automazione e ridurre la richiesta di manodopera di un'operazione. Tutto ciò si aggiunge a un modo più accurato di controllare i costi, il che pone molta responsabilità su tali misurazioni dei sensori.

Il ruolo della CO₂ nei controlli CEA

Tra le risorse utilizzate nella produzione CEA ci è l'arricchimento di gas  CO₂ , che stimola la fotosintesi, e deve essere fornito a uno spazio di coltivazione chiuso. La spesa e l'impatto ambientale del gas sono noti, pertanto sono fondamentali misurazioni accurate per controllare la fornitura. Le sfide per i sensori di CO₂  sono l'accuratezza, la stabilità e l'intervallo di misurazione di questi sensori, pertanto la scelta del sensore è molto importante. Un sensore di CO  per CEA non può utilizzare scorciatoie software per preservare la precisione e deve compensare l'umidità elevata e le fluttuazioni di temperatura. Questo non è possibile per molte opzioni a bassa tecnologia sul mercato.

Vaisala si è concentrata sulle misurazioni di CO₂ per le applicazioni industriali con la tecnologia CARBOCAP fin dagli anni '90, e questi sforzi hanno portato alla tecnologia dei sensori più stabile ed efficace per gli ambienti agricoli. Fornendo elevata precisione con un basso costo totale di proprietà, strumenti come la serie GMW90 e le sonde GMP252 sono la scelta ideale per l'uso CEA, e le unità portatili come la GM70 consentono misurazioni precise e mirate su ogni rastrelliera, pianta e foglia. 

Controlli dell'umidità per l'ottimizzazione del deficit di pressione del vapore

Per quanto riguarda l'umidità e la temperatura dello spazio di coltivazione, entrambe le variabili hanno impatti distinti e intervalli ottimali per ogni tipo di pianta. La stabilità e l'accuratezza a lungo termine delle misurazioni di umidità e temperatura delle sonde Vaisala come l'unità HMP110 contribuiscono a prevenire la condensa indesiderata e a resistere alle malattie, con affidabilità e bassa manutenzione.

Sebbene le relazioni di umidità siano state ampiamente comprese, il parametro meno noto del deficit di pressione di vapore (VPD, Vapor Pressure Deficit) ha un effetto molto più diretto sul potenziale di crescita di una pianta. Il deficit di pressione di vapore (VPD) in un ambiente di coltivazione è il rapporto tra la quantità di umidità presente nell'aria e la quantità di umidità che l'aria può trattenere quando è completamente satura. Questa differenza è quindi correlata alla temperatura dell'aria e alla temperatura delle foglie della pianta. L'analisi di queste variabili sia per lo spazio di coltivazione più ampio, sia per l'aria nello strato limite delle piante, o nella chioma fogliare, determina l'aggressività dell'aria ambientale che può attirare acqua e aria attraverso la pianta. 

Il VPD influenzerà direttamente i tassi di traspirazione delle piante e il modo in cui muovono l'acqua e le sostanze nutritive al loro interno. Questo tasso di traspirazione influenza quindi i tassi di utilizzo dell'acqua, i volumi di fertilizzante e l'energia HVAC necessaria per controllare l'umidità relativa e la temperatura nell'aria ambiente. Tutti questi effetti sono direttamente legati ai costi di esercizio, nonché alle potenziali quantità e qualità dei prodotti stessi.

Per calcolare il VPD, è necessario confrontare la differenza tra la pressione di vapore saturo delle piante (calcolabile se conosciamo la temperatura della foglia) e la pressione di vapore dell'aria (VPsat - VPair).

Per ottenere VPsat, è necessario conoscere la temperatura dell'ambiente saturo, in questo caso la foglia della pianta. Possiamo misurarlo con una pistola termica a infrarossi.

La formula per VPsat (in Kilopascal kPa) è:

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Dove T è la temperatura fogliare in gradi Celsius

Per ottenere VPair, è necessario conoscere la temperatura e l'umidità dell'aria, note insieme come umidità relativa. Possiamo misurarle con i sensori di umidità e temperatura nella camera di coltivazione.

La formula per VPair (in Kilopascal kPa) è:

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Dove T è la temperatura dell'aria in gradi Celsius e RH è l'umidità relativa

Per ottenere VPD, è necessario sottrarre la pressione di vapore effettiva dell'aria dalla pressione di vapore saturo. VPD = (VPsat - VPair).

Il VPD ideale sia per gli impianti che per l'efficienza HVAC è un intervallo molto più ristretto di quanto si possa pensare, con la differenza tra condizioni favorevoli e sfavorevoli che si riducono solo a qualche %UR e frazioni di grado di temperatura. Optare per sensori più precisi e stabili per fornire questi valori consentirà di controllare la qualità e i costi operativi in modo più efficace a lungo termine e i sensori Vaisala offrono le prestazioni per soddisfare tali esigenze.

Sensori e controlli di alta qualità sono il futuro di CEA

I casi di utilizzo reali sono un elemento importante anche per i settori in via di sviluppo, affinché la tecnologia e le tecniche siano sviluppate in modo pratico e i metodi di successo possano essere condivisi. È qui che clienti come Fifth Season Fresh e Damatex si pongono in primo piano, poiché dimostrano il valore dei dati di sensori affidabili e accurati per ottimizzare la propria tecnologia di automazione. Contribuiscono ad aprire la strada per rendere CEA e agricoltura verticale più accessibili e redditizie, portando con sé i benefici sociali di fonti alimentari pulite, fresche e locali. Noi di Vaisala siamo lieti di sostenere questa applicazione trasformativa.

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