[Resumo] Atualmente, os dispositivos de cultivo doméstico geralmente adotam um design integrado, o que causa muitos inconvenientes em termos de movimentação, carga e descarga. Com base nas características do espaço habitacional dos moradores urbanos e no objetivo do projeto de produção de plantas em domicílio, este artigo propõe um novo tipo de dispositivo de cultivo doméstico pré-fabricado. O dispositivo consiste em quatro partes: um sistema de suporte, um sistema de cultivo, um sistema de água e fertilizantes e um sistema de iluminação suplementar (principalmente, lâmpadas de LED para cultivo). Possui dimensões reduzidas, alta utilização do espaço, estrutura inovadora, fácil desmontagem e montagem, baixo custo e grande praticidade. Pode atender às necessidades dos moradores urbanos em relação ao cultivo de alface, aipo, hortaliças de crescimento rápido, repolho nutritivo e begônias. Após pequenas modificações, também pode ser utilizado para pesquisa experimental em ciências vegetais.

Projeto geral de equipamentos de cultivo

Princípios de Design

O dispositivo de cultivo pré-fabricado é voltado principalmente para moradores urbanos. A equipe investigou a fundo as características do espaço habitacional desses moradores. A área deve ser pequena, com alta taxa de aproveitamento do espaço; a estrutura deve ser inovadora e esteticamente agradável; deve ser fácil de desmontar e montar, simples e de fácil aprendizado; deve ter baixo custo e grande praticidade. Esses quatro princípios nortearam todo o processo de projeto, buscando alcançar o objetivo final de harmonização com o ambiente doméstico, estrutura bonita e adequada, e valor de uso econômico e prático.

Materiais a serem utilizados

A estrutura de suporte foi adquirida no mercado como uma estante multicamadas, com 1,5 m de comprimento, 0,6 m de largura e 2,0 m de altura. O material é aço, pintado e com tratamento anticorrosivo, e os quatro cantos da estrutura de suporte são soldados com rodízios universais com freio; a placa nervurada foi selecionada para reforçar a estrutura de suporte, sendo feita de chapa de aço de 2 mm de espessura com tratamento anticorrosivo por pintura eletrostática a pó, duas peças por camada. O recipiente de cultivo é feito de tubo quadrado hidropônico de PVC com tampa aberta, de 10 cm × 10 cm. O material é uma placa rígida de PVC, com 2,4 mm de espessura. O diâmetro dos orifícios de cultivo é de 5 cm e o espaçamento entre eles é de 10 cm. O reservatório de solução nutritiva ou reservatório de água é feito de uma caixa plástica com 7 mm de espessura de parede, com 120 cm de comprimento, 50 cm de largura e 28 cm de altura.

Projeto da estrutura do dispositivo de cultivo

De acordo com o projeto geral, o dispositivo pré-fabricado para cultivo familiar consiste em quatro partes: um sistema de suporte, um sistema de cultivo, um sistema de água e fertilizantes e um sistema de iluminação suplementar (principalmente, lâmpadas de LED para cultivo). A distribuição dos componentes do sistema é mostrada na Figura 1.

Na Figura 1, é apresentada a distribuição no sistema.

Projeto de sistema de suporte

O sistema de suporte do dispositivo de cultivo familiar pré-fabricado é composto por um poste vertical, uma viga e uma placa de base. O poste e a viga são inseridos através de um sistema de encaixe tipo borboleta, o que facilita a montagem e desmontagem. A viga possui uma placa de base reforçada com nervuras. Os quatro cantos da estrutura de cultivo são equipados com rodízios universais com freios para aumentar a flexibilidade de movimentação do dispositivo.

Projeto de sistema de cultivo

O tanque de cultivo é um tubo hidropônico quadrado de 10 cm × 10 cm com tampa aberta, fácil de limpar, e pode ser usado para cultivo em solução nutritiva, substrato ou solo. No cultivo em solução nutritiva, o cesto de plantio é colocado no orifício de plantio e as mudas são fixadas com uma esponja de especificações adequadas. Quando o substrato ou o solo são utilizados, esponja ou gaze é colocada nos orifícios de conexão em ambas as extremidades do tanque de cultivo para evitar que o substrato ou o solo bloqueiem o sistema de drenagem. As duas extremidades do tanque de cultivo são conectadas ao sistema de circulação por uma mangueira de borracha com diâmetro interno de 30 mm, o que evita os defeitos de solidificação estrutural causados ​​pela colagem com cola de PVC, que dificulta a movimentação.

Projeto de Sistema de Circulação de Água e Fertilizantes

No cultivo em solução nutritiva, utilize uma bomba ajustável para adicionar a solução nutritiva ao tanque de cultivo superior e controle o fluxo através do plugue interno do tubo de PVC. Para evitar o fluxo irregular, a solução nutritiva no tanque de cultivo da mesma camada adota um fluxo unidirecional em forma de "S". Para aumentar o teor de oxigênio na solução nutritiva, deixe um espaço entre a saída de água da camada inferior e o nível do líquido no tanque. No cultivo em substrato ou solo, o tanque de água é colocado na camada superior e a irrigação e fertilização são realizadas por meio de um sistema de irrigação por gotejamento. O tubo principal é um tubo de PE preto com 32 mm de diâmetro e 2,0 mm de espessura, e os tubos de ramificação são tubos de PE preto com 16 mm de diâmetro e 1,2 mm de espessura. Cada tubo de ramificação possui uma válvula para controle individual. O sistema de gotejamento utiliza gotejadores de seta reta com compensação de pressão, dois por orifício, inseridos na raiz da muda no orifício de cultivo. O excesso de água é coletado através do sistema de drenagem, filtrado e reutilizado.

Sistema de Suplementação de Luz

Quando o dispositivo de cultivo é usado para produção em varandas, a luz natural da varanda pode ser aproveitada sem iluminação suplementar ou com uma quantidade mínima de luz artificial. Ao cultivar em salas de estar, é necessário realizar um projeto de iluminação suplementar. A luminária é uma lâmpada de cultivo LED de 1,2 m de comprimento, e o tempo de iluminação é controlado por um temporizador automático. O tempo de iluminação é configurado para 14 horas, e o tempo sem iluminação suplementar é de 10 horas. Há 4 lâmpadas LED em cada camada, instaladas na parte inferior da camada. As quatro lâmpadas da mesma camada são conectadas em série, e as camadas são conectadas em paralelo. De acordo com as diferentes necessidades de iluminação de cada planta, pode-se selecionar lâmpadas LED com diferentes espectros.

Montagem de dispositivos

O dispositivo pré-fabricado para cultivo doméstico possui uma estrutura simples (Figura 2) e um processo de montagem fácil. No primeiro passo, após determinar a altura de cada camada de acordo com a altura das plantas cultivadas, insira a viga no orifício em forma de borboleta do poste vertical para construir a estrutura do dispositivo; no segundo passo, fixe o tubo de luz LED para cultivo na nervura de reforço na parte traseira da camada e coloque a camada na calha interna da viga transversal da estrutura de cultivo; no terceiro passo, conecte a calha de cultivo ao sistema de circulação de água e fertilizantes por meio de uma mangueira de borracha; no quarto passo, instale o tubo de LED, configure o temporizador automático e coloque o reservatório de água; no quinto passo, faça a depuração do sistema, adicione água ao reservatório após ajustar a pressão e a vazão da bomba, verifique se há vazamentos no sistema de circulação de água e fertilizantes e na conexão do reservatório de cultivo, ligue o sistema e verifique a conexão das luzes LED e o funcionamento do temporizador automático.

Figura 2, projeto geral do dispositivo de cultivo pré-fabricado

Aplicação e Avaliação

Aplicação de cultivo

Em 2019, o dispositivo será utilizado para o cultivo em pequena escala de vegetais como alface, couve-chinesa e aipo em ambientes internos (Figura 3). Em 2020, com base na experiência de cultivo anterior, a equipe do projeto desenvolveu o cultivo em substrato orgânico de vegetais homólogos para alimentação e medicina, bem como a tecnologia de cultivo em solução nutritiva da Begonia fimbristipula Hance, o que ampliou os exemplos de aplicação doméstica do dispositivo. Nos últimos dois anos de cultivo e aplicação, a alface e outros vegetais de crescimento rápido podem ser colhidos 25 dias após o cultivo em temperatura ambiente de 20-25°C; o aipo precisa de 35 a 40 dias para crescer; a Begonia fimbristipula Hance e a couve-chinesa são plantas perenes que podem ser colhidas diversas vezes; da Begonia fimbristipula, os caules e folhas superiores (até 10 cm) podem ser colhidos em cerca de 35 dias, e os caules e folhas jovens podem ser colhidos em cerca de 45 dias para o cultivo da couve-chinesa. Na colheita, a alface e o repolho chinês rendem de 100 a 150 g por planta; o aipo branco e o aipo vermelho rendem de 100 a 120 g por planta; a Begonia fimbristipula Hance tem um rendimento baixo na primeira colheita, de 20 a 30 g por planta, mas com a germinação contínua dos ramos laterais, pode ser colhida uma segunda vez, com um intervalo de cerca de 15 dias e rendimentos de 60 a 80 g por planta; o aipo-marinho rende de 50 a 80 g, sendo colhido a cada 25 dias, podendo ser colhido continuamente.

Figura 3, Aplicação de produção de dispositivo de cultivo pré-fabricado

Efeito da aplicação

Após mais de um ano de produção e aplicação, o dispositivo permite o aproveitamento máximo do espaço tridimensional do ambiente para a produção em pequena escala de diversas culturas. Suas operações de carga e descarga são simples e fáceis de aprender, não sendo necessário treinamento profissional. Ajustando a altura e a vazão da bomba d'água, evita-se o problema de fluxo excessivo e transbordamento da solução nutritiva no tanque de cultivo. O design com tampa aberta do tanque de cultivo facilita a limpeza após o uso e a substituição de peças danificadas. O tanque de cultivo é conectado à mangueira de borracha do sistema de circulação de água e fertilizantes, o que possibilita o design modular do tanque e do sistema de circulação, evitando as desvantagens do design integrado dos dispositivos hidropônicos tradicionais. Além disso, o dispositivo pode ser utilizado para pesquisa científica em condições controladas de temperatura e umidade, além da produção de culturas domésticas. Ele não só economiza espaço para testes, como também atende aos requisitos do ambiente de produção, especialmente no que diz respeito à consistência do ambiente de crescimento das raízes. Após melhorias simples, o dispositivo de cultivo também pode atender aos requisitos de diferentes métodos de tratamento do ambiente da rizosfera e tem sido amplamente utilizado em experimentos científicos com plantas.

Fonte do artigo: conta do WeChat deTecnologia em Engenharia Agrícola (horticultura em estufa) 

Informações de referência: Wang Fei, Wang Changyi, Shi Jingxuan, et al.Projeto e aplicação de dispositivo de cultivo doméstico pré-fabricado[J].Tecnologia de Engenharia Agrícola,2021,41(16):12-15.