7CAPTULO 1 - INTRODUO

1.1 TEMATendncia e necessidade de uso de fazendas verticais no cultivo indoor.

1.2 JUSTIFICATIVAEsta pesquisa se justifica atravs de uma problemtica atual do sculo 21 resumida em 5 premissas fundamentais. Areas de cultivo longe dos grandes centros urbanos.Uso excessivo de gua no cultivo convencional de alimentos em solo.Uso excessivo de agrotxicos para controle de pragas existentes em cultivo em solo e em rea aberta. Reduo progressiva da quantidade de rea frtil para cultivo convencional em solo. Aumento progressivo da quantidade de seres humanos a serem alimentados. Logo, a tradicional forma de cultivo mostra-se insustentvel. Desta forma, faz-se necessrio desenvolver formas alternativas e viveis para o cultivo de alimentos.1.3 METODOLOGIAPesquisa bibliogrfica, raciocnio lgico dedutivo, dialtica e experimento prtico.1.4 OBJETIVOS GERAISProvar a que a forma de cultivo de hortalias realmente funciona para atender as novas necessidades deste sculo. Demonstrar a real possibilidade de se produzir alimentos e outros vegetais desta forma. Assim, popularizar o conceito de fazendas verticais para cultivo.

1.5 OBJETIVOS ESPECFICOSProjetar unidades de cultivo independentes e modulares. Cada unidade deve possuir um sistema de iluminao artificial independente e um sistema hidrulico tambm independente, ambos os sistemas de uma unidade devem ser independetes dos sistemas das demais unidades. Logo, cada unidade, com seu nico sistema de iluminao e seu nico sistema hidrulico, voltado para o cultivo de uma nica cultura. E assim, tornar as unidades modulares, simplificando a expanso da fazenda e facilitando o controle dos cultivos.

8CAPTULO 2 - FUNDAMENTOS

2.1 AUMENTO DA POPULAO, FALTA DE TERRA E GUASegundo o relatrio oficial da Organizao de Agricultura e Alimentos das Naes Unidas (2013), a populao mundial tem crescido consideravelmente atravs dos anos. Para as prximas 4 dcadas estima-se 2 bilhes a mais de pessoas, para um total que ultrapassa 9 bilhes pessoas em 2050. A produo agrcola global deve aumentar em 60% em relao produo de 2007 para atender tal demanda.

O total de gua utilizada no mundo aumentou de 600km/ano no incio do sculo XX para 1350km/ano na metade do sculo XX, e para mais de 3800km/ano no incio do sculo XXI. A irrigao corresponde 70% da gua doce utilizada em todo o mundo. Para Desmmoier (2009) com os atuais mtodos de cultivo e com a projeo de crescimento populacional, ser necessrio uma rea adicional de cultivo do tamanho do Brasil, e est rea no est disponvel, assim como haver falta de gua em vrias regies do globo.2.2 A POTNCIA SOLAR E A QUANTIDADE DE LUZ EMITIDAPara Garces e Alvarez (1988) a potncia incidente numa supercfie perpendicular ao raios solares no ultrapassa 1kW/m. Em um dia de pleno vero, ao meio dia, em tempo claro, a radiao proxima de 1kW/m, mas a mdia nas 24 horas fica em torno de 0.35kW/m e 0,40kW/m. J a potncia mdia anual em grande parte da superfcie terrestre corresponde a uma de 0,1 a 0,2 kW/m.

Essa potencia irradiada pelo sol que atinge a superfcie, composta de diferentes comprimentos de onda do espectro eletromgntico, das quais 52% so infravermelho, comprimentos de onda maiores que 1300nm. Outros 44% so radiaes visveis, comprimentos de onda entre 400nm e 700nm. Por fim 4% so radiaes ultravioletas, comprimentos de onda menores que 400nm. Apenas uma pequena faixa desse espectro, aproveitada pelos seres vivos, a luz vsivel. Radiao ultravioleta pode causar danos para os organismos, por outro lado comprimentos de onda maiores que 700nm no possuem energia necessria para causar alteraes nas biomolculas. Os comprimentos de ondas maiores que 1300n0m chamados de infravermelhos, causam evaporao tanto em oceanos, lagos e rios, como nas folhas das plantas.

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A intensidade luminosa que alcana uma superfcie por unidade de tempo, pode ser medida atravs de unidades fotomtricas, que o nvel de brilho ou claridade percebida pelo olho humano. Em pleno sol, meio dia, sem nuvens medido cerca de 100 a 130 Kilolux. Um lux, unidade fotomtrica, pode ainda ser definido como fluxo luminoso por quantidade de rea, medido em lumens, 1 lux = 1 lumen m. 2.3 FISIOLOGIA VETEGALPara que a luz seja til no desenvolvimento vegetal, a planta deve absorv-la. A absoro ocorre atravs dos pigmentos fotorreceptores. A presena de vrios pigmentos forreceptores permite praticamente o aproveitamento de toda a faixa de luz visvel. Os pigmentos mais importantes so aqueles que absorvem luz azul e vermelha. As clorofilas A e B que so os pigmentos envolvidos na fotossntese.

Fotoperiodismo o nome da resposta dos organismos durao do dia e da noite. As plantas sincronizo seu desenvolvimento baseadas na quantidade de horas de luz e ausencia de luz que recebem. Plantas diferentes necessitam de quantidades diferentes de luz e ausencia de luz em cada estgio de desenvolvimento. Os estgios de desenvolvimento so germinao, crescimento e florao. Para angiospermas, que so as plantas que produzem flores.

Cerca de 90% da massa das plantas constituida por carbono, hidrognio e oxignio, que so retirados do ar e da gua, respectivamente. Os 10% restantes correspondem a uma frao da planta que constituida de elementos minerais.

So reconhecidos 15 elementos minerais essenciais e estabelecidos de forma inequvoca para as plantas. Estes elementos so dividos em 2 grupos, macronutrientes e micronutrientes. Macronutrientes so os elementos que as plantas precisam em maior quantidade. Micronutrientes so elementos necessrios em menor grau. Uma planta s completa seu ciclo de vida, se so fornecidos todos estes elementos minerais.

So considerados macronutrentes nitrognio, fsforo, potssio, clcio, magnsio e enxofre. Os micronutrientes so ferro, magans, boro, cobre, zinco, molibdnio, cloro, cobaldo e nquel. As quantidades ideiais de macro e micronutrientes variam em cada espcie.

Uma planta de milho adulta pesando 2 quilos, pode retirar 200 litros de gua durante todo ciclo de vida. Mas na realidade utiliza para seu crescimento e desenvolvimento apenas 2 litros. Os outros 198 litros foram perdidos na transpirao (evaporao), mecanismo que

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regula a temparatura da planta, Logo, apenas 1% do que ela retirou, foi realmente utilizada. (CASTRO; KLUGE; PEREZ, 1988).CAPITULO 3 PROPOSTA DE SOLUO

3.1 O CONCEITO DE AGRICULTURA VERTICALA agricultura vertical um tipo de agricultura urbana. Agricultura urbana um conceito antigo de cultivar alimentos em reas urbanas, como h menos espao em reas urbanas do que em reas rurais e o custo dos espaos so maiores. Utilizando sistemas de cultivo hidropnicos, a agricultura urbana otimizada para compensar estes fatores.

Com sistemas hidropnicos, possvel produzir trs ou quatro vezes mais, por unidade de rea em relao ao cultivo tradicional. No cultivo hidropnico no h solo, todo os nutrientes necessrios so diludos em gua, a chamada soluo nutritiva. (LAB. DE COOPERAO PARA O DESENVOLVIMENTO et al, 2005)

De acordo com a Organizao de Agricultura e Alimentos das Naes Unidas, agricultura urbana tem sido vista como soluo para a falta de gua e escacez de alimentos. Alguns pases j apoiam a agricultura urbana e j existem vrias fazendas urbanas de pequena escala construidas. Dickson Despommier prope o conceito de agricultura vertical aproveitando melhor o espao fsico atravs com varios andares de cultivo, um sobre o outro. Tais ambientes de agricultura vertical, so ambientes fechados, todo ou parcialmente automatizados e podem utilizar tanto luz solar quanto luz artificial branca, ou uma combinao de ambas. Tambm pode haver controle de temperatura, fluxo de ar e umidade. (TAN; RAQUION, 2011).

Engenheiros da indstria farmacutica Caliber Biotherapeutics (2012), inovaram no sistema de iluminao de fazendas verticais, para produo ainda mais otimizada de uma planta na qual retiram uma protena teraputtica, utilizando somente de LEDs azuis e vermelhos, introduzindo o conceito de pinkhouse, devido colorao magenta gerada no ambiente pelos LEDs, em aluso palava greenhouse que significa esfuta em ingls.3.2 HIDROPONIADe acordo com Silva e Melo, A hidroponia um processo de cultivo sem solo, que apenas um fluxo contnuo de gua rica em nutrientes (soluo nutritiva) fornece os elementos

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necessrios para o desenvolvimento vegetal. Este mtodo usado h decadas em lugares de clima seco como Arizona e Israel. Este sistema utiliza em torno de 10% da gua utilizada em na forma tradicional de agricultura.

Existem 2 formas de realizar este cultivo. O Sistema NFT e o sistema DFT.

O sistema NFT (Nutrient Film Technique) ou tcnica de fluxo laminar de nutrientes, composto de um tanque de soluo nutritiva, um sistema de bombeamento para os canais de cultivo e um sistema de retorno ao tanque. A soluo nutritiva bombeada aos canais de cultivo, formando uma fina lmina de soluo e escoa de volta ao tanque por gravidade.Como mostra a Figua 1. Os canais de cultivo podem ser canos de pvc em paralelo com pequenos vasos encaixados em srie em distancias ideais em cada cano.

Figura 1 Ilustrao de um sistema NFT. (SILVA e MELO)No sistema DFT(Deep Film Technique) ou piscina, a soluo nutritiva forma uma

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lmina de 5 a 20cm na qual as raizes ficam submersas, em vez de canais, utilizado uma mesa plana similar a uma piscina, na qual a soluo circula por meio de um sistema de entrada e drenagem. Figura 2. Os vegetais cultivados podem ficar em vrios vasos individuais dispostos pela piscina.Figura 2 Ilustrao de um sistema DFT. (SILVA e MELO).Os vasos em ambos os sistemas, devem conter um material inerte que mantm a umidade e nutrientes, e serve como meio para fixao das raizes, podem ser utilizados vermicula e perlita, que so materiais prprios para este fim. So baratos e facilmente encontrados.

Tambm em ambos os sistemas, so vendidas solues prontas com macro e micronutrientes para cada cultivo de vegetais diferentes, para serem diludas em gua. Tais solues tambm so baratas e facilmente encontradas.

Os cuidados na hidroponia so o controle do ph da soluo nutritiva e a capacidade de conduzir corrente eltrica tambm da soluo nutritiva. Tais variveis so indicadoras para se adicionar gua ou nutrientes no tanque. Para determinar o pH da soluo utizado um medidor de pH , e para determinar a condutividade utilizado um condutivmetro.

O pH deve ficar em valores ideais de 5,5 a 6,5, e a condutividade em 1,5 a 3,5 miliSiemens/cm. E devem ser monitorados diariamente.134 PROPOSTA DE PROJETO

4.1 VISO GERALEsta proposta de projeto tem como objetivo projetar uma fazenda vertical, monitorar e automatizar parte do processo de cultivo.

Para o projeto de fazenda vertical ser utilizada uma estante metlica com duas prateleiras, uma em cima da outra, ambas serapadas por uma altura satisfatria. A primeira prateleira, contada de baixo para cima deve comportar o tanque de soluo nutritiva e a bomba de suco.

A segunda prateleira deve comportar as calhas ou piscinas de cultivo do sistema hidropnico e as luminrias, ambas separadas por uma altura satisfatria para o pleno desenvolvimento das plantas a serem cultivadas.

Seja qual for o sistema hidroponico escolhido, necessrio uma bomba hidrulica que seja ligada e desligada em tempos determinados pelo usurio.

O sistema de iluminao tambm necessita ser ligado e desligado em tempos determinados pelo usurio. A fazenda vertical estar situada num ambiente residncial coberto, com circulao natural de ar e sem luz solar. Sujeita s alteraes naturais de temperatura e umidade.

Uma interface com o usurio deve apresentar dados da fazenda gerado pelos sensores. O usurio deve inserir horrios para ligar e desligar a bomba hidrulica e luminrias automaticamente, assim como lig-los e deslig-los a sua vontade. Um sistema de banco de dados deve armazenar os dados dos cultivos.

4.2 SISTEMA HIDRULICOPara dimensionar o sistema hidrulico necessrio primeiramente conhecer a rea em metros quadrados disponvel para cultivo na pratileira e qual sistema de hidroponia ser utilizado. Fatores como volume da piscina de cultivo ou diametro das calhas de cultivo, interferem na quantidade e volume de dutos para transporte da soluo nutritiva do tanque para as plantas. Os diferentes sistemas hidropnicos necessitam de diferentes fluxos de litros/minuto. Tambm necessrio dimensionar a potncia da bomba hidrulica, que transfere a solua nutriva do tanque para as plantas. Sistema hidrulico deve ser acionado por transstor ou rel.

144.3 SISTEMA DE ILUMINAOPara dimensionar o sistema de iluminao tambm necessrio primeiramente conhecer a rea em metros quadrados do cultivo para definir a quantidade de fluxo luminoso(lmen) por metro quadrado.

A quantidade de fluxo luminoso (lmen) por metro quadrado ser estimada baseada nos valores mdios de potncia(watt) e unidade fotomtrica(lux) emitidos pelo sol.

Para gerar a quantidade de fluxo luminoso necessrio, sero utilizados LEDs de 10W. Tais LEDs devem gerar somente o espectro eletromagntico aproveitado pelas plantas na fotossntese. Comprimentos de onda de 460nm (azul) e 620nm (vermelho).

Tais LEDs devem ser fixados com fluxo luminoso para baixo, em direo ao cultivo, numa estrutura de alumnio suspensa que servir tambm como dissipador de calor de tais LEDs.

Atravs de um experimento no laboratrio de eletrnica, foi constatado que LEDs aumentam seu consumo de corrente a medida que aumentam de temperatura. Portanto alm de ventoinhas na estrutura dissipadora, circuitos limitadores de corrente tambm devem ser utilizados para evitar danos aos LEDs e as fontes de alimentao. O sistema de iluminao deve ser acionado por transstor ou rel.

4.4 SISTEMA DE SENSORESDeve incluir um sensor de fluxo de gua no sistema hidrulico para monitorar a vazo, um sensor LDR para verificar se o sistema de iluminao funciona corretamente e um sensor de temperatura e umidade relativa do ar.4.5 SISTEMA DE AUTOMAO E MONITORAMENTO

A desenvolver.15CAPTULO 5 CONCLUSOBaseado em fontes estatsticas confiveis, a inovao da agricultura tradicional para agricultura urbana atravs do conceito de agricultura vertical j uma realidade. As variveis de controle para um pleno desenvolvimento das plantas em tais ambientes foram detectadas, trazendo a possilibidade de automao de parte do processo de cultivo.