Juli Ban, Product Manager (Function Devices), Murata
Existe una preocupación cada vez mayor en el sector agrícola y los gobiernos, ampliamente difundida en los medios, acerca de la producción de alimentos y si será suficiente para cubrir una demanda sin precedentes en el futuro. El continuo aumento de la población (sobre todo en los países en desarrollo), junto con las reservas limitadas de terrenos adecuados y los problemas de disponibilidad de mano de obra, sumados a numerosos factores medioambientales, hacen que exista un riesgo creciente y frecuente de escasez en el suministro de alimentos.
En la actualidad se reconoce de manera generalizada que la tecnología deberá jugar un papel primordial en las actividades agrícolas de próxima generación, contribuyendo así a la transición que suprima métodos tradicionales menos eficientes y la dependencia existente del trabajo manual. Esta tecnología permitirá aumentar de forma significativa el rendimiento de las cosechas por hectárea de terreno y aprovechar mejor los recursos esenciales, además de disminuir los costes laborales.
Aumento de la producción mundial de alimentos
A partir de las cifras de Naciones Unidas se ha extrapolado que la población mundial crecerá desde 7.900 millones hasta más de 10.000 millones en los próximos 35 años. Como consecuencia de ello habrá como mínimo otros 2.000 millones de personas más que hoy que habrá que alimentar, todo un reto teniendo en cuenta que alimentar a la población actual ya resulta complicado. Combatir el cambio climático y proteger la biodiversidad hace que ya no se sea aceptable aumentar la superficie de terreno cultivable por medio de la deforestación. Hay que encontrar otros métodos para aprovechar mejor los campos de cultivo existentes.
Un aspecto clave para la adopción de las prácticas agrícolas inteligentes será la adquisición y el posterior análisis de los datos. Se instalarán dispositivos sensores en los terrenos agrícolas con el fin de proporcionar información actualizada sobre los principales parámetros que afectan a la producción de alimentos (como temperatura del aire, humedad, niveles de iluminación, etc.). Esto permitirá a los agricultores disponer de la información requerida para responder a las circunstancias cambiantes, bien sean fluctuaciones a corto plazo de las condiciones de cultivo o conocer tendencias que exigirán una solución a largo plazo.
El riego y los fertilizantes representan dos importantes gastos operativos para los agricultores. Del mismo modo, el suministro eléctrico de la iluminación que necesitan las granjas verticales y las explotaciones hortofrutícolas en interiores estarán entre sus principales desembolsos financieros anuales. Es primordial, por tanto, asegurar que estos aspectos se utilizan de manera óptima; de ahí que sea preciso instalar sensores avanzados.
Principales requisitos del sensor
Los sensores utilizados en el sector agrícola deben tener ciertas características para desempeñar su función asignada de manera efectiva. Primero, deben ser lo bastante robustos para soportar el entorno de la aplicación, de modo que puedan funcionar de forma continua. En segundo lugar, deben proporcionar datos exactos pues de lo contrario las decisiones tomadas por los agricultores basadas en estos datos podrían ser incorrectas y los volúmenes de producción de las cosechas o su calidad podrían verse afectadas. Finalmente, estos sensores han de ir acompañados por la conectividad apropiada.
Medidas del suelo
Una de las muchas áreas de la agricultura donde los datos de los parámetros actualizados constantemente serán muy valiosos es el suelo pues permitirá a los agricultores saber qué cantidad de nutrientes e iones salinos hay presentes y si la cantidad de lluvia es suficiente. Estarán en condiciones de averiguar si utilizan las cantidades correctas de fertilizante o si el sistema de regadío instalado funciona de manera satisfactoria, así como para buscar indicios de contaminación de las aguas subterráneas.
La distribución de los sensores en el suelo dependerá del tipo de cultivo y del grado de monitorización de los parámetros. Para los cultivos con un valor más elevado (como la uva empleada para elaborar vino) estará justificada una mayor densidad de sensores. La frecuencia de adquisición de los datos también dependerá del cultivo, al igual que los métodos utilizados. En las explotaciones agrícolas de exterior es probable que resulten adecuadas las actualizaciones cada 30 minutos, mientras que en interiores podría disminuir hasta incluso 5 minutos.
Como muestra la Figura 1, las muestras de suelo consistirán básicamente en el propio mineral del suelo (en forma de granos), espacios con aire y agua capilar. Los nutrientes del suelo, junto con los productos químicos fertilizantes, serán transportados en el agua capilar. El estudio detallado del estado del suelo exigirá medir la conductividad eléctrica (CE). De este modo se obtienen datos sobre la composición del suelo a partir de las propiedades de resistencia de sus componentes.
Figura 1: Composición del suelo.
Uno de los problemas con los dispositivos sensores del suelo existentes es que su exactitud se puede ver influida negativamente por las variaciones de la temperatura y el contenido excesivo de agua, así como por la presencia de compuestos químicos. Otro problema que se debe valorar es que las rocas situadas entre los electrodos del sensor pueden afectar a los resultados obtenidos. Por esta razón, una instalación con varios electrodos ofrecerá una exactitud mucho mayor. La necesidad de resolver estas cuestiones fue lo que impulsó a los ingenieros de Murata a desarrollar un sensor de suelo más sofisticado.
Con el sensor de suelo de Murata es posible monitorizar de forma continua el estado del suelo. Este dispositivo de alta integración incorpora tres funciones de detección que permiten examinar diferentes parámetros simultáneamente. Estas funciones son:
- Un elemento sensor con nueve electrodos para determinar la CE.
- Un elemento sensor de humedad que mide la permitividad eléctrica, para proporcionar un valor del contenido volumétrico de agua.
- Un elemento sensor de temperatura.
El sensor de CE de nueve electrodos es único en el mercado. Permite generar varios patrones de medida, eliminando así la incertidumbre acerca de los resultados obtenidos. El sensor de humedad cubre el rango de contenido volumétrico de humedad entre 0 y el 60% y mantiene una exactitud de la humedad a fondo de escala del ±3%. El sensor de temperatura admite un rango de temperatura de -20°C a 60°C con una exactitud del ±1,0°C y aplica un algoritmo propietario que compensa la influencia de la temperatura sobre las medidas de CE. El dispositivo incorpora otro algoritmo propietario que permite obtener los valores exactos del contenido de fertilizante, por lo que identifica un posible uso excesivo.
El dispositivo sensor de suelo de Murata ofrece una alta exactitud y es más económico que las soluciones de sus competidores. Se suministra en una robusta carcasa IP68 para protegerlo frente a la entrada de polvo y líquidos. Se puede escoger entre interfaces UART, RS232E, RS485-MODBUS y SDI-12, así como conectividad inalámbrica a través de un transceptor Bluetooth LE. Los tiempos de adquisición de datos del sensor se ajustan con facilidad. Las lecturas se toman cada 30 minutos, por lo que tres pilas AA son capaces de alimentar el dispositivo durante un mínimo de 6 meses antes de sustituirlas.
Antes de presentar esta solución, Murata llevó a cabo numerosos ensayos en varias explotaciones agrícolas de Asia. Se empleó con éxito para analizar los niveles de salinidad en los campos de arroz, el uso de fertilizantes en árboles frutales y la eficiencia del riego en campos de cultivo de cacahuetes.
Conclusión
Se debe poner en marcha una transformación digital del sector agrícola para potenciar la cadena de suministro de alimentos y paliar los problemas de escasez. Las innovaciones como el sensor de suelo tres en uno antes descrito tienen el potencial de contribuir de manera sustancial a que la actividad agrícola se base más en los datos, con el consiguiente aumento de la productividad y la disminución de los costes de explotación.
