Eficiencia del uso de muros verdes para disminuir los efectos negativos de la pérdida de áreas verdes en las ciudades con el uso de materiales reciclados

Abstract

Los sistemas de naturaleza urbana, como los muros verdes, se utilizan con frecuencia como una característica estética en los edificios, sin embargo, esta tecnología también puede ofrecer diversos beneficios ambientales. A grandes escalas, los muros verdes contribuyen a la introducción de vegetación en el espacio urbano sin ocupar ningún espacio a ras del suelo. La implementación de muros puede mejorar el entorno urbano contribuyendo a la gestión de aguas pluviales, a la calidad del aire, a la reducción de la temperatura y mitigación del efecto isla de calor. Al mismo tiempo, la aplicación de sistemas de naturaleza urbana también genera beneficios sociales y económicos. Esta tesis se divide en cuatro capítulos, donde se ofrecen alternativas para la preparación de muros verdes tanto en lo relativo a los medios de crecimiento como al sistema de riego, puesto que los sistemas de muros verdes comercialmente disponibles en el mercado son poco sustentables y costosos. Se diseñó un prototipo para este estudio que fue instalado en el Campus Rabanales de la Universidad de Córdoba entre abril 2016 y agosto de 2017. El proyecto utilizó ocho prototipos de muro verde construidos en aluminio, los cuales poseían canales de recolección de agua de PVC y revestimiento de fieltro para mantener la humedad. El primer capítulo abarca el efecto de los muros verdes en las edificaciones mostrando los diferentes beneficios de la implantación de estos, haciendo énfasis tanto en los beneficios ambientales, temperatura, ruido y aire, como en los beneficios económicos y sociales que el establecimiento de esta tecnología ofrece a las edificaciones. El segundo capítulo busca encontrar materiales alternativos disponibles en Andalucía que puedan utilizarse como medio de crecimiento en muros verdes, utilizando residuos orgánicos generados por la agricultura como en este caso la cáscara de arroz, en comparación con los materiales convencionales ya usados como medio de cultivo, en muros verdes como fibra de coco y lana de roca. En este capítulo se estudiaron las características fisicoquímicas de estos materiales y también se analizó el agua mediante la recolección del exceso de agua de riego, luego de pasar por los prototipos de muros verdes. Tras un proceso de selección, se eligieron dos especies diferentes de material vegetal Lampranthus spectabilis y Lavandula stoechas, teniendo en cuenta la exposición solar del lugar de establecimiento del prototipo de muro verde y la fácil adquisición de estas plantas en la región. Los resultados demostraron que los sustratos utilizados en los prototipos del experimento con lana de roca y fibra de coco tuvieron una influencia significativa en las características del agua, mientras que el efecto del sustrato de cáscara de arroz fue mínimo. Los resultados obtenidos también en este capítulo recomiendan el uso de una mezcla de fibra de coco y cascarilla de arroz, debido a que sus características y su desarrollo son apropiadas para el uso en medios de cultivo en los muros verdes, brindando así una alternativa ambiental utilizando subproductos agrícolas. En el tercer capítulo se buscó una solución para la reducción de costos para el sistema de riego inteligente donde se propuso el uso de programadores de riego de bajo coste automatizados, mediante herramientas como el Arduino Uno y Raspberry Pi utilizando sensores de humedad del suelo, humedad relativa, temperatura, intensidad lumínica, lluvia y actuadores como relé los cuales ayudaron a las plantas a alcanzar su máximo potencial y el uso eficiente del agua. El sistema se diseñó de tal manera que los sensores encendían el sistema de riego dependiendo de la información recolectada por estos sobre el estado del sustrato o las condiciones climáticas y enviados al Arduino para activar el relé de la electroválvula según el estado del sustrato o las condiciones climáticas. Esto no solo proporcionó comodidad, sino que también ayudó a reducir el consumo de energía, aumentó la eficiencia del riego y ahorró tiempo. A esto también se le agregó la tecnología de internet de las cosas para recopilar los datos del desempeño del muro verde a través de la plataforma ThingSpeak, la cual recogió los datos y los gráficos de forma sencilla lo que permite realizar un monitoreo en tiempo real desde internet. El sistema de automatización de riego para muros verdes con Arduino y Raspberri Pi cumplió con los objetivos definidos, pues mantuvo el bajo coste en su implementación, en comparación con los sistemas de riego automatizados disponibles en el mercado. También cumplió con el objetivo de acceder con cualquier dispositivo móvil que disponga de conexión a internet. En el cuarto capítulo se estudió la diferencia entre sustratos alternativos elegidos, como la cascarilla de arroz mezclada con cascara de coco, ya analizados en el segundo capítulo, comparándolos con el musgo Sphagnum, sustrato comercial habitual, como medio de crecimiento en muros verdes para la región de Andalucía, puesto que el musgo Sphagnum tiene un alto coste y dificultad de adquisición en la región. En este capítulo se estudiaron las características fisicoquímicas de los dos medios de crecimiento, se analizaron parámetros como la retención de agua en los sustratos establecidos en el muro verde y la homogeneidad en la distribución del agua dentro de los prototipos por medio de sensores electrónicos, además se comparó el desarrollo de las plantas Aptenia cordifolia y Lampranthus spectabilis en cada uno de los sustratos. Los resultados obtenidos demostraron que el medio de crecimiento de arroz mezclado con fibra de coco puede ser utilizado con éxito en la implementación como medio de cultivo en muros verdes, ofreciendo alternativas para reducir el impacto ambiental generado por la explotación de musgo Sphagnum a largo plazo. Por último, el experimento ofrece directrices para la aplicación a cualquier sistema de control ambiental, siendo el riego de precisión uno de los más importantes, ya que mejora la gestión de los recursos hídricos en áreas con poca agua.

Urban nature systems, such as green walls, are often used as an aesthetic feature in buildings, however, this technology can also offer various environmental benefits. At large scales, the green walls contribute to the introduction of vegetation into the urban space without occupying any space at ground level. The implementation of walls can improve the urban environment contributing to rainwater management, air quality, temperature reduction and mitigation of the heat island effect. At the same time, the application of urban nature systems also generates social and economic benefits This thesis is divided into fourth chapters, which offer alternatives for the development of green walls in both growth media and irrigation systems, since the green wall systems commercially available in the market are not very sustainable and expensive. A prototype was designed for this study which was installed in the Campus Rabanales of the University of Córdoba between April 2016 and August 2017. The project used eight green-wall prototypes built in aluminum, which had PVC and water collection channels. felt coating to keep moisture. The first chapter covers the effect of green walls in buildings showing the different benefits of the implementation of these, emphasizing environmental benefits such as temperature, noise and air, as well as the economic and social benefits that the establishment of this technology offers to buildings. The second chapter seeks to use alternative materials available in Andalusia that can be used as a growth medium in green walls, using organic waste generated by agriculture as in this case the rice husk, compared to conventional materials already used as a culture medium, in green walls such as coconut fiber and rock wool, where the physic-chemical characteristics of these materials were studied and water was also analyzed by collecting excess irrigation water, after going through the prototypes of green walls. After to the selection process two different species of plant material, Lampranthus spectabilis and Lavandula stoechas, were used, taking into account the solar exposure of the green wall prototype establishment and the easy acquisition of these plants in the region. The results showed that the substrates used in the prototypes of the experiment with rock wool and coconut fiber had a significant influence on the characteristics of the water, while the effect of the rice husk substrate was minimum. The results obtained in this chapter recommend a mixture of coconut fiber and rice husk, because its characteristics and its development are appropriate for use in growing media on green walls, thus providing an environmental alternative using agricultural products. In the third chapter a solution was sought for the reduction of costs for the intelligent irrigation system where the use of automated low-cost irrigation programmers was proposed, using tools such as the Arduino Uno and Raspberry Pi by means of soil moisture sensors, humidity relative, temperature, light intensity, rain and relay actuators which helped the plants to reach their maximum potential and the efficient use of water. The system was designed in such a way that the sensors turned on the irrigation system depending on the information collected by them and sent to the Arduino to activate the relay of the solenoid valve according to the state of the substrate or the climatic conditions. This not only provides comfort, but also helps reduce energy consumption, increase irrigation efficiency and save time. This was also added the technology of Internet of things to collect the performance data of the green wall through the ThingSpeak platform, which collected the data and graphs in a simple way to perform real-time monitoring from the Internet. The irrigation automation system for green walls with the Arduino and Raspberri Pi system complied with the defined objectives, because it maintained the low cost in its implementation, in comparison with the automated irrigation systems available in the market. It also met the goal of access with any mobile device that has Internet connection. In the fourth chapter, the difference between alternative substrates chosen, such as rice husks mixed with coconut husks, was studied, which were analyzed in the second chapter, to compare them with Sphagnum moss as a growth medium in green walls for the region of Andalusia, since the Sphagnum moss has a high cost and difficulty of acquisition in the region. In this chapter, the physicochemical characteristics of the two growing media were studied, parameters such as the water retention in the substrates established in the green wall and the homogeneity in the water distribution within the prototypes by means of electronic sensors were also analyzed. The development of Aptenia cordifolia and Lampranthus spectabilis plants in each of the substrates was also compared. The results obtained showed that the growth medium of rice mixed with coconut fiber can be used successfully in the implementation as a growing medium in green walls, offering alternatives to reduce the environmental impact generated by the long-term exploitation of Sphagnum moss. The experiment also offers guidelines for application to any environmental control system, with precision irrigation being one of the most important, since it improves the management of water resources in areas with water scarcity.