Aportaciones al modelado y control climático de invernaderos
- Autores: Ana Paola Montoya Ríos
- Directores de la Tesis: Francisco de Asís Rodríguez Díaz (dir. tes.), José Luis Guzmán Sánchez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Número de páginas: 232
- Títulos paralelos:
- Contributions to the modeling and climate control ofgreenhouses
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Vázquez Serrano (presid.), Manuel Berenguel Soria (secret.), José Miguel Molina Martínez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Informática por la Universidad de Almería
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: riUAL
- Resumen
- español
La agricultura protegida es una herramienta fundamental para afianzar la seguridad alimentaria de una población creciente en un entorno de cambio climático y uso racional de los recursos naturales. La tecnificación de la agricultura bajo condiciones protegidas permite incrementar la productividad de los cultivos, lo que ha generado una brecha productiva entre las instalaciones tecnificadas y las que no. Para disminuir esta disparidad no basta solo con transferir tecnología, además, es necesario adaptar y desarrollar tecnologías y técnicas propias a las condiciones microclimáticas, socioeconómicas y de manejo de cultivo del lugar donde se implanten este tipo de instalaciones. La agricultura protegida es una herramienta fundamental para afianzar la seguridad alimentaria de una población creciente en un entorno de cambio climático y uso racional de los recursos naturales. La tecnificación de la agricultura bajo condiciones protegidas permite incrementar la productividad de los cultivos, lo que ha generado una brecha productiva entre las instalaciones tecnificadas y las que no. Para disminuir esta disparidad no basta solo con transferir tecnología,además, es necesario adaptar y desarrollar tecnologías y técnicas propias a las condiciones microclimáticas, socioeconómicas y de manejo de cultivo del lugar donde se implanten este tipo de instalaciones. El control climático de invernaderos es una de las áreas de la agricultura protegida en las que se ha presentado mayor desarrollo, dada su influencia directa en la productividad, calidad y rentabilidad del cultivo. En los últimos años, en esta área se han realizado esfuerzos por desarrollar tecnologías en los diversos campos que componen. En esta tesis doctoral se realizan aportes a la tecnificación de la agricultura protegida en las áreas de instrumentación, modelado y control climático. En el área de instrumentación, se desarrollan sistemas de monitorización y control de bajo coste, como herramienta pertinente para tecnificar la agricultura de los pequeños agricultores que cuentan con instalaciones poco tecnificadas. En este sentido, se describe la metodología, implementación y prueba de una red de aspiropsicrómetros de bajo coste para la monitorización de la variabilidad espacial de la temperatura y humedad al interior de un invernadero. Por otra parte, en relación a los procesos de modelado, se obtienen estructuras de alto orden y de orden reducido con fines de simulación y control, que describen de forma ajustada la dinámica de la temperatura interior del invernadero de ensayos. Además, se obtiene un modelo híbrido de la temperatura interior que permite expresar de manera formal la interacción entre dinámicas de variables continuas y discretas del sistema en época de invierno. Por último, en el área de control climático, se desarrollan y validan controladores por adelanto de la temperatura diurna con ventilación natural empleando nuevas técnicas de sintonía, los cuales compensan perturbaciones medibles antes que estas afecten la dinámica del sistema. Para la regulación nocturna de la temperatura interior del invernadero en clima frío, se desarrolla un controlador predictivo híbrido basado en modelo empleando un sistema de calefacción mixto, compuesto por un calefactor de aire caliente y uno de tuberías.
El trabajo aquí presentado ha tomado gran cantidad de tiempo en ser desarrollado, realizándose dos estancias de investigación e incontables ensayos, tanto personalmente como en línea, para la obtención de los resultados que presentan en este documento. Se aspira a que los aportes aquí expuestos contribuyan con la disminución de la brecha productiva entre invernaderos tecnificados y no tecnificados, permitiendo su implementación en estos últimos.
- English
Protected agriculture is a fundamental tool to support food security for a growing population in an environment of climate change and rational use of natural resources. Technication of protected agriculture allows increasing the productivity of crops, which has generated a productive gap between the technied facilities and those that are not. To decrease this disparity is not enough to transfer technology, in addition, it is necessary to develop technologies and techniques adapted to the microclimatic, socioeconomic and crop management conditions of the place where this type of facilities are implanted.
Given its direct inuence on the productivity, quality and protability of the crop, greenhouse climatic control is one of the areas of protected agriculture which has presented a greater development. In recent years, eorts have been made in this ambit to develop technology in various related elds.
Through this doctoral dissertation, contributions are made to the technication of protected agriculture in the areas of instrumentation, modeling and climate control. In the instrumentation area, low-cost monitoring and control systems are being developed as a relevant tool to modernize the low-tech facilities of small holders. In this sense, the methodology, implementation and testing of a low-cost psychrometers-network are described for monitoring the spatial variability of temperature and humidity inside a greenhouse. In relation to modeling, high and reduced order models, with simulation and control proposes are obtained. These structures t to the internal temperature dynamics of the tested greenhouse. Furthermore, a hybrid model of the inside temperature, which allows a formal representation of the interaction between dynamics of continuous and discrete variables of the system in cold weather, is obtained. Finally, in the climatic control area, feedforwad controllers obtained using new tuning-rules are developed and validated. These controllers compensate measurable disturbances before they aect the dynamics of the inside temperature. To regulate the nocturnal greenhouse temperature during winter, a hybrid model predictive controller is developed to regulate the temperature using a mixed heating system, consisting of a hot air heater and a hot water pipe one. This thesis has taken long time, where two research stays and countless online trials were made to obtain the results presented in this document. It is intended that the contributions presented here help to decrease the productive gap between technied and non-technied greenhouses, allowing their implementation in the latter ones.
- español
