Estado del arte de las fábricas de plantas con iluminación artificial

Abstract

Para el año 2050 se necesitará un aumento del 60 al 70% de los rendimientos generales de todos los alimentos debido a la creciente población humana, con un aumento significativo en la densidad poblacional en las ciudades del mundo. En este contexto se propone esta investigación bibliográfica de las fábricas de plantas con iluminación artificial (PFAL) cuyo objetivo fue determinar las características de funcionamiento para posteriormente considerar la implementación a pequeña y mediana escala. Para la obtención de la información se utilizó la ingeniería de software basada en evidencia para la recopilación de los documentos necesarios de investigación y se consultó a distintos distribuidores sobre la inversión de implementación a pequeña y mediana escala. Se determinó que las PFAL constan de sistemas de cultivos sin suelo como la hidroponía, acuaponía y aeroponia, sistemas de cultivos verticales, sistemas de agricultura de ambiente controlado y la automatización de distintos procesos productivos mediante sensores, algoritmos y actuadores. Los parámetros climáticos más estudiados en la literatura son la concentración de CO2 y la iluminación artificial y sus efectos en los rendimientos de los cultivos. Existe una gran variedad de tratamientos para la reutilización de la solución nutritiva sin llegar a perjudicar los rendimientos de los cultivos. Así, bajo estos sistemas de PFAL se producen hortalizas de hoja, mayoritariamente lechuga, hierbas medicinales, “microgreens”, tomates, pepinos y bayas. Los rendimientos de lechuga en los distintos experimentos revisados fueron similares a los rendimientos en la agricultura convencional por cada ciclo y en una misma superficie de cultivo, sin embargo, se cosecharon en la mitad del tiempo de producción, se pueden implementar varios pisos de cultivo y se debe considerar que existe la capacidad de producir de 8 a 12 cosechas al año, lo que finalmente implica mayores rendimientos por superficie de utilizada. Para la implementación en pequeña y mediana escala se calculó la inversión necesaria para convertir un container de 2m x 2m x 6m en una PFAL de lechuga de 4 pisos de cultivo, se calculó una inversión de 39,5 millones de pesos. Esta inversión retornaría a partir del quinto año de producción, mientras que a mayor cantidad de containers, el retorno sería en un menor plazo de tiempo.

By 2050, a 60 to 70% increase in overall yields of all foods will be needed due to the growing human population, with a significant increase in population density in the world's cities. In this context, this bibliographical investigation of plant factories with artificial lighting (PFAL) is proposed, the objective of which was to determine the operating characteristics to later consider the implementation on a small and medium scale. To obtain the information, evidence-based software engineering was used to compile the necessary research documents and different distributors were consulted about the small and medium scale implementation investment. It was determined that PFAL consist of soilless farming systems such as hydroponics, aquaponics and aeroponics, vertical farming systems, controlled environment agriculture systems and the automation of different production processes using sensors, algorithms and actuators. The most studied climatic parameters in the literature are CO2 concentration and artificial lighting and their effects on crop yields. There is a wide variety of treatments for reusing the nutrient solution without harming crop yields. Thus, leafy vegetables are produced under these PFAL systems, mainly lettuce, medicinal herbs, microgreens, tomatoes, cucumbers and berries. The lettuce yields in the different experiments reviewed were similar to the yields in one cicle of conventional agriculture, in the same crop area, although PFAL were harvested in half the production time and it is possible to implement several crop floors, which allows the capacity to produce 8 to 12 crops per year with higher yields per surface area used. For the implementation on a small and medium scale, the investment necessary to convert a 2m x 2m x 6m container into a 4-story lettuce PFAL was calculated. An investment of 39.5 million pesos was calculated. This investment would return at the fifth year of production, while with a greater the number of containers, the return would return in a shorter period of time.