Gabriela Cáceres, doctoranda del del Programa de Doctorado en Desarrollo Inclusivo y Sostenible de la Universidad Loyola, ha defendido su tesis en el Salón de Grados Campus de Sevilla de la Universidad Loyola obteniendo una calificación de sobresaliente Cum Laude.
En su trabajo titulado "Enhancing Smart and Sustainable Agriculture through Model Predictive Control Design and Implementation" con mención internacional, la doctoranda propone un sistema de riego que optimiza el uso de agua y energía eléctrica asociada a la previsión a través de algoritmos de control de la humedad en las distintas profundidades del suelo y de los patrones de clima y otros factores clave para el correcto.
Para ello esta tesis propone el diseño y desarrollo de un modelo periódico económico de controladores predictivos que hacen uso de un modelo agro-hidrológico dinámico no lineal, teniendo en cuenta el Contenido Volumétrico de Agua a varias profundidades del suelo. El objetivo de estos controladores es determinar estrategias de riego que optimicen el consumo de agua y energía al tiempo que garanticen niveles óptimos de humedad para los cultivos, maximizando así el rendimiento de las cosechas.
Una gestión eficaz del agua
La agricultura desempeña un papel fundamental en el crecimiento económico y la seguridad alimentaria, pero consume un 70% de los recursos mundiales de agua dulce para regar sólo una cuarta parte de sus tierras de cultivo. La gestión ineficaz del agua no sólo desperdicia este valioso recurso, sino que reduce considerablemente el rendimiento de los cultivos. Además, esta práctica limita la disponibilidad de agua para otros sectores esenciales.
Por el contrario, los países en desarrollo aprovechan los recursos renovables para compensar los costes energéticos. Sin embargo, en muchos países en desarrollo, el acceso limitado o nulo a la energía afecta gravemente a la productividad agrícola.
De ahí que sea crucial comprender los mecanismos que optimizan la gestión del agua y la energía, impulsan la productividad agrícola y conservan los recursos. La agricultura de precisión adapta la gestión de los recursos a las necesidades de los cultivos, con el fin de lograr una producción sostenible.
Los principales objetivos de la agricultura de precisión son la mejora de la eficiencia hídrica, la reducción del consumo de energía y la maximización de la productividad de los cultivos. El riego inteligente, un componente crucial de la agricultura de precisión, implica la aplicación precisa de agua en el momento adecuado, en las cantidades correctas y en los lugares adecuados dentro del campo. Esto permite a los agricultores conservar valiosos recursos al tiempo que salvaguardan el crecimiento de los cultivos.
Para cumplir con lo anterior, el riego inteligente se apoya en tecnologías de monitorización como las Redes Inalámbricas de Sensores y emplea estrategias de control que tienen en cuenta parámetros críticos como los niveles de humedad del suelo, los patrones climáticos y otros factores cruciales para el crecimiento de los cultivos.
La contribución de esta tesis es fundamentalmente práctica en el ámbito de la ingeniería. Demuestra no sólo la eficacia del controlador en simulación, sino también la integración exitosa de los sistemas de monitorización y control en un contexto agrícola real.
La tesis ha sido dirigida por el investigador y director de la Escuela de Ingeniería de la Universidad Loyola Pablo Millán Gata y tutorizada por el profesor doctor Mario Pereira Martin. El Tribunal estuvo presidido por el doctor Jose Luis Guzman Sanchez, el secretario fue el doctor Antonio Manuel Duran Rosal y la vocal fue la profesora doctora Chiara Toffanin.
Un estudio crucial en un escenario de cambio climático
Esta tesis se sitúa en el contexto de la creciente necesidad de abordar la producción de alimentos en un escenario de cambio climático y aumento de la demanda alimentaria, lo que se traduce en una presión cada vez mayor sobre los agricultores para optimizar la productividad al tiempo que gestionan de forma responsable los recursos naturales. En este contexto, el desarrollo e implementación de algoritmos de control de riego inteligente con tecnologías de monitorización como el Internet de las Cosas (IoT) se convierte en una importante contribución.
Desde la perspectiva del desarrollo inclusivo, esta tesis da paso a prácticas agrícolas mejoradas que pueden beneficiar no sólo a unos pocos elegidos, sino a un amplio abanico de agricultores gracias al uso de dispositivos IoT de bajo coste. La optimización del agua y la energía no solo disminuye los costes operativos, sino que también contribuye a la equidad al permitir que agricultores de todos los niveles adopten estas prácticas y mejoren su competitividad.
El énfasis en la gestión eficaz de los recursos se alinea estrechamente con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). El Objetivo 6, que se centra en el agua potable y el saneamiento, es un componente importante de esta investigación. Lograr la optimización del agua en la agricultura contribuye a este Objetivo que busca la gestión sostenible del agua abordando los retos más amplios de la escasez de agua y reduciendo la huella hídrica de la producción de alimentos.
Además, el Objetivo 7, que se centra en la energía asequible y limpia, también está intrínsecamente relacionado con esta investigación. Al optimizar el consumo de electricidad en el contexto del riego inteligente, esta tesis contribuye a mejorar la eficiencia energética y, a su vez, a reducir la huella medioambiental de la producción de energía.
En resumen, esta tesis pretende abordar los retos actuales de la agricultura de una manera inclusiva y sostenible garantizando que las tecnologías avanzadas de riego inteligente beneficien a la comunidad agrícola en su conjunto y sean coherentes con los objetivos globales de desarrollo sostenible.
Gabriela Cáceres ha trabajado hasta el momento como ayudante de investigación en el grupo de la Universidad Loyola Optimization and Control of Distributed Systems. Los investigadores de la Universidad Loyola cuentan con una dilatada experiencia en este ámbito, ya que desarrollan diversas investigaciones relacionadas en diversos proyectos como “AGRICULTURA 4.0. Apoyo a La Producción familiar campesina ecológica en Paraguay mediante una red de dispositivos inteligentes basada en IOT (Paraguay)” financiado por la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo en el que contribuyen a la digitalización de la agricultura familiar en Paraguay desplegando una red de dispositivos inteligentes de bajo coste basados en internet de las cosas.
También en el marco del proyecto INNOREGA, en el que los investigadores de la Universidad Loyola colaboraron con investigadores del IFAPA para la monitorización, mediante un sistema de sensores y cámaras, de plantaciones experimentales de arándanos y frambuesas, financiado por FEDER 2014-2020 ("Programa Operativo de Crecimiento Inteligente", Junta de Andalucía). Asimismo, el proyecto IRRIGATE, junto con IFAPA y Surexport S.L y el Instituto de Agricultura Sostenible del CSIC, el Departamento de Ciencias Agroforestales de la Universidad de Huelva y el CNRS francés, abordó soluciones al problema de optimización del uso del agua y del consumo energético asociado a su bombeo mediante un sistema basado en monitorización distribuida y control avanzado.
