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HydroGreen Point

As mudanças climáticas combinadas com o aumento da urbanização e população mundial estão a aumentar o risco do aparecimento de eventos disruptivos como epidemias, inundações ou fogos florestais. Neste contexto, é importante a melhoria da resiliência dos ambientes urbanos reduzindo a sua dependência no fornecimento de energia e alimentos de fontes remotas. Os benefícios são amplos, produzir energia e alimentos mais próximos do local onde são produzidos reduz também os custos e impactos do seu transporte para além de aumentar a resiliência urbana a possíveis quebras nas cadeias de distribuição. A hidroponia e um sistema de cultivo sem terra, que apresenta poupança de até 80% da água necessária para a produção de vegetais. É para além disso altamente produtivo e permite a otimização da área de cultivo, sendo possível montar sistemas verticais ou em camadas sobrepostas. Estas vantagens tornam a hidroponia uma forma de cultivo especialmente apta a ser utilizada em meios urbanos, onde o solo é escasso. O HydroGreen Point é uma estrutura modular que combina uma unidade de hidroponia, com produção solar e um sistema de automação e controlo com interface. A estrutura pode ser fabricada digitalmente com uma fresadora CNC de placas de OSB, contraplacado, ou qualquer outro material plano que seja adequado para uso no exterior. O conceito foi desenvolvido em colaboração com Diogo Guerreiro para um concurso em 2017. Propõe-se o uso de recursos locais combinados com uma mistura de tecnologias open-source e vernaculares para providenciar uma pequena unidade auto-suficiente de produção de alimentos. O objectivo principal era alertar para o problema e fornecer informação e conhecimento sobre o uso da hidroponia em ambientes urbanos.

Estrutura

A forma do HydroGreen Point (HGP) é condicionada pelo objectivo especifico de funcionar como ponto de informação num espaço público. Portanto, foi concebido como uma estrutura modular fácil de transportar, composta por quatro módulos sobrepostos com funções específicas: hidroponia, controlo, iluminação e energia solar. A forma resulta da translação e transformação de um quadrilátero verticalmente. A estrutura assimétrica responde à necessidade de se orientar para beneficiar da exposição solar. A opção por uma estrutura alta permite beneficiar do efeito de chaminé, reforçando a ventilação natural e simultaneamente favorecer a exposição solar do painel. A forma é também condicionada pela opção de criar um ecrã de comando do sistema de controlo. Apenas essa face do HGP é opaca para maximizar a exposição solar das plantas.

O modulo da base, que contém os equipamentos técnicos (baterias, depósitos, bombas), foi também mantido opaco para proteger os componentes do aquecimento causado pela insolação, em particular o depósito da solução hidropónica. Duas das faces do módulo, Nascente e Poente, são rebatíveis para facilitar a manutenção.

Por trás do ecrã, no módulo de controlo, estão colocados os componentes electrónicos, numa caixa com acesso pela parte frontal. O módulo de controlo também prevê que as faces transparentes abram para permitir a manutenção das plantas e aumentar a ventilação em caso de aumento da temperatura.

Para materializar a estrutura optou-se por usar um sistema construtivo de elementos planos recortados com CNC de placas standard de madeira compósita – OSB 3 de 15mm de espessura. Esta solução permite uma grande flexibilidade geométrica, boa resistencia mecânica e usa materiais ecológicos e renováveis. Toda a estrutura é montada com recurso a encaixes por pressão. Os paineis opacos sao compósitos de aglomerado negro de cortiça e contraplacado de eucalipto de 9mm. A face visível é em cortiça, que tem uma excelente resistência à exposição solar, sendo reforçada na face interior com barras de contraplacado embutido na cortiça. Isto permite melhorar a resistência mecânica da cortiça não aumentando significativamente o peso dos painéis. Para aumentar a resistência dos paineis nas arestas será realizado um aro de contraplacado. Os módulos são assemblados independentemente e unidos por meio de um encaixe de malhete. As partes translúcidas dos módulos de controlo, iluminação e energia solar serão em acrílico de 3mm. À exceção do acrílico, todos os materiais do sistema construtivo são resultado de fontes renováveis e são reutilizáveis.

Hidroponia

Existem diversos sistemas de cultivo hidropónico. Optamos por usar o sistema NFT (Nutrient Film Technique) que é de mais fácil automação e escolhemos as alfaces, por serem as plantas mais simples de cultivar. O sistema NFT mais frequente usa um sistema de tubos por onde é circulada a solução nutritiva. Os tubos sao furados para inserir as plantas, com afastamentos entre furos e entre tubos paralelos de acordo com o porte das plantas. A solução nutritiva reside num tanque plástico isolado da luz solar para evitar o aparecimento de algas. Um sistema de produção completo é constituído por três fases: germinação, berçário e produção.

O sistema hidroponico proposto tem uma capacidade para 40 plantas em produçao e 15 plantas em berçário com um depósito de 60l. Possui uma bomba submersível de 12V, que funciona por períodos de 15 minutos entre o nascer do sol e o por do sol e apenas por 3 períodos de 15 minutos durante a noite. Isto significa que a bomba está em funcionamento durante metade do período diurno. O sistema prevê ainda a instalação de uma bomba de ar para oxigenar a solução. Uma sonda de nível, uma electroválvula ligada ao abastecimento de água, uma sonda de PH, duas bombas peristálticas para correção do PH da solução nutritiva. Está também prevista a colocação de um sensor de temperatura e humidade para monitorização do espaço da estufa.

Um Raspberry Pi controlará o funcionamento da bomba e ajustará o período de funcionamento em função da variação anual da duração do dia. Controlará também o funcionamento da bomba de ar, recolherá leituras de PH através da respetiva sonda, ativando as bombas peristálticas para adicionar líquido de correcção ácido ou básico à solução conforme as necessidades. Controlará também o nível da solução no depósito para se necessário adicionar água, abrindo a electroválvula, e enviar um email de alerta. Os sensores de temperatura e humidade permitirão monitorizar a temperatura no interior do HydroGreen Point, notificando por email caso a temperatura suba em excesso. Nesse caso e possível abrir as portas da estufa para aumentar a ventilação.

O sistema de automação instalado permitirá uma autonomia de 15 dias. Quinzenalmente será necessário adicionar solução nutritiva e recolher as alfaces produzidas. As plantas em berçário mudam para a produção e 15 novas sementes germinadas sao inseridas no berçário.

Mapa de Quantidades

Uma lista de quantidades dos sistemas de hidroponia e automação é apresentada em baixo. Se decidir construir um sistema destes por favor partilhe os resultados e a experiência.

Ligações Úteis

A Atlas Scientific vende kits para montagem de sistemas IOT (Internet of Things) com água. O PH Kit, Conductivity Kit, Temperature Kit, Dissolved Oxygen Kit são exemplos de soluções que podem ser usadas. A Sparkfun também vende sensores e kits de PH, sensores de temperatura de água e condutividade eléctrica. Sondas de nível estão disponíveis aqui e bombas submersíveis de 12v aqui e aqui. Este é um projecto que demonstra como usar um arduino para controlar bombas regar plantas e aqui uma bomba peristáltica.

 





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