Contribuciones al modelado y simulación de sistemas de cultivo intensivos. Contributions to the modelling and simulation of intensive growing systems.
- Autores: Jorge Antonio Sánchez Molina
- Directores de la Tesis: Francisco Rodríguez Díaz (dir. tes.), José Luis Guzmán Sánchez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2015
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Xue Xuzhang (presid.), Manuel Berenguel Soria (secret.), Antonio Ruiz Canales (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
La agricultura es uno de los principales motores económicos de la provincia de Almería (sudeste de España), en la que se sitúa la mayor concentración de invernaderos del mundo. Hasta hace unos años, se ha mantenido una alta presencia en el mercado internacional, debido fundamentalmente a los relativamente bajos costes de producción y a la oferta de productos fuera de estación, existiendo además poca competencia por parte de países en vías de desarrollo. Esta competencia está creciendo actualmente, tanto por parte de sectores muy tecnificados de países desarrollados, que ofertan buena calidad y servicio a costo medio, como con nuevos sectores en países menos desarrollados con costes de producción muy bajos. Únicamente la mejora de la productividad y la calidad pueden permitir el mantenimiento de la rentabilidad, siendo la tecnología parte esencial de este proceso. Actualmente, se está realizando un gran esfuerzo encaminado a la introducción de tecnología en cada una de las fases de la cadena de comercialización agrícola. Evidentemente, la fase de producción en el invernadero es la más importante, por lo que deben realizarse los mayores esfuerzos por mejorar tanto la cantidad como la calidad de los frutos. El crecimiento de un cultivo se encuentra fundamentalmente determinado por las variables climáticas del entorno en el que se encuentra y por la cantidad de agua y fertilizantes que se le aplican mediante el riego; por tanto, el adecuado manejo de estas variables permitirá controlar el crecimiento del cultivo. Por esta razón un invernadero es ideal para cultivar, ya que al ser un recinto cerrado, se pueden manipular estas variables para alcanzar un crecimiento y desarrollo óptimo de las plantas. Sin embargo, el hecho de conseguir las condiciones óptimas de las variables climáticas y de fertirrigación supone un coste económico en cuanto a energía, agua y fertilizantes. Por tanto, lo ideal desde el punto de vista económico no sería obtener el máximo de producción, sino maximizar el beneficio entendido como la diferencia entre los ingresos procedentes de la venta de la producción final y sus costes asociados.
El clima y la fertirrigación son dos sistemas independientes, por lo que plantean problemas de control diferentes. Por tanto, el objetivo principal de la presente tesis es la incorporación de modelos climáticos y de balance hídrico a un sistema de control óptimo jerárquico del crecimiento de cultivos bajo invernadero, en el que se integran criterios económicos y energéticos de forma que se maximice la diferencia entre el beneficio bruto obtenido por la venta del cultivo y los costes de producción asociados a los sistemas de actuación climáticos y de riego. Para llevarlo a cabo se ha requerido el cumplimiento de algunos objetivos específicos, como el diseño, estudio y modelado de un sistema de almacenamiento de CO2, enriquecimiento y calefacción basado en la combustión de un combustible barato como es la biomasa vegetal procedente de residuos agrícolas, estudio y modelado de las variables que caracterizan al crecimiento del cultivo, así como de algunas variables que afecta al balance hídrico de los sustrato. Estos nuevos desarrollos se integrarían en una arquitectura de control jerárquica de dos capas que controle el sistema cultivo/clima/riego. La capa superior, en función de la producción esperada y sus costes asociados o de la fecha de recolección, resuelve un problema de optimización que maximiza una función objetivo que representa el beneficio obtenido en función de las variables climáticas y de riego que afectan al crecimiento de las plantas, proporcionando las consignas que deben seguir dichas variables a lo largo de la campaña. La capa inferior incluye los controladores necesarios para que se alcancen las consignas calculadas en la capa superior.
La presente tesis no se ha limitado simplemente al desarrollo de modelos, sino que ha requerido una importante labor de experimentación en campo durante varios años con la finalidad de obtener datos necesarios para la calibración y validación de modelos. Algunos de los desarrollos contenidos en esta tesis han sido incluso implantados en sistemas de control comerciales a través de contratos de transferencia de tecnología.
