CC BY
67УДК 629.7
ПРОЕКТ РОТОРНОЙ ГИДРОПОННОЙ УСТАНОВКИ С АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ
ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ КУЛЬТУР
Садов Артем Александрович, аспирант кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. 8-996-1879731, Е-mail: artem sadov@yandex. ru)
Потетня Константин Михайлович преподаватель кафедры технологических и транспортных машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-3363, E-mail: gto992@mail.ru)
Носков Алексей Иванович студент направления - 35.03.06 агроинженерия, - профиль Технические системы в агробизнесе. Кафедра - транспортно-технологических машин и сервиса. ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620200 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Июльская 20. Уральский аграрный государственный университет, тел. 8-902-261-54-39, E-mail: alNos98@yandex.ru)
Рецензент: Юсупов М.Л. - декан факультета транспортно-технологических машин и сервиса кандидат экономических наук, доцент. Почетный работник высшего профессионального образования РФ. ФГБОУ ВО Уральский ГАУ. (620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта д.42, тел. 8 (343) 221-41-02 E-mail: mamed.yusupov.2014@mail.ru)
Аннотация: Благодаря обзору научной литературы рассматривается использование гидропоники для выращивания зеленых культур в современных условиях урбанизации, и связанные с этим проблемы как в эксплуатации самих систем, так и сложности в цепочке «производитель-потребитель». В связи с большим количеством недостатков, как способ решения и минимизации недостатков в выращивании растений рассматривается применение роторной гидропонной системы, которое дает возможность на меньшей площади покрытия получить большую площадь посадочных мест, чем при вертикальном методе выращивания. Уменьшить количество применяемого человеческого труда путем автоматизации выращивания растении за счет применения программно-аппаратных модулей.
Ключевые слова: гидропоника, сельское хозяйство, энергосбережение, ротор, автоматизация, урбанизация.
PROJECT OF ROTARY HYDROPONIC INSTALLATION WITH AUTOMATED CULTURE
GROWING PROCESS
A.A. Sadov, graduate student of the department of technological and transport machines Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Libknecht str., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, Email: artemsadov@yandex.ru)
K.M. Potetnya teacher of the department of technological and transport machines Ural State Agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht st., 42 tel. +7 (343) 371-33-63, E-mail: gto992@mail.ru)
A.I. Noskov the student of 1 course in the direction of 35.03.06 agro engineering, profile of Technical systems in agribusiness. Department-transport and technological machines and service. Of the Ural SAU
(620200 Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Iyulskaya street 20. The Ural state agrarian University, phone 8-902-261-54-39, E-mail: alNos98@yandex.ru)
Reviewer: Yusupov M.L. - Dean of the Faculty of Transport and Technological Machines and Service, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor. Honorary Worker of Higher Professional Education of Russia. Ural State Agrarian University. (620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht str. 42, tel. 8 (343) 221-41-02, E-mail: mamed.yusupov.2014@mail.ru)
Annotation: A review of the scientific literature examines the use of hydroponics for growing green crops in the current urban environment and the associated challenges in both the operation of the systems themselves and the complexity of the producer-consumer chain. Due to the large number of shortcomings, as a way to solve and minimize the shortcomings in the cultivation of plants, the use of a rotary hydroponic system is considered, which makes it possible to obtain a larger area of seats on a smaller area of coverage than with the vertical method of cultivation. Reduce the amount of human labor used by automating the cultivation of the plant through the use of software and hardware modules.
Keywords: hydroponics, agriculture, energy saving, rotor, automation, urbanization.
Увеличение численности населения Земли, рост количества людей проживающих в городах, а также рост самих городов ведет к увеличению потребления пищи, усложнению ее распределения и увеличению расстояния между производителем и потребителем. Также существует проблема чистой, пригодной для питья и полива растений воды. В связи с этим встаёт вопрос об максимально возможной экономии площади при возделывании культур, рациональном использовании водных, минеральных, органических и тепловых ресурсов, и получений при этом
достаточного количества сельскохозяйственной продукции. При этом не должно пострадать качество производимой пищи, что очень сложно сделать при большим расстоянии между производителем и потребителем, т. к. доставка до потребителя занимает большое количество ресурсов, тем самым увеличивая итоговую стоимость. Также зелень может потерять товарный вид, ведь она занимает большой объём площади при малой массе, и её легко повредить.
Для решения данных проблем возможно применить метод гидропонного выращивания. Выращивание растений на основе питательных растворов растворенных солей — не новый метод. Он имеет свои существенные недостатки: требуются большие площади закрытого грунта и существенный расход энергии на освещение. Для разрешения данных проблем нужно найти новые методы выращивания.
Принцип работы метода роторной гидропоники основан на вращении растений вокруг источника света. При этом питательный раствор растения получают из резервуара, в который периодически окунается пористая среда для корней растений. Применение технологии роторной гидропоники даёт возможность получить экономию посадочного места: растения располагаются не на плоскости, как в вертикальной гидропонике, а вокруг источника света, что позволит экономить на освещении.
Рисунок 1 - Приннципиальная схема роторной гидропонной установки. Цифрами обозначены: 1 — лампа, 2 — влагопористая среда для растений, 3 — электронный блок
Так вертикальной гидропонной системе для покрытия площади растительности
2
микрозелени, занимающей 1 м закрытой площади необходима равная ей площадь, при применении роторной гидропоники же посадочная площадь рассчитывается как площадь цилиндра ^ = 2 пгЬ . Так, при использовании площади 1 м в диаметре, 1 в длину, и площадь увеличивается на значение п, что дает роторной установке примерно в 3,14 раза больше площади посадки на одинаковое количество закрытого грунта.
Потребление энергии на освещение растений снижается за счет выравнивания расстояния от источника света до посадочной площади всех растений и уменьшения рассеивания света и тепла по площади, где оно не несет влияния на культуры, так как теперь полезная площадь возделывания находится на 360° вокруг источника света.
Рисунок 2 - Графическое сравнение полезного действия освещения в вертикальной и роторной гидропонной системе. Большое влияние на развитие растений оказывает количество падающего на него света, находящееся в прямой зависимости от расстояния до источника света.
Для своего развития растение нуждается в макро-, микроэлементах, освещении, соблюдении определенной температуры, влажности и состава окружающего воздуха, в поддержании других факторах окружающей среды. Постоянное наблюдение и поддержание их человеком требует больших затрат человеческого ресурса. Автоматизация процесса выращивания растении в помещении должно сократить эти затраты и многократно увеличить объёмы производства.
Рисунок 3 - Принципиальная схема электрической цепи системы роторной гидропоники
Для автоматизации развития растении рассматривается применение программно-аппаратных модулей на базе платы ARDUINO и иных микропроцессоров различных семейств. Данные с датчиков сообщаются в программно-аппаратный модуль, где считываются и по заданному программному обеспечению выполняется программа, соответствующая действиям при данных показателях, плата сама сможет регулировать и управлять процессами, происходящими в гидропонной установке, требуя минимальных трудозатрат.
На сегодняшний день существует успешно созданный прототип фито картины, так же ведется создание гидропонной системы для выращивания микрозелени в рамках «Молодежного инновационного центра» на базе Уральского государственного аграрного университета, был собран прототип гидропонной системы с автоматическим управлением. На прототипе установлены датчики для замеров показателей влажности и температуры воздуха, влажности во влагопористой среде, световой поток на уровне влагопористой среды, температуру раствора, и другие важные для роста растений показатели.
Вывод:
Опираясь на имеющуюся информацию использование систем роторной гидропоники в современных условиях уменьшения площади воздевания и высокой урбанизации может стать альтернативным способом получения зелёных культур в городской среде, при этом занимая небольшую площадь и эффективно расходуя энергию. Автоматизированность процесса роста растении в перспективе уменьшит людские трудозатраты.
Библиографический список:
1. Комарова А.О., Карпухин М. Ю., Выращивание томатов на малообьёмной гидропонике// Молодёжь и наука. 2018. - №7. - C. 6.
2. Болтовский С.Н., Баймухамбетов С.Р., Демчук Е.В., Плюсы и минусы гидропоники// Новая наука: современное состояние и пути развития 2016. - №12-4. - С. 46-48.
3. Бондаренко Е.В., Выращивание некоторых видов культур в малообьемной гидропонике// Молодой исследователь Дона. 2018. №4(13). - С. 18-23.
4. Руткин Н.М., Лагуткина Л.Ю., Лагуткин О.Ю., Урбанизированное агропроизводство (сити-фермерство) как перспективное направление развития мирового агропроизводства и способ повышения продовольственной безопасности городов// Вестник Астраханского государственного технического университета. 2017. Сер.: рыбное хозяйство №4. С. 95-108.
5. Абиян Мария Вачагановна, Гиш Руслан Айдамирович, Подушин Юрий Викторович Влияние периода искусственного освещения на формирование рассады салата // Научный журнал КубГАУ - Scientific Journal of KubSAU. 2014. №101. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-perioda-iskusstvennogo-osvescheniya-na-formirovanie-
rassady-salata (дата обращения: 13.03.2019).
6. Балашова И.Т., Сирота С.М., Козарь Е.Г., Пинчук Е.В. Технологии будущего в овощеводстве защищённого грунта: многоярусная узкостеллажная гидропоника // Вестник ОрелГАУ. 2017. №3 (66). URL: https://cyberieninka.m/artide/n/tehnologii-buduschego-v-ovoschevodstve-zaschischyonnogo-grunta-mnogoyarusnaya-uzkostellazhnaya-gidroponika (дата обращения: 13.03.2019).
7. А.В. Ковригин, А.П. Хохлова, Н.А. Маслова Изучение эффективности эксплуатации автоматизированной аквапонной установки в зависимости от режимов ее работы // Вестник КрасГАУ. 2015. №11. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/izuchenie-effektivnosti-ekspluatatsii-avtomatizirovannoy-akvaponnoy-ustanovki-v-zavisimosti-ot-rezhimov-ee-raboty (дата обращения: 13.03.2019).
8. Руткин Натан Михайлович, Лагуткина Лина Юрьевна, Лагуткин Олег Юрьевич Урбанизированное агропроизводство (сити-фермерство) как перспективное направление развития мирового агропроизводства и способ повышения продовольственной безопасности городов // Вестник АГТУ Серия: Рыбное хозяйство. 2017. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/urbanizirovannoe-agroproizvodstvo-siti-fermerstvo-kak-perspektivnoe-napravlenie-razvitiya-mirovogo-agroproizvodstva-i-sposob (дата обращения: 13.03.2019).
Bibliographic list
1. Komarova A.O., Karpukhin M. Y., Growing Tomatoes on a Low-Volume Hydroponics // Youth and Science. 2018. - №7. - C. 6.
2. Boltovsky S.N., Baymukhambetov S.R., Demchuk E.V., Pros and cons of hydroponics // New science: current state and ways of development 2016. - №12-4. - pp. 46-48.
3. Bondarenko E.V., Cultivation of some types of crops in low-volume hydroponics // Young Researcher Don. 2018. No.4 (13). - p. 18-23.
4. Rutkin N.M., Lagutkina L.Y., Lagutkin O.Y., Urbanized agricultural production (city farming) as a promising direction for the development of global agricultural production and a way to improve the food security of cities // Bulletin of Astrakhan State Technical University. 2017. Ser .: fish farm №4. Pp. 95-108.
5. Abiyan Maria Vachaganovna, Gish Ruslan Aidamirovich, Podushin Yury Viktorovich Influence of the period of artificial lighting on the formation of seedlings of lettuce // Scientific journal KubGAU - Scientific Journal of KubSAU. 2014. №101. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-perioda-iskusstvennogo-osvescheniya-na-formirovanie-rassady-salata (access date: 13.03.2019).
6. Balashova I.T., Syrota S.M., Kozar E.G., Pinchuk E.V. Future technologies in greenhouse
vegetable farming: multi-tiered narrow-slice hydroponics // Vestnik OrelGAU. 2017. № 3 (66). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologii-buduschego-v-ovoschevodstve-
zaschischyonnogo-grunta-mnogoyarusnaya-uzkostellazhnaya-gidroponika (appeal date: 03/13/2019).
7. A.V. Kovrigin, A.P. Khokhlova, N.A. Maslova Studying the efficiency of operation of an automated aqua installation depending on the modes of its operation. // Vestnik KrasGAU. 2015. №11. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/izuchenie-effektivnosti-ekspluatatsii-avtomatizirovannoy-akvaponnoy-ustanovki-v-zavisimosti-ot-rezhimov-ee-raboty (appeal date: 03/13/2019).
8. Rutkin Natan Mikhailovich, Lagutkina Lina Yuryevna, Lagutkin Oleg Yuryevich Urbanized agricultural production (city farming) as a promising direction for the development of global agricultural production and a way to improve the food security of cities // Vestnik AGTU. Series: Fisheries. 2017. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n7urbanizirovannoe-agroproizvodstvo-siti-fermerstvo-kak-perspektivnoe-napravlenie-razvitiya-mirovogo-agroproizvodstva-i-sposob (appeal date: 13.03.2019).food security of cities// Bulletin of the Astrakhan state technical University. 2017. Ser.: fisheries № 4. C. 95-108.
