CC BY
68УДК 631.589.2
МОДЕЛЬ ПОЛУАВТОМАТИЗИРОВАННОЙ РОТОРНОЙ ГИДРОПОНИКИ
СадовАртем Александрович - старший преподаватель кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ.
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. 8-996-187-9731, Е-mail: artemsadov@yandex.ru)
Носков Алексей Иванович - студент направления - 35.03.06 агроинженерия, - профиль Технические системы в агробизнесе. ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620137 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Июльская 20. Уральский государственный аграрный университет, тел. 8-932-617-68-46, E-mail: alNos98@yandex . ru)
Волков Дмитрий Олегович - студент направления — 35.03.06 агроинженерия, - профиль технический сервис в АПК. ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. 8-909-70034-08, Е-mail: dmitriivolkov 1996@mail. ru)
Рецензент: Новопашин Л.А., кандидат технических наук, доцент заместитель декана факультета инженерных технологий по научной работе ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет. (620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-33- 63, Е-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Ключевые слова: гидропоника, сельское хозяйство, закрытый грунт, автоматизация, ротор, урбанизация.
Анотация
в современном мире очень широко начинает развиваться растениеводство без контакта с грунтом. Проведен обзор различных роторных гидропонных систем, существующих и разрабатываемых. Современные образцы ещё нуждаются в систематизации подбора материалов, системных и программных компонентов, из которых они будут собираться, выборе наиболее оптимальных, в зависимости от выращиваемой культуры, габаритов. Для исследования возможностей конструкции, надежности и функционала установки была разработана и собрана модель роторной гидропоники, для изучения на ней технических особенностей выращивания в роторной гидропонике.
MODEL OF SEMI-AUTOMATED ROTARY HYDROPONICS. A.A. Sadov -- senior lecturer Ural state agrarian University (620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 996-187-9731, E-mail: artemsadov@yandex.ru)
A.I. Noskov - student direction-35.03.06 Agroengineering, - profile Technical systems in agribusiness. Ural GAU
(620137, Sverdlovsk area, Ekaterinburg, street of Iyulskaya 20. Ural state agrarian University, tel. 8-932-617-68-46, E-mail: alNos98@yandex . ru)
D.O. Volkov - student direction-35.03.06 Agroengineering, - profile technical service in agriculture. Ural GAU
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42 tel. 8-909-700-34-08, E-mail: dmitriivolkov1996@mail.ru)
Reviewer: Novopashin L. A., candidate of technical Sciences, associate Professor Deputy Dean of the faculty of transport and technological machines and service for scientific work of the Ural state agrarian University. (620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, E-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Keywords: hydroponics, agriculture, closed ground, automation, rotor, urbanization. Annotation
in the modern world, crop production begins to develop very widely without contact with the ground. The review of various rotary hydroponic systems existing and being developed is carried out. Modern samples still need to systematize the selection of materials, system and software components from which they will be collected, choosing the most optimal, depending on the cultivated crop, dimensions. To study the design possibilities, reliability and functionality of the plant, a model of rotary hydroponics was developed and assembled, to study the technical features of growing in rotary hydroponics on it. Основная часть:
Роторная гидропонная система — это относительно недавняя разработка в области сельского хозяйства. Основными ее особенностями являются:
1. То, что ее внешний вид напоминает колесо;
2. Такой тип гидропонной установки имеет постоянно подвижную часть — медленно вращающийся циллиндр, на котором расположен растительный субстрат;
3. В роторной гидропонике питательный раствор подается к корням методом частичного временного затопления, когда растения проходят нижнюю часть круга;
4. Вращение диска происходит вокруг источника света;
5. Компания Volksgarden, ссылаясь на собственные опыты и исследования сообщают, что под воздействием постоянного вращения у овощей и зелени эффективно вырабатывается гормон ауксин и флавоноиды. В результате растения растут более крупными, быстрее и обильно плодоносят. Такая конструкция влияет и на вкус плодов.
6. Растения держатся в роторной гидропонике корнями за субстрат, который закрепляется за вращающийся диск.
Обзор информации по роторной гидропонике приводит к выводу, что такой принцип выращивания растений появился как идея, и начал активно развиваться в космической отрасли. Вращающаяся гидропонная система — Rotary Hydroponic System «зеленое колесо» разработанная NASA с использованием дизайна Миланской дизайн-студии DesignLibero.
Рисунок 1 - Rotary Hydroponic System.
Роторная гидропонная установка от NASA устроена следующим образом: на подставке, которая является резервуаром для питательного раствора, установлено колесо. Колесо приводится в действие посредством мотора. По мере вращения колеса корни растений опускаются в питательный раствор, а встроенная помпа следит за уровнем раствора. Стаканчики с растениями помещают во внутреннюю часть колеса, в которой предусмотрены специальные отверстия для них. Стаканчики наполняются субстратом, на подобие кокосового волокна. В роторной гидропонике предпочтительны легкие субстраты, не задерживающие в себе очень большого количества воды, так как находясь в подвещенном состоянии они создают нагрузку на колесо. Полностью автоматизированная гидропонная установка. Колесо может управляться при помощи смартфона или планшета. Можно установить уровень освещенности, температуру и следить за уровнем воды. Это позволяет выращивать практически любой вид растений.
Также специалисты из компании Volksgarden разработали гидропонную систему и назвали ее Omega Garden. Omega представляет собой цилиндрический корпус, который состоящая из 36 модулей. Корпус состоит из блоков и вращается вокруг источника света (LED-светильник) наподобие карусели. Движение происходит постоянно и с небольшой скоростью. В нижней точке круга корни растений проходят через питательный раствор. В блоках можно выращивать до 80 растений. По словам разработчиков, лучше всего в таком «огороде» себя чувствуют салаты, подвид обыкновенной свеклы - мангольд, бобовые, а также некоторые сорта цветов. Хорошо плодоносят в роторной гидропонике овощные и ягодные культуры: перец, помидоры, огурцы, баклажаны, клубника.
Рисунок 2 - Модель гидропоники Volksgarden Supra™ с взрослыми растениями базилика.
На рисунке 2 изображена модель роторной гидропоники фирмы Volksgarden, торговой модели Supra. Это полностью готовая к использованию конструкция, состоящая из цилиндра, люминесцентных ламп, поддона для питательного раствора, а также стоек и двигателя для вращения цилиндра. Общий размер конструкции в сборке составляет, в высоту: 51 дюйм, примерно 13716 мм; периметр цилиндра составляет 37% дюйма, это около 940 мм; и внутренний диаметр от центра окружности до поверхности цилиндра где располагается субстрат: 23 дюйма = 584,2 мм.
В одном таком блоке можно выращивать 80 растений, блоки можно комбинировать между собой, используя общий поддон и систему питания питательным раствором нескольких установок, а также удлиняя одну стойку под несколько цилиндров с растениями.
Таким образом, можно сделать вывод, что роторая гидропоника должна отвечать нескольким требованиям. Например, стойка для ротороной гидропоники должена быть выполнена из прочного материала, неподдающегося корозии. Корпус циллиндра должен быть химически нейтрален, никак не взаимодействовать с питательным раствором, никак не изменять своих свойств под воздействием влаги. Лампы в роторной гидропонике, используются люминисцентные и светодиодные источники света, но возможно также гипотетическое применение прочих типов освещения пригодного для выращивания растений, должны давать свет с минимальным выделением температуры, так как растения расположены достаточно близко от источников света, быть защищены от влажности.
Электронные компоненты роторной гидропоники должны быть надежно защищены от возможного взаимодействия с влагой. Возможность попадания воды и раствора к электронным компонентам должна быть максимально минимизированна, по возможности исключена вовсе.
Минусами современной роторной гидропоники можно назвать сложность в смене питательных растворов. Так как они не универсальны, и под каждую культуру требуется свой,
предпочтительный для данной культуры в зависимости от периода вегитации и прочих факторов, состав. Чтобы сменить питательный раствор необходимо смыть остатки старого раствора, следовательно необходимо чистить полностью всю установку. Нету регулировки освещения: свет лампы не регулируется по режимам, яркости и другим параметрам. То есть для смены типа освещения с фито ламп, например, на теплый led — включаемый в ситифермах для имитации ночного периода роста растений, необходимо полностью заменить лампу. За установкой необходим сложный уход: промывать установку в труднодоступных местах, иначе такие места могут стать причиной роста грибка, появления неприятного запаха и прочих неприятностей. В качестве предложения по этой проблеме можно предложить установку на модель гидропоники бактерицидных ультрафиолетовых излучателей для обеззараживания установки. Для обслуживания гидропоники раз в 2-3 дня из установки достаются растения, сливается полностью раствор и проводится кварцевание. После растения обратно вставляются в установку, заменяется питательный раствор.
В разработанной на базе «Молодежного инновационного центра» Уральского ГАУ была создана модель роторной гидропоники. В созданной модели для изготовления лампы использовались фито светодиоды для выращивания растений. На заготовке из теплопроводящего материала были равномерно расположены 36 фито светодиодов, соединенные последовательно. Для дополнительной защиты от перегрева по краям лампы были установлены два вентилятора. Вентиляторы, помимо охлаждения лампы, также выполняли функцию по обеспечению движения воздуха в установке. В движение цилиндр приводился шаговым двигателем. Шаговый двигатель управлялся с помощью драйвера двигателя и програмно-аппаратного модуля. Корпус и сам циллиндр были выполненны из листового ПВХ пластика. Данный материал не реагирует на влагу, легко поддается обработке, не взаимодействует с раствором питательных веществ и не пропускает воду.
Рисунок 3 - Модель роторной гидропоники Уральского ГАУ.
В частности, создаваемая нами гидропоника отвечает выше сказанным требованиям что несомненно позволяет ей быть конкурентноспособной среди других образцов. Согласно представленных требований будет продолжена научная работа в дальнейшем.
Рисунок 4 - Модель роторной гидропоники Уральского ГАУ.
Вывод:
В мире активно развиваются гидропонные технологии выращивания, и как одна из моделей такого выращивания может являтся роторная гидропоника. Начавшая свой путь как концепт для космической отрасли, постепенно развиваясь, сейчас она активно развивается благодаря преимуществам в экономии пространства и энергии. Уже существуют несколько независимых разработок, предлагающих свои идеи по организации использования роторных гидропонных систем как для частного, так и для промышленного использования. Роторная гидропоника имеет как свои плюсы, так и минусы. Устранение недостатков, расмотренных в статье, увеличит конкурентноспособность роторного способа возделывания, такие иззыскания ведутся. Данный вид гидропоники будет и дальше развиваться.
Библиографический список
1. Садов А.А. Проект роторной гидропонной установки с автоматизированным процессом выращивания культур/ Садов А.А., Потетня К.М., Носков А.И.,// Научно-технический вестник технические системы в АПК 2019. - №3(3). - С. 39-45. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=38096672 (дата обращения 22.10.2019)
2. Комарова А.О. Выращивание томатов на малообъёмной гидропонике/ Комарова А.О., Карпухин М. Ю.// Молодёжь и наука. 2018. - №7. - C. 6. URL: http://min.usaca.ru/uploads/article/attachment/3918/Комарова_.pdf (дата обращения 22.10.2019)
3. Болтовский С.Н. Плюсы и минусы гидропоники / Болтовский С.Н., Баймухамбетов С.Р., Демчук Е.В.,// Новая наука: современное состояние и пути развития 2016. - №12-4. - С. 4648. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_27724511_82483346.pdf (дата обращения 22.10.2019)
4. Бондаренко Е.В. Выращивание некоторых видов культур в малообъемной гидропонике// Молодой исследователь Дона. 2018. №4(13). - С. 18-23. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vyraschivanie-nekotoryh-vidov-kultur-v-maloobemnoy-gidroponike (дата обращения 22.10.2019)
5. Руткин Н.М. Урбанизированное агропроизводство (сити-фермерство) как перспективное направление развития мирового агропроизводства и способ повышения продовольственной безопасности городов / Руткин Н.М., Лагуткина Л.Ю., Лагуткин О.Ю.,// Вестник Астраханского государственного технического университета. 2017. Сер.: рыбное хозяйство №4. С. 95-108. URL: https://cyberleninka.m/article/n/urbanizirovannoe-agroproizvodstvo-siti-fermerstvo-kak-perspektivnoe-napravlenie-razvitiya-mirovogo-agroproizvodstva-i-sposob (дата обращения: 22.10.2019).
Bibliographic list
1. Sadov A.A. Project of a rotary hydroponic plant with an automated process of growing crops / Sadov A. A., Potetnya K. M., Noskov A. I., // Scientific and technical Bulletin technical systems in agriculture 2019. - No. 3(3). - С. 39-45. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=38096672 (appeal date: 10/22/2019).
2. Komarova A.O. growing tomatoes on low-volume hydroponics/ Komarova A. O., Karpukhin M. Yu. // Youth and science. 2018. - No. 7. - C. 6. URL: http://min.usaca.ru/uploads/article/attachment/3918/Комарова_.pdf (appeal date: 10/22/2019).
3. Boltovsky S.N. Pros and cons of hydroponics / Boltovsky S. N., baymukhambetov S. R., Demchuk E. V., // New science: current state and ways of development 2016. - No. 12-4. - С. 46-48. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_27724511_82483346.pdf (appeal date: 10/22/2019).
4. Bondarenko E.V. Cultivation of some types of crops in low-volume hydroponics/ / Young researcher of the don. 2018. No. 4(13). - C. 18-23. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vyraschivanie-nekotoryh-vidov-kultur-v-maloobemnoy-gidroponike (appeal date: 10/22/2019).
5. Rutkin N.M. Urbanized agricultural production (city-farming) as a promising direction of development of world agricultural production and a way to improve food security of cities / Rutkin N. M., Lagutkina L. Yu., Lagutkin O. Yu., // Bulletin of Astrakhan state technical University. 2017. Ser.: fisheries No. 4. C. 95-108. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/urbanizirovannoe-agroproizvodstvo-siti-fermerstvo-kak-perspektivnoe-napravlenie-razvitiya-mirovogo-agroproizvodstva-i-sposob (appeal date: 10/22/2019).
