Desenvolupament d'un sistema de reg en sistema aeroponia

Abstract

Es presenta el disseny i desenvolupament d’un sistema de cultiu aeropònic vertical, orientat a l’aplicació domèstica o educativa, amb possibilitats de fabricació a escala industrial. L’objectiu principal del projecte ha estat redissenyar un sistema aeropònic ja existent per tal de millorar-ne el muntatge, optimitzar el procés de fabricació i garantir-ne la viabilitat estructural i alimentària. La metodologia ha consistit en el desenvolupament de quatre propostes de disseny mitjançant programari CAD (Siemens NX), seguint criteris de modularitat, funcionalitat i fabricabilitat. També s’ha utilitzat SolidWorks per dur a terme l’anàlisi per elements finits (FEM). També s’ha fet una selecció tècnica dels materials emprats, mitjançant la base de dades GRANTA EduPack, tenint en compte la compatibilitat amb el contacte alimentari, la processabilitat per injecció de plàstic, la sostenibilitat i la resistència mecànica. El disseny final fa servir ABS (Acrilonitril Butadiè Estirè) per als components estructurals i PE-HD (Polietilè d’Alta Densitat) per a la caixa del dipòsit. Els resultats mostren que el disseny desenvolupat presenta una millora clara respecte al sistema inicial: és modular, més fàcil de muntar i mantenir, i optimitzat per a la fabricació per injecció. L’anàlisi estructural del mòdul més crític, sotmès tant a càrrega vertical (pes de les plantes) com a càrrega horitzontal (vent), confirma que els valors d’esforç (0,475 MPa) i desplaçament (0,0312 mm) es troben molt per sota dels límits admissibles del material ABS, garantint l’estabilitat estructural del conjunt. Com a validació física, s’ha fabricat un prototip a escala 1:2 mitjançant impressió 3D (FDM) al Centre CIM de la UPC. Tot i els bons resultats, el projecte presenta limitacions com la manca d’un estudi de mercat i la necessitat de validar els motlles d’injecció en un entorn real. Amb tot, el projecte conclou que el sistema proposat és viable tècnicament, fàcilment industrialitzable i adaptat a les necessitats d’un cultiu eficient i sostenible.

Se presenta el diseño y desarrollo de un sistema de cultivo aeropónico vertical, orientado a su aplicación doméstica o educativa, con posibilidades de fabricación a escala industrial. El objetivo principal del proyecto ha sido rediseñar un sistema aeropónico ya existente con el fin de mejorar su montaje, optimizar el proceso de fabricación y garantizar su viabilidad estructural y alimentaria. La metodología ha consistido en el desarrollo de cuatro propuestas de diseño mediante software CAD (Siemens NX), siguiendo criterios de modularidad, funcionalidad y fabricabilidad. También se ha utilizado SolidWorks para realizar el análisis por elementos finitos (FEM). Además, se ha llevado a cabo una selección técnica de los materiales empleados, mediante la base de datos GRANTA EduPack, teniendo en cuenta la compatibilidad con el contacto alimentario, la procesabilidad por inyección de plástico, la sostenibilidad y la resistencia mecánica. El diseño final utiliza ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno) para los componentes estructurales y PE-HD (Polietileno de Alta Densidad) para la caja del depósito. Los resultados muestran que el diseño desarrollado representa una mejora clara respecto al sistema inicial: es modular, más fácil de montar y mantener, y está optimizado para su fabricación mediante inyección. El análisis estructural del módulo más crítico, sometido tanto a carga vertical (peso de las plantas) como a carga horizontal (viento), confirma que los valores de esfuerzo (0,475 MPa) y desplazamiento (0,0312 mm) se encuentran muy por debajo de los límites admisibles del material ABS, garantizando la estabilidad estructural del conjunto. Como validación física, se ha fabricado un prototipo a escala 1:2 mediante impresión 3D (FDM) en el Centro CIM de la UPC. A pesar de los buenos resultados, el proyecto presenta limitaciones como la ausencia de un estudio de mercado y la necesidad de validar los moldes de inyección en un entorno real. Con todo, el proyecto concluye que el sistema propuesto es viable técnicamente, fácilmente industrializable i adaptado a las necesidades de un cultivo eficiente y sostenible.

The main objective of the project has been to redesign an existing aeroponic system in order to improve its assembly, optimize the manufacturing process, and ensure structural and food-grade viability. The methodology involved developing four design proposals using CAD software (Siemens NX), following criteria of modularity, functionality, and manufacturability. SolidWorks was also used to carry out finite element analysis (FEA). A technical selection of materials was conducted using the GRANTA EduPack database, considering compatibility with food contact, processability by plastic injection, sustainability, and mechanical strength. The final design uses ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) for the structural components and HDPE (High-Density Polyethylene) for the reservoir box. The results show that the developed design clearly improves on the initial system: it is modular, easier to assemble and maintain, and optimized for injection molding. Structural analysis of the most critical module, subjected to both vertical load (plant weight) and horizontal load (wind), confirms that the stress values (0.475 MPa) and displacement (0.0312 mm) are well below the permissible limits for ABS material, ensuring the structural stability of the system. As physical validation, a 1:2 scale prototype was manufactured using 3D printing (FDM) at the CIM Centre of UPC. Despite the positive results, the project has some limitations, such as the lack of a market study and the need to validate the injection molds in a real environment. Nevertheless, the project concludes that the proposed system is technically feasible, easily industrializable, and well-suited to the needs of efficient and sustainable cultivation.