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Empleando los sensores de CO2 de Vaisala en un invernadero científico

GMP252 CO2 measurement probe
Netherlands
Published: May 7, 2020
Invernaderos y agricultura en interiores
Mediciones industriales

Los científicos de la Universidad e Investigación de Wageningen en los Países Bajos han empleado sensores de dióxido de carbono de Vaisala en sus invernaderos de investigación durante más de una década. El dióxido de carbono es un parámetro de medición extremadamente importante en la ciencia de las plantas, no solo porque las plantas lo necesitan para crecer, sino también porque las emisiones ambientales contribuyen al cambio climático, por lo que alrededor de este gas existen  enormes amenazas y oportunidades. Como organización de investigación de renombre mundial, el valor del trabajo del instituto depende en parte de la precisión y confiabilidad de los sensores, por lo que es importante que sus investigadores no comprometan la calidad de los sensores.

Wageningen ha sido una de las fuerzas impulsoras en la investigación y el desarrollo de tecnología para la horticultura de invernadero en los Países Bajos. El Plant Research Institute opera más de 100 invernaderos en su sitio de Bleiswijk, lo que significa que los investigadores pueden generar una amplia variedad de condiciones ambientales. Las variables ambientales típicas incluyen luz, agua, medio de cultivo, nutrientes, control (biológico) de plagas / enfermedades, temperatura, humedad y, por supuesto, dióxido de carbono (CO2); todos los cuales tienen efectos significativos sobre el rendimiento de los cultivos.

El sector hortícola holandés aspira a ser climáticamente neutro para 2040. Los investigadores de Wageningen han construido recientemente un nuevo invernadero de demostración 'Greenhouse2030' para el cultivo de hortalizas, frutas y flores con el fin de encontrar formas de reducir las emisiones de CO2 y eliminar la necesidad de productos químicos para la protección de cultivos. y optimizar el uso de agua y nutrientes.

Dióxido de carbono en invernaderos

El CO2 es un subproducto de muchos procesos en las industrias del petróleo, el gas y la petroquímica, pero las plantas también lo requieren para crecer mediante la fotosíntesis, por lo que los operadores holandeses de invernaderos han colaborado con el sector industrial del país para utilizar este subproducto y contribuir en la lucha. contra el cambio climático mediante la reducción de las emisiones netas de CO2 del país. A nivel mundial, muchos invernaderos queman gas natural para generar CO2, pero esto también genera calor que puede no ser necesario en los meses de verano, por lo que la utilización de un subproducto industrial es significativamente preferible.

El CO2 se entregó por primera vez a los invernaderos holandeses en 2005 a través de una red de tuberías establecida por la empresa Organic Carbon Dioxide for Assimilation of Plants (OCAP). Los operadores de invernaderos comerciales pagan por este suministro de CO2, que se deriva de una planta de bioetanol. Una característica clave de la investigación del Instituto es el trabajo para optimizar la utilización del CO2, junto con otras variables de crecimiento de las plantas. Por ejemplo, el Instituto ha desarrollado una herramienta de simulación para la dosificación de CO2: el "visor de CO2". Este programa monitorea y muestra los efectos de la estrategia de dosificación de un productor. Por ejemplo, permite evaluar la dosificación de CO2 alrededor del mediodía en comparación con la dosificación por la tarde.

Monitoreo de dióxido de carbono

Después de alrededor de 10 años de funcionamiento, el instituto está reemplazando alrededor de 150 de las sondas de modelos más antiguos por un modelo más nuevo. La calibración de todas las sondas se verifica antes del inicio de cada proyecto, utilizando gases de referencia certificados. Es importante que los datos de calibración sean trazables, por lo que se conserva el certificado de calibración de cada sonda y se documentan las comprobaciones de calibración posteriores. El monitor de CO2 portátil (Vaisala GM70) con la sonda de CO2 GMP252 también se utiliza como herramienta de validación para verificar las sondas instaladas, aunque no es necesario realizar una calibración adicional.

Actualmente, las sondas instaladas del Instituto proporcionan señales de 4-20 mA que se alimentan a las 'computadoras climáticas' que están programadas para administrar los invernaderos automáticamente. Este sistema también genera alarmas si los niveles de CO2 se acercan a niveles peligrosos por cualquier motivo.


Tecnología de sensor de CO2

El CO2 absorbe luz en la región infrarroja (IR) a una longitud de onda de 4,26 µm. Esto significa que cuando la radiación IR pasa a través de un gas que contiene CO2, parte de la radiación se absorbe y esta absorbancia se puede medir. El sensor de dióxido de carbono CARBOCAP® de Vaisala cuenta con un innovador filtro de interferómetro Fabry-Perot (FPI) micro-mecanizado y eléctricamente sintonizable. Además de medir la absorción de CO2, el filtro FPI permite una medición de referencia en la longitud de onda donde no se produce absorción. Al tomar la medición de referencia, el filtro FPI se ajusta eléctricamente para cambiar la banda de derivación de la longitud de onda de absorción a una longitud de onda de no absorción. Esta medición de referencia compensa cualquier cambio potencial en la intensidad de la fuente de luz, así como también la contaminación o acumulación de suciedad en la trayectoria óptica. En consecuencia, el sensor CARBOCAP® es muy estable en el tiempo y, al incorporar ambas medidas en un sensor, esta tecnología compacta se puede incorporar en pequeñas sondas, módulos y transmisores.

La tecnología CARBOCAP® significa que los investigadores no tienen que preocuparse por la desviación de la calibración o la falla del sensor.

Investigación científica de plantas de dióxido de carbono

Actualmente,se están llevando a cabo dos proyectos que evalúan los efectos de diferentes niveles de CO2 en la producción de la planta. Uno estudia frutos rojos y el otro tomates; sin embargo, dado que el CO2  juega un papel tan importante tanto en el crecimiento de las plantas como en el cambio climático, el valor de las mediciones precisas de este gas sigue creciendo. La mayoría de los invernaderos están ahora conectados a la red Ethernet del instituto y continuamente se agrega una amplia variedad de nuevos sensores a la red de monitoreo; brindando la oportunidad de utilizar nuevos sensores inteligentes.


Resumen

La precisión, estabilidad y confiabilidad de los sensores de CO2 en Bleiswijk son claramente de vital importancia para el éxito de la investigación del Instituto, particularmente porque los datos de un invernadero a menudo se comparan con los datos de otros. El suministro de CO2 tiene un costo; Por lo tanto, es importante que este recurso se controle y suministre de manera efectiva para que la producción de la planta pueda optimizarse.

Claramente, las medidas para reducir el uso de combustibles fósiles y desarrollar sistemas de gestión de energía más eficientes ayudarán a reducir las emisiones de CO2 del sector de los invernaderos. Sin embargo, la importancia de la utilización de CO2 aumentará, dado el objetivo de neutralidad climática para 2040 y la necesidad del mundo de encontrar nuevas y mejores formas de capturar las emisiones de CO2 de manera que sean sostenibles y económicamente viables.

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