Granja vertical

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Índice del artículo

El increíble futuro de la producción de alimentos

La producción de alimentos provoca un gasto enorme de energía, lo que ha traído serias limitaciones para el crecimiento de los cultivos a causa del inminente cambio climático. El acelerado crecimiento de la población cada vez más demandante de alimentos, es necesaria la adopción de nuevas tecnologías que maximicen prácticas de producción sostenibles con planeta.

Hoy en día cultivar en diversos espacios urbanos y periurbanos es una alternativa viable gracias a los avances tecnológicos. La adopción de dichos avances es la clave para hacer que el futuro de la producción de alimentos sea una práctica sostenible en el tiempo.

La innovación tecnológica constituye una herramienta fundamental para la consolidación de la agricultura de precisión, la cual reviste de muchos elementos y estos a su vez hacen que el desarrollo de las granjas verticales sea una realidad en el contexto actual de muchos países.

La nueva tecnología

Entonces una nueva tecnología se abre camino hacia la producción de alimentos, surgiendo de las infraestructuras metálicas cerradas (galpones o edificios) con paneles digitales e inteligencia artificial, denominada agricultura vertical y que se caracteriza por la práctica de producir alimentos en mesones o mallas apiladas verticalmente.

Del mismo modo las granjas verticales, plant factories o fábricas de plantas, son edificios cuyo propósito es ser fábricas de alimentos donde la producción se realiza bajo un ambiente controlado, permitiendo cosechar durante todo el año basándose en el uso de:

  • Hidroponía (agua con soluciones nutritivas) en lugar de suelo.
  • La luz solar es sustituida por iluminación eléctrica (luz LED).
  • Clima controlado por acondicionadores de aire.

Origen de las granjas verticales

Las granjas verticales se conceptualizaron bajo los términos de la agricultura urbana a finales de los años 90, originalmente el profesor de microbiología Dr. Dickson Despommier (Figura 1) de la Universidad de Columbia, creó este concepto tecnológico, debido a los indicios que se vislumbraban sobre la degradación de tierras cultivables y el crecimiento poblacional.

Dr. Dickson Dispommier.
Dr. Dickson Dispommier, pionero en agricultura vertical.

Hoy en día las granjas verticales son una realidad en países como Alemania, Estados Unidos, Holanda, Japón, Panamá y Singapur; este último fue el primer país en implementar este sistema en el año 2012.

Granjas verticales pioneras

La primera granja vertical del mundo la creó Jack Ng Vio gracias al apoyo de Agri-Food and Veterinary Authority (AVA), esta granja conocida como Sky Greens (Figura 2) es 10 veces más productiva que una granja convencional produciendo fundamentalmente hortalizas de hojas.

Granja Vertical "Sky Greens" en Singapur.
Granja Vertical "Sky Greens" en Singapur.

De igual forma en los Estados Unidos la empresa Valcent de Texas fue reconocida por la revista Time como una de las 50 mejores innovaciones agrotecnológicas. De hecho, actualmente están desarrollando estrategias de comercialización de tecnologías para la agricultura vertical.

Mientras que la empresa holandesa PlantLab, actualmente estudia la posibilidad de adquirir terrenos para la construcción de granjas verticales y así satisfacer la demanda creciente de vegetales, hierbas aromáticas y especias.

Cabe destacar que Panamá ha sido hasta el momento el único país de América Latina en implementar esta tecnología, gracias a la iniciativa de David Proenza (Figura 3) a través de la empresa Urban Farms (Figura 4), con una inversión de 1,6 millones de dólares donde desde el año 2019 se han cultivado tres rubros de importancia económica en el país.

David Proenza fundador de granja vertical en Panama
David Proenza.

Recientemente hemos tenido la oportunidad de entrevistar Al empresario David Proenza en nuestro programa "Agro para el siglo 21" Si deseas ver la entrevista completa para conocer más sobre Agricultura Vertical en Ambiente Controlado revisa "Entrevista con David Proenza de Urban Farm".

Urban Farm Panamá.
Urban Farm Panamá.

Importancia de las granjas verticales

Importancia ambiental

La población mundial vive en mayor proporción en zonas urbanas y el hecho de que los alimentos se produzcan cerca de donde serán consumidos podría traer beneficios al ambiente como la reducción de la contaminación de los suelos, cuerpos de agua y en las emisiones de CO2.

Igualmente, las granjas verticales representan un gasto energético debido a la constante iluminación y mantenimiento de la temperatura; sin embargo, hoy en día se realizan proyectos dedicados a ofrecer soluciones sostenibles como la energía solar y la energía eólica.

Por otra parte, las hortalizas producidas en granjas verticales son saludables, inocuas y de mayor calidad que las producidas de forma tradicional debido a que no utilizan pesticidas gracias al ambiente protegido donde crecen, adquiriendo así mayor valor agregado por su connotación orgánica.

Es de resaltar que la tecnología de estos sistemas consiste en la automatización de la producción de los rubros por consiguiente la mano de obra disminuye significativamente, aunque la agricultura vertical también requiere de profesionales capaces de analizar datos, supervisores de sistemas, científicos y otros profesionales especializados en cultivos.

Importancia económica

Canadá y Japón han financiado proyectos de inversión por más de 215 millones de dólares para impulsar este desarrollo agrícola, surgiendo empresas como Silicon Valley, Plenty y Philips Lighting que producen hortalizas en sistemas agrícolas verticales.

Por otra parte, Holanda y Singapur trabajan desde hace tiempo con agricultura vertical obteniendo altos ingresos que constituyen un aporte económico significativo, así estas empresas tendrán una proyección de ganancias para el año 2025 por encima de 8.700 millones de dólares.

Fundamentos de las granjas verticales

Agricultura urbana y periurbana

Antes de iniciar un negocio agrícola como el de las granjas verticales es necesario contemplar algunos conceptos y bases que lo sustentan, los cuales se ajustan al modelo productivo donde la relación estrecha entre la agricultura y el acontecer urbano se basa en el sustento, así como en el beneficio económico.

Ciertamente la agricultura urbana y periurbana (AUP) se define como una actividad que produce, procesa y comercializa alimentos, así como otros productos en el suelo y agua de áreas urbanas y periurbanas, aplicando métodos de producción intensivos utilizando el reciclaje de los desechos naturales para producir diversos cultivos y animales para el consumo humano.

Prácticas de la AUP

Adicionalmente la AUP concentra una serie de prácticas que deben ajustarse al entorno urbano tales como:

  • Manejo adecuado del agua.
  • Adecuado uso de la tierra.
  • Sistemas de energías sustentables.
  • Distribución equitativa de la mano de obra.

De igual forma la agricultura urbana (Figura 5) se basa en la producción de alimentos dentro de los límites de las ciudades tales como patios, terrazas, huertos comunitarios y en espacios públicos no aprovechados; actividades que se llevan a cabo en pequeña escala en la ciudad.

Agricultura Urbana.
Agricultura Urbana.

Mientras tanto la agricultura periurbana (Figura 6) se refiere a la producción de alimentos en unidades agrícolas cercanas a la ciudad, siendo llevada a cabo de forma intensiva en granjas comerciales y semicomerciales donde se cultivan hortalizas y se crían animales para consumo.

Agricultura Periurbana.
Agricultura Periurbana.

Fábrica de plantas

En la actualidad es posible producir alimentos libres de plaguicidas y de otros contaminantes gracias al manejo agroecológico de los huertos urbanos; no obstante, este tipo de práctica no garantiza una producción a escala industrial como lo hace la agricultura vertical.

Características de las fábricas de plantas

Asimismo, las fábricas de plantas o también conocidas como granjas verticales (Figura 7) presentan las siguientes características:

  • Son estructuras de varios pisos.
  • Facilitan la producción de alimentos en mesones móviles ubicados verticalmente.
  • Facilitan un mejor manejo de los cultivos de ciclo corto debido a la automatización de los procesos tales como:
    • Siembra.
    • Mantenimiento.
    • Riego.
    • Fertilización.
    • Control de la temperatura.
fabrica de plantas
Fábrica de Plantas.

Adicionalmente estas estructuras cuentan con paneles electrónicos que garantizan la cantidad óptima de luz (luz LED), nutrientes necesarios y adecuada temperatura para el crecimiento de los cultivos, por consiguiente:

  • No hay uso excesivo de los recursos suelo y agua.
  • Garantiza la producción durante todo el año.
  • Un mínimo uso de la mano de obra.

Cabe destacar que uno de los aspectos más resaltantes de las fábricas de plantas es el producir alimentos a gran escala en áreas de menor dimensión; por lo tanto, antes de iniciar un negocio como el de las granjas verticales hay que considerar los siguientes aspectos:

estructura de una granja vertical

Elementos básicos de una granja vertical

Una granja vertical debe contar con el siguiente equipamiento:

Paneles solares

La mayoría de las granjas verticales planteadas deben ser auto sostenibles mediante el uso de su propio sistema energético, así los paneles solares rotatorios en dirección al sol instalados en la parte alta del edificio son una de las innumerables posibilidades.

Turbina de viento espiral

Otra alternativa es incluir la colocación de una espiral rotativa eólica que se ubicaría también en la parte superior del edificio, con el fin de generar energía eólica.

Paneles de cristal

Granjas verticales ¿cuestión de espacio?

A pesar de los avances tecnológicos y de los costos que implican la fundación de una granja vertical, sigue despertando un gran interés la posibilidad de crear granjas verticales en espacios reducidos, a fin de que esta práctica tenga un mayor alcance dentro de la comunidad de productores agrícolas.

No obstante, es importante tener en cuenta que el hecho de fundar una granja vertical en un lugar reducido, implica elegir bien el lugar donde vas a ubicar la estructura. Puede ser desde una pequeña habitación al final de una casa, hasta un sótano ubicado en las cercanías de un jardín.

Para ello, es necesario tener el sistema de energía adecuado para colocar la luz LED que recibirán las plantas, toma de agua cercana y el sistema de fertiriego acorde a las necesidades de los cultivos.

Paneles de cristal en granja vertical
Paneles de cristal.

Cultivos asociados a las granjas verticales

Especies con potencial productivo y su clasificación

Las granjas verticales pueden fundarse en zonas consideradas nulas para la agricultura tradicional, de manera que hoy en día gracias a esta tecnología se pueden cultivar las siguientes especies:

Cuadro 1. Clasificación de las hortalizas cultivadas en granjas verticales.

1. Hortalizas de hoja 2. Hortalizas de tallo 3. Hortalizas de frutos
Acelga Beta vulgaris L.

Berro Nasturtium officinale

Cebollín Allium cepa

Lechuga Lactuca sativa L.

Espinaca Spinacia oleracea L.

Repollo Brassica oleracea L.

Rúcula Eruca sativa.

Apio Apium graveolens

Esparrago Asparagus officinalis

Ruirbarbo Rheum rhabarbarum

Ají Capsicum chinense

Berenjena Solanum melongena

Calabacín Cucurbita pepo

Pepino Cucumis sativus

Pimentón Capsicum annum

Tomate Solanum lycopersicum

Selección de semilla

La calidad del lote de semilla se debe valorar por el poder de la germinación, el vigor y la sanidad, parámetros que constituyen la calidad de la producción, razón por la cual en las granjas verticales es necesaria la adquisición de semillas certificadas por parte de un proveedor de confianza.

Métodos de siembra

Los sistemas de siembra directa en granjas verticales obedecen a una línea de producción automatizada (Figura 9) que cuenta con cintas transportadoras y elevadores, cuyo propósito es llevar al cultivo a un lugar más alto conforme sea su patrón de crecimiento.

Por ejemplo, en el caso de cultivos cuya propagación se realice de forma vegetativa existen robots Schleppers, los cuales trasplantan brotes u esquejes de un lado a otro para garantizar la uniformidad y el espaciamiento, aprovechando así equitativamente la luz y los nutrientes.

Sistema automatizado de siembra directa en granja vertical
Sistema automatizado de siembra directa.

Requerimientos nutricionales en las granjas verticales

Las plantas requieren de elementos esenciales para su crecimiento y desarrollo, para ello dependen del recurso suelo el cual aporta elementos químicos tales como nitrógeno, fosforo, potasio, magnesio y otros microelementos.

En este sentido en las granjas verticales el aporte de nutrientes se realiza mediante la técnica de la hidroponía (Figura 10), siendo este un método de cultivo que en lugar de tierra utiliza soluciones acuosas con nutrientes químicos necesarios que requiere un cultivo.

lechuga hidroponica obtenida en granja vertical
Técnica de hidroponía.

De forma tal que el cultivo se establece en canales por donde pasa un flujo de agua constante e impulsado por una bomba, es conveniente en este sistema de disoluciones de sales controlar la calidad química del agua para un mayor aprovechamiento de los nutrientes.

Para mayor información relacionada con la hidroponía te recomendamos revisar nuestro artículo sobre "Cultivos hidropónicos"

Soluciones tecnológicas para la agricultura vertical

Sky Greens

En el año 2012 Singapur construyó la primera granja vertical en el mundo, siendo la primera en proponer el término Sky Greens al conjunto de innovaciones tecnológicas asociadas a las granjas verticales (Figura 11).

Granja Vertical Sky Greens.
Granja Vertical Sky Greens.

Básicamente Sky Greens es un sistema automatizado conformado por canales rotativos dispuestos de muchas formas (Figura 12) adaptados a cada cultivo que se caracteriza por:

  • Estar colocados en columnas de 6 metros de altura.
  • Cada columna tiene entre 15 y 40 niveles de canales aproximadamente.
  • En estas columnas se cultivan fundamentalmente hortalizas de hoja tales como acelga, espinaca, lechuga y repollo.
  • Los sistemas de energías alternativas impulsan actividades de suministro de agua, nutrientes e iluminación.
  • Requiere personal calificado para su manejo.
Granja Vertical Sky Greens.
Granja Vertical Sky Greens.

Fuente: Míša Jandeková

Diseño vertical para la producción vegetal (A-GO-GRO)

La tecnología A-GO-GRO (Figura 13) consiste en cultivar hortalizas, hierbas aromáticas y algunas especias en torres en forma de A con unos 6 metros de altura aproximadamente, diseñadas para tener entre 22 y 26 canales en los que se cultivan los rubros ya mencionados presentando las siguientes características:

  • Las torres rotan alrededor de la estructura metálica liviana que generalmente es de aluminio.
  • Poseen una velocidad de rotación de 1 milímetro por segundo garantizando la uniformidad en la incidencia de la luz solar o luz LED.
  • Tiene una constante aireación sobre el cultivo.
  • El sistema es automatizado, almacenando agua en un tanque ubicado en una zona superior a la torre, donde mediante la gravedad se hace llegar agua al sistema de riego y rotación.
  • Un generador proporciona la energía para que el sistema funcione.
    Una bomba recicla el agua del tanque principal (Figura 14).
Diseño Vertical A-GO-GRO.
Diseño Vertical A-GO-GRO.

Si te gusta el tema de los cultivos en ambiente controlado te invitamos a que no dejes de revisar nuestro artículo sobre el tema titulado "Cultivos protegidos".

Diseño Vertical A-GO-GRO.
Diseño Vertical A-GO-GRO.

Los sistemas de rotación no necesitan de generadores eléctricos siendo sustituido por una polea que funciona con gravedad gracias a la acción del agua, constituyendo un recurso sustentable y sostenible.

Superficie de una granja vertical

Se estima que para el año 2050 la población mundial alcance los 9 mil millones de habitantes y por ende la demanda de alimentos será mayor, de allí surge la importancia de la granja vertical siendo un sistema de producción comprometido en satisfacer los estándares de seguridad alimentaria.

En este sentido las granjas verticales no solamente posibilitan una constante y alta productividad, sino que también representa ventajas relacionadas con:

  • Una mejora continua en la preservación de ecosistemas de todo el mundo.
  • El consumo de agua y fertilizantes es menor.
  • La posibilidad de producir alimentos en espacios urbanos hace que este tipo de agricultura se lleve a cabo en espacios reducidos.

De allí que la creación de granjas verticales implica numerosas variables, pero la más importante es la superficie donde se fundará ya que se debe tener en cuenta que la estructura es un edificio automatizado, pudiéndose construir a partir de 900 metros cuadrados; sin embargo, el espacio dependerá del cultivo cuya superficie vertical puede llegar hasta los 3.000 metros cuadrados.

Por ejemplo, AeroFarms construyó en Nueva Jersey la mayor granja vertical del mundo, con 6.500 metros cuadrados y una producción de más de 900 toneladas de vegetales de hoja al año, demostrando que la superficie de las granjas verticales está influenciada por el número de especies cultivadas, el tipo de diseño vertical y de los rendimientos esperados (Figura 15).

Granja Vertical AeroFarms, Nueva Jersey, EE.UU.
Granja AeroFarms, Nueva Jersey, EE.UU.

Sistemas de energía en la producción de una granja vertical

Uno de los mayores inconvenientes de las granjas verticales es el gasto energético para mantener una buena iluminación y temperatura en un edificio tan grande, razón por la cual se están estudiando soluciones sobre este problema como son el uso de la energía solar, energía hidráulica y energía eólica.

Cabe destacar que uno de los sistemas de energía más prometedores lo constituye el uso de las celdas solares, siendo ubicadas en lo más alto o en los alrededores de la estructura de la granja vertical; a través de este sistema se puede operar todos los procesos productivos de la unidad.

En este sentido el hecho de instalar sistemas paneles solares en granjas verticales tiene las siguientes ventajas:

  • Aumentar el flujo de energía.
  • Se genera a su vez un aumento de la temperatura.
  • Produce electricidad.
  • Permite una reducción en el consumo de energía eléctrica entre 30% y 45% aproximadamente.

Seawater Vertical Farm

Un ejemplo importante es la más reciente innovación llamada Seawater Vertical Farm, una granja vertical que utiliza agua de mar con un sistema eficiente de propulsión de energía; sin embargo, el costo es muy elevado y la distribución de esa energía aún no está bien definida.

De este modo en algunos lugares la solución más óptima es la de emplear sistemas híbridos de energía fotovoltaica y eólica, señalando que esta combinación es óptima para granjas verticales ubicadas en zonas donde la superficie sea limitada, ya que la eólica aporta más potencia en menor superficie.

Energía solar fotovoltaica

Este tipo de energía está conformado de placas compuestas por células fotovoltaicas que transforman la radiación solar en electricidad (Figura 16), pueden ser usadas para la iluminación de algunas granjas verticales de flores, así como para el suministro eléctrico de operaciones de canales móviles y el empaquetado.

Célula fotovoltaica usada en granja vertical
Célula fotovoltaica.

Energía eólica

Para generar energía eólica existen mini aerogeneradores urbanos (Figura 17) entre 200 W hasta 5 kw que se utilizan en zonas donde la radiación solar no es suficiente, pero con una alta incidencia de vientos durante el año; aunque este sistema aún no ha sido comprobado en términos de su eficiencia y viabilidad en granjas verticales.

generadores eólicos urbanos
Mini aerogeneradores urbanos.

Iluminación en las granjas verticales

La iluminación es un factor fundamental en las granjas verticales razón por la cual es necesario tener conocimiento sobre aspectos básicos como la luz, espectro de absorción y la clorofila.

La luz

La luz es la parte de la radiación electromagnética, formada por partículas elementales llamadas fotones, incluye espectros invisibles como las ondas de radio y rayos x donde a cada espectro le corresponde una frecuencia electromagnética medida en nanómetros (nm).

De esta manera la distribución de los colores en el espectro está determinada por la longitud de onda de cada uno de ellos, donde la luz visible es solo una pequeña parte del espectro electromagnético (Figura 18).

Espectro electromagnético de la luz visible
Espectro electromagnético de la luz visible.

Espectro de absorción de las plantas

Resulta que las plantas usan las partes del espectro azul (400 nm) y rojo (700 nm) para su crecimiento entre otras funciones fisiológicas (Cuadro 2), aunque actualmente se han realizado estudios en los que demuestran que el resto de longitudes del espectro visible interactúan en menor medida con los fitocromos.

Cuadro 2. Efectos fisiológicos de la longitud de onda absorbida por las plantas.

Luz λ (nm) Acciones y efectos
Violeta, azul y verde 400 – 550 nm Acción fotosintética y crecimiento de tejidos.
Verde, amarillo y anaranjado 550 – 620 nm La acción fotosintética y crecimiento vegetativo.
Roja 620 – 700 nm Acción fotosintética, germinación, floración y fructificación.

La clorofila

Un pigmento es una sustancia que presenta las siguientes características:

  • Absorbe la luz.
  • Posee un espectro de absorción característico.
  • Su color está dado por la longitud de onda no absorbida.

Es importante señalar que la clorofila es un pigmento verde común a todas las células fotosintéticas que absorbe todas las longitudes de onda del espectro visible excepto las de la percepción global del verde detectado por nuestros ojos (Figura 19), es un pigmento de gran relevancia por ser responsable de generar el rendimiento de las plantas.

Clorofila en el interior de una célula vegetal.
Clorofila en el interior de una célula vegetal.

Iluminación LED en granjas verticales

Las lámparas de diodo (LED) son la más reciente tecnología en ingresar al campo de la agricultura en ambientes controlados (Figura 20) en términos generales presentan las siguientes características:

  • Una elevada eficiencia en comparación con las lámparas incandescentes.
  • Consumen mucha menos energía eléctrica.
  • Poseen una vida media de uso más larga que disminuyen los costos de producción.
lámparas de diodo (LED) en el cultivo de lechuga dentro de una granja vertical
Incidencia directa de lámparas de diodo (LED) sobre el cultivo de lechuga.

Beneficios iluminación LED

La iluminación LED en las granjas verticales tiene muchos beneficios siendo uno de ellos que no genera exceso de calor, por ello hace posible utilizarla en cultivos térmicamente sensibles sin causar daños, adicionalmente poseen propiedades repelentes contra insectos plagas lo cual ayuda a disminuir el uso de insecticidas (Figura 21).

De igual forma la tecnología LED permite obtener altos rendimientos de forma constante en las granjas verticales. de hecho, las fábricas de plantas respaldadas por fuentes LED acortan el período de cosecha, lo cual es una mejora a la seguridad alimentaria aumentando el valor de los productos agrícolas.

luz LED roja sobre planta de tomate
Incidencia de luz LED roja sobre planta de tomate.

Adicionalmente el sistema de iluminación LED es capaz de estimular positivamente el proceso de la fotosíntesis de los cultivos, donde el control total o parcial es automatizado y operado por sistemas de software desde un teléfono móvil o directamente desde la granja (Figura 22).

Control de fotosíntesis mediante luz LED en granja vertical
Control de la fotosíntesis mediante la incidencia directa y constante de la luz LED.

Luz monocromática

Asimismo, otra ventaja de estos dispositivos es la emisión de longitudes de onda monocromática. Por consiguiente, cada color de luz LED se limita a una longitud de onda de alcance muy estrecho (dominante) dado por el material semiconductor que lo compone, mientras que la luz blanca corresponde a la mezcla aditiva de todos los colores.

Ciertamente esto permite brindar a diversas plantas una fuente de luz ajustada a las necesidades de las mismas aumentando aún más la eficiencia de todo el proceso productivo; es por ello que las luces comerciales de diversos colores que emiten en una longitud de onda específica (Figura 23), se obtienen por una mezcla de luz de los siguientes espectros:

  • Rojo (630-890 nm).
  • Verde (525-555 nm).
  • Azul (450- 480 nm).
Colores del espectro visible luz LED en granja vertical
Colores del espectro visible luz LED.

Funcionamiento de iluminación LED

La forma de iluminación LED para el crecimiento de las plantas funciona de la manera siguiente:

funcionamiento de iluminación LED

Es de resaltar un aspecto importante de las lámparas y/o dispositivos LED como es el ángulo de emisión de luz, es recomendable que sea menor a 180 grados, lo cual implica que toda la luz generada está enfocada hacia la parte frontal del dispositivo impidiendo las pérdidas por reflexión.

Ventajas de la luz LED

  • Permite el ahorro de energía.
  • Favorece el proceso fotosintético.
  • No genera calor.
  • Su vida útil es de 10 años.
  • Se puede utilizar sin sistemas de ventilación.
  • Propicia el crecimiento de los tejidos y la floración de forma más rápida.

Desventajas de la luz LED

  • El uso en zonas templadas amerita sistemas generadores de calor.
  • El costo de inversión es elevado.

Control de la temperatura y de la humedad en granjas verticales

Las altas temperaturas afectan de forma directa los siguientes aspectos:

  • El crecimiento y productividad de las plantas.
  • Causa cambios moleculares.
  • Reducción de la fotosíntesis.
  • El estrés térmico al que se somete las plantas provoca daños irreversibles en el aparato fotosintético.

También hay que destacar la temperatura en el sustrato ya que fluctuaciones en una solución nutritiva pueden afectar tanto el pH como la solubilidad de los nutrientes, se ha determinado que el rango de temperatura ideal para el aprovechamiento de los nutrientes en una solución hidropónica está entre 20 °C y 22°C.

Es importante destacar que el control de la temperatura y la humedad en las granjas verticales se lleva a cabo mediante sistemas automatizados, su funcionamiento ocurre gracias a pequeños motores que incorporan aire y CO2 al interior de la estructura; estos se componen de pequeños sensores encargados de recopilar información del entorno.

Del mismo modo las granjas verticales deben tener controladores modulares (Figura 24) que constan de pantallas instaladas en un cuarto de control. En consecuencia, se debe asegurar una visión fácil de los valores generales de uso diario tales como:

  • La temperatura.
  • Humedad.
  • La ventilación.
  • Los niveles de entrada y de escape.
  • Válvulas.
  • Cortinas.
  • Suministro de calefacción.
  • Consumo de agua.
Controladores climáticos e hidropónicos.
Controladores climáticos e hidropónicos para sistemas automatizados.

Sistemas requeridos

Para el control de la temperatura y humedad de una granja vertical se debe contar con los sistemas siguientes:

  • Sistema de presión equilibrada con entradas de aire y chimeneas de evacuación e intercambio de calor.
  • Un sistema con varios tubos de escape con un techo hecho de un material aislante y perforado a través de la cual el aire fresco llega a la estructura.
  • Y un sistema de ventilación natural con apertura y cierre de ventanas o cortinas de ventilación.

Por lo tanto, para el funcionamiento de estos sistemas se deben instalar dispositivos digitales con software capaces de ofrecer y analizar curvas de humedad, gráficas de temperatura y monitoreo el flujo de agua desde una computadora o teléfono móvil (Figura 25).

Dispositivos para el control del clima en granjas verticales
Dispositivos digitales para el control del clima en granjas verticales.

Uso sostenible del agua y de los nutrientes en las granjas verticales

El uso sostenible del agua es necesario en las granjas verticales debido a que de ello depende el 80% de todo el funcionamiento de la misma, por eso es muy importante concienciar a los empresarios del agro sobre:

  • La necesidad de manejar el agua con la mayor eficiencia posible con el fin de lograr una actividad sostenible a largo plazo.
  • Las limitaciones inherentes a la disponibilidad del recurso.
  • El peligro de actuaciones contrarias al medio ambiente debido a:
    • El agotamiento de acuíferos o la contaminación de éstos.
    • El uso no racional de fertilizantes.

La hidroponía

La hidroponía consiste en introducir las raíces de las plantas directamente en el agua la cual contiene una solución de nutrientes que circula en circuito cerrado (Figura 26), esta técnica posee la ventaja de utilizar poca agua y además no requiere uso de plaguicidas.

Sistema hidropónico dentro de granja vertical
Sistema hidropónico.

En las granjas verticales la hidroponía constituye un elemento sostenible, aunque los nutrientes utilizados son a menudo abonos minerales que proceden de la industria química; sin embargo, hoy en día se llevan a cabo estudios para el uso de fertilizantes orgánicos de origen natural.

La aeroponía

Otra técnica para el uso sostenible el agua en las granjas verticales es la aeropónica (Figura 27), esta técnica consiste en nutrir las plantas mediante la vaporización de una mezcla biológica de agua y nutrientes sobre las raíces y las hojas; actualmente es la más usada en las granjas verticales.

aeroponia en granja vertical
Técnica de aeropónica.

Existen sistemas productivos que integran de forma eficiente las técnicas de Acuicultura e Hidroponía para producir tanto vegetales como peces. Si deseas saber más del tema revisa nuestro artículo sobre la acuaponía.

Sistema NFT

El sistema Nutrient Film Technique NFT (Técnica de capa de nutrientes) se basa principalmente en la reducción de espacio, donde la circulación de una capa fina de solución nutritiva pasa de forma continua o parcial a través de las raíces (Figura 28), constan de una serie de canales de PVC de forma rectangular, escalonada, en zigzag o vertical denominados canales de cultivo.

Sistema NFT hidroponia
Sistema NFT.

Cantidad y calidad del agua necesaria en el proceso productivo

La cantidad de agua necesaria para el proceso productivo de las granjas verticales dependerá de factores tales como:

  • Superficie.
  • Cultivo.
  • Número de rubros sembrados.
  • Tipo de riego a utilizar.

Cabe destacar que el ajuste de las dosis de riego a las necesidades reales del cultivo en etapa es determinante, para ello se requiere de un conocimiento preciso, así como una atención permanente por parte de los especialistas y agricultores; también se debe ajustar el empleo de fertilizantes a las necesidades reales del cultivo para administrarlos adecuadamente evitando pérdidas.

Por otra parte, para el manejo de la calidad del agua es necesario colectar muestras para determinar la composición y características más importantes como:

  • pH.
  • Turbidez.
  • Temperatura.
  • Oxígeno disuelto.
  • Dureza.

Reciclaje y almacenamiento del agua en las granjas verticales

El almacenamiento del agua es un aspecto importante en las granjas verticales, de manera que el agua se recoge a través de las superficies impermeables, como el recubrimiento de los canales por donde circula el agua de riego, siendo enviada a través de un sistema de filtración orgánica que aprovecha los ecosistemas acuáticos para convertir el agua gris y de lluvia como recurso utilizable.

En este sentido el agua filtrada recolectada puede ser reutilizada para instalaciones de riego de cultivos hidropónicos, esta debe ser colectada de las fachadas y cubiertas de la torre por bombeo mediante los molinos de vientos (energía eólica), para luego ser almacenada en la parte superior de la torre.

Finalmente, las aguas negras producidas por la torre se reciclan siendo purificadas para alimentar y fertilizar la producción agrícola de las granjas verticales.

¿Quieres conocer la relación entre la hidroponía y la técnica aeropónica?, entonces revisa nuestra nota "Hidroponía y aeroponía: ¿caerá la tierra en desuso?"

Ventajas y desventajas de las granjas verticales

La población mundial está aumentando vertiginosamente razón por la cual la disponibilidad del recurso suelo a futuro estará comprometido para ser usado en cultivos, de allí que el aprovechamiento de recursos tecnológicos como las granjas verticales permitirá la producción masiva de alimentos contribuyendo con la seguridad alimentaria del mundo.

Sin embargo, uno de los inconvenientes que se pueden presentar con las granjas verticales es lo inherente al gasto energético que conlleva mantener con buena iluminación y temperatura un edificio de grandes dimensiones; no obstante, actualmente hay soluciones al problema como son el uso de energía solar o eólica.

Ventajas de las granjas verticales

  • Se puede cosechar todo tipo de vegetales durante todo el año.
  • Se eliminan daños a la cosecha por condiciones climáticas impredecibles y perjudiciales.
  • Los cultivos crecen las 24 horas del día, los 365 días del año.
  • Se reduce el uso de plaguicidas.
  • Se reduce el tiempo que tarda en llegar desde el lugar de producción hasta el consumidor.
  • Los alimentos son más sanos y frescos.
  • Aumenta la capacidad de alimentar a un gran número de personas.

Desventajas de las granjas verticales

La fundación del edificio y su equipamiento con la tecnología de punta amerita un costo de inversión elevado.

Las granjas verticales mitigan los problemas de la alimentación en el mundo, su principal desventaja es el costo de inversión inicial; sin embargo, conforme avanza la tecnología estos costos tienden a reducirse.

Costos de inversión de las granjas verticales

Desde el punto de vista financiero las granjas verticales constituyen un buen negocio, ya que una puede estar operativa 30 días después de su fundación con un retorno de inversión entre 3 a 5 años, en lugar de 20 a 40 años como las granjas tradicionales.

Por otro lado, el costo de instalación de las granjas verticales es muy elevado, se estima que cada una de sus instalaciones cuesta entre 300 mil y 500 mil dólares sin incluir los costos de funcionamiento; aunque este monto es mayor que el de las granjas tradicionales se debe tomar en cuenta la revalorización de la misma con el pasar del tiempo.

Factores de producción

De igual forma hay que tener en cuenta el valor de los insumos requeridos para el funcionamiento de las unidades económicas de producción de bienes y servicios, también deben considerarse los pagos a los factores de la producción:

  • Capital: pagos al empresario (intereses, utilidades, etc.)
  • Trabajo: pagos de sueldos, salarios y prestaciones a trabajadores y empleado.

En general los gastos iniciales de una granja vertical correspondientes a los insumos intermedios en bienes y servicios, inversión tecnológica, pagos al factor trabajo y al capital utilizados en la producción de los cultivos oscila entre los 150 mil y 170 mil dólares por hectárea; este monto varía según las dimensiones de la granja.

Ciertamente hay que tomar en consideración que la ganancia total de una granja vertical dependerá de la relación entre los costos de producción y el ingreso total alcanzado, donde el precio de venta de las cosechas determinará los ingresos de la empresa; por lo tanto, los costos e ingresos resultan ser dos elementos fundamentales para decidir el nivel de máxima ganancia.

El adecuado conocimiento de los costos de producción de una granja vertical es una condición necesaria para que se generen ganancias.

Perspectivas económicas de las granjas verticales en América latina

La situación económica actual de América Latina al parecer no contempla el desarrollo y la integración de las granjas verticales en el futuro próximo, a pesar de tener condiciones óptimas de clima que propicie su desarrollo; sin embargo, hay países que prometen un futuro rentable y prometedor.

Panamá

Es necesario resaltar que América Latina tiene limitantes en los sistemas financieros para impulsar el desarrollo de las granjas verticales. No obstante, un buen ejemplo es la experiencia de la empresa panameña Urban Farms, caracterizada por minimizar los costos de operación mientras maximiza la productividad, garantizando su funcionamiento y rentabilidad haciendo una realidad la implementación de esta tecnología.
Asimismo, Urban Farms no sólo ha sido la primera granja de agricultura vertical de Panamá y América Latina, sino que gracias a las experiencias adquiridas en su etapa de experimentación ha ejecutado algunas innovaciones para mejorar el desempeño de este nuevo sistema de agricultura de precisión, obteniendo buenos resultados y contribuyendo con la seguridad alimentaria.

Chile

De la misma forma países como Chile parecen prometer un futuro viable para el negocio de las granjas verticales en Latinoamérica. De hecho, la empresa AgroUrbana acaba de cerrar una ronda de capital semilla de 1 millón de dólares, así como Startup ha creado la primera granja vertical de Sudamérica.

Así pues, la contribución del 33,6% del financiamiento estuvo a cargo del Fondo de Inversión Privada CLIN administrado por Chile Global Ventures, donde el capital de la Fundación Chilena fue una iniciativa pública y privada para la innovación y la sostenibilidad del país suramericano.

Cabe destacar que la construcción de la granja vertical constará de 280 metros cuadrados en una localidad no revelada de la región metropolitana de Santiago, inicialmente en esta granja se realizarán ensayos con cultivos hidropónicos y la aplicación de la tecnología de luces LED con un sistema de energía sostenible.

Promover el desarrollo de granjas verticales en América Latina, dependerá de los esfuerzos de cooperación de los gobiernos con las empresas privadas y de los programas de préstamos a 0% de interés para fomentar la producción de alimentos.

Avances y tendencia actual de las granjas verticales

Actualmente las granjas verticales están emergiendo como parte de una nueva planificación urbanística, aunque el desarrollo de las mismas no ha sido posible en regiones con problemas financieros, conllevando a que estos sistemas no estén distribuidos mundialmente.

Por una parte, los avances tecnológicos de las granjas verticales han sido de forma gradual, pues aún en otras regiones del mundo enfrentamos el vacío de una planificación urbana no acorde a esta tecnología; no obstante, se están realizando avances en proyectos ambiciosos que proponen llevar a las granjas verticales a un nivel más alto como las ciudades inteligentes.

Ciudades inteligentes

En este sentido las ciudades inteligentes o Smart City son aquellas cuya capacidad de desarrollo hacia el futuro consideran aspectos tales como:

  • El conocimiento.
  • La flexibilidad.
  • La capacidad de transformación.
  • La sinergia.
  • La individualidad.
  • El comportamiento estratégico.
  • Eficiencia en su administración.

En definitiva, las Smart City contemplan el aprovechamiento y la implementación de tecnologías de vanguardia que tienen hoy en día las granjas verticales, pudiendo dar grandes prestaciones de cara al futuro para satisfacer las crecientes demandas de espacio, servicios públicos, educación, salud y alimentación.

Si te gusta el tema de los cultivos en ambiente controlado te invitamos a que no dejes de revisar nuestro artículo sobre el tema titulado "Cultivos protegidos".

Laboratorio Ecológico

El Eco-Laboratorio es un edificio de diseño verde concebido en torno a un jardín para la comunidad en el barrio de Seattle Belltown, EE. UU (Figura 29), fue diseñado por el arquitecto Weber Thompson donde la innovación se centra en los sistemas de energía, la ventilación natural, los aspectos de la comunidad y los recursos renovables.

Proyecto EcoLaboratorio.
Proyecto EcoLaboratorio.

De modo que el Eco-Laboratorio se caracteriza por:

  • Integrar los aspectos sociales y ecológicos del sistema.
  • Idealiza la producción de alimentos, higiene y vivienda para los trabajadores.
  • La base de la producción se centra en cultivos hidropónicos.
  • Parte de los huertos son sostenibles contribuyendo al auto abastecimiento diario.
  • El proyecto integra un mercado de agricultores públicos donde se comercializan los productos cosechados.
  • La estructura cuenta con 11 niveles en un área de 18 mil metros cuadrados.

Torre viviente

El diseño innovador propuesto por el Arquitecto Pierre Sartoux del Atelier SOA propone un proyecto de rascacielos de agricultura vertical, desarrollado alrededor de una estructura que consta de aberturas de luz solar controladas.

De forma tal que el concepto de la torre viviente se fundamenta en:

  • La interacción entre las actividades agrícolas y urbanas.
  • Es una ciudad autónoma con servicios de transporte y de salud.
  • La sustentabilidad y la sostenibilidad de esta estructura se basan en uso de fuentes de energías renovables.

Por otra parte, el diseño estructural asociado al concepto arquitectónico de una torre con una estructura mixta de concreto y acero con cuatro fachadas acristaladas de doble piel (Figura 30), permite el desarrollo de la producción agrícola, residencias y otras actividades productivas en un sistema único y vertical.

Torre Viviente granja vertica
Modelo propuesto de Torre Viviente.

Igualmente, la torre cuenta con 30 pisos en un área de 50 mil metros cuadrados, integrando la oposición entre los espacios de oficinas, viviendas, también espacios vacíos como jardines y zonas de cultivo con el aprovechamiento de la energía solar, eólica e hidráulica.

Compilador:

Prof., Ing. Agr., M.Sc. Ángel A. Mariño S.

Referencias Consultadas

Agriculturers. El futuro de las granjas verticales. Consultado el 28 de julio de 2020. Disponible en http://agriculturers.com/que-futuro-tienen-las-granjas-verticales/

Banerjee, C; Adenaeuer, L. 2014. The economics of vertical farming, Journal of Agricultural Studies 2:40-60.

Bejarano, P. Japón abre una planta donde las lechugas crecen con luz LED. Consultado el 30 de julio de 2020. Disponible en https://blogthinkbig.com/industrializacion-de-la-agricultura.

Campo, E. Ventajas de la iluminación LED en invernaderos. Consultado el 22 de julio de 2020. Disponible en http://www.elmercurio.com/Campo/Noticias.

Jimenez, L. 2016. Efecto de la intensidad lumínica de lámparas LED en la producción de lechuga Lactuca sativa L. Guayaquil, Ecuador. Facultad de Educación Técnica Para el Desarrollo, Universidad Católica de Santiago de Guayaquil, Ecuador. 14-16 p.

Lino, R. 2012. Granjas verticales: hacia el modelo de Smart City. Proyecto de máster. Escuela Politécnica Superior de Barcelona, Barcelona, España. 53-59.p.

Prieto, J. Granjas verticales en Singapur, Blog: Agronegocios e industria de alimentos, Facultad de Administración, Universidad de Los Andes, Consultado el 16 de agosto de 2020. Disponible en http://agronegocios.uniandes.edu.co/index.php/tematicas/alimentos/275-granjas-verticales-en-singapur.

Shamshiri, R; Kalantari, F; Ting, K; Thorp, K; Hameed, I; Weltzien, C; Ahmad,D; Shad, Z Advances in greenhouse automation and controlled environment agriculture: A transition to plant factories and urban agriculture. Via ResearchGate.

Skyer, M. Vertical farming: it’s coming to save the day, but will it. Consultado el 29 de julio de 2020. Disponible en http://www.craftsy.com/blog/2014/06/what-is-vertical-farming/

 

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NOTA: Agropedia es una herramienta de Agrotendencia TV para la producción y difusión de conocimiento técnico-agrícola especializado enfocado a optimizar el uso de los recursos y mejorar significativamente el manejo de los sistemas de producción en América Latina. Puedes acceder a la información más actualizada sobre la agricultura en el mundo a traves de nuestro portal web: Agrotendencia.tv

AGROPEDIA GRANJAS VERTICALES - Agropedia

 

 

Agro para el siglo 21. La Finca Vertical en Ambiente Controlado o Plant Factory- Agropedia

 

 

Granjas verticales de la mano con la robótica - Agropedia

 

 

granja vertical dentro de un galpón
hombre cortando lechuga de una granja vertical
granjas verticales en invernaderos gigantes
mujer con bandeja de lechuga obtenida de una granja vertical
bandejas en estantes dentro de una granja vertical
científico evaluando plantas dentro de una granja vertical
vista de bandejas dentro de una granja vertical
plantas de lechugas sembradas en granja vertical con luz ultravioleta
pasillo lleno de bandejas en granja vertical
hombre evaluando cultivo dentro de una granja vertical
mano robotica tomando planta dentro de una granja vertical
pasillo de granja vertical lleno de bandejas
lechugas creciendo con luz led en granja vertical
mujer cosechando en granja vertical
hombre pesando hortalizas dentro de una granja vertical
granja vertical en galpón lleno de estantes con hortalizas
granja vertical conformada por bandejas plásticas en forma circular
mujer mirando hortalizas dentro de granja vertical
granja vertical con estantes y con bandejas sembradas con plántulas de lechuga
manos con guantes tocabdo una hoja dentro de una granja vertical
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