Cuando se trata de la salud del planeta, la agricultura y la producción de alimentos juegan un papel enorme. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, Aproximadamente el 37 por ciento de la tierra en todo el mundo se utiliza para la agricultura y la producción de alimentos, y el 11 por ciento de la superficie terrestre de la Tierra se utiliza específicamente para la producción de cultivos. Encontrar formas de hacer que la agricultura sea más sostenible y eficiente es crucial no solo para el medio ambiente, sino también para el suministro mundial de alimentos.

Julia Sokol creció lejos de cualquier granja. Nacido en Rusia, Sokol y su familia se mudaron cuando ella tenía 10 años a la ciudad de Nueva York, donde su padre trabajaba para las Naciones Unidas. Estos días, sin embargo, Sokol, un doctorado estudiante de ingeniería mecánica, pasa mucho de su tiempo pensando en agricultura. Durante los últimos dos años, Sokol ha estado trabajando en un proyecto de riego por goteo en el Laboratorio de Ingeniería e Investigación Global (GEAR) del MIT.

Después de recibir su licenciatura en ingeniería mecánica en la Universidad de Harvard, Sokol pasó algún tiempo en la industria, primero como asistente de investigación en Schlumberger, luego trabajaba en una pequeña empresa de consultoría en sostenibilidad. Deseando una base técnica más sólida, solicitó el MIT para la escuela de posgrado.

Durante su programa de maestría, Sokol tomó el curso 2.76 (Ingeniería Global), que fue impartido por el profesor asociado e investigador principal del Laboratorio GEAR, Amos Winter. Habiendo desarrollado un interés en los problemas relacionados con el agua, Sokol aprovechó la oportunidad de trabajar con Winter en el proyecto de riego por goteo energéticamente eficiente del laboratorio GEAR.

"Estaba muy emocionado de unirme al proyecto, ", dice Sokol." Combina perfectamente mi pasión por la sostenibilidad con mi interés en la investigación fundamental en mecánica de fluidos y diseño de sistemas ".

En lugar del riego por inundación, en el que el agua se bombea desde una fuente para inundar un campo, el riego por goteo tiene una bomba central que mueve el agua a través de una red de tuberías. Los emisores conectados a las tuberías liberan agua de manera uniforme en todo el campo, lo que resulta en un mayor rendimiento de los cultivos y un menor consumo de agua en comparación con el riego por inundación.

"El objetivo del riego por goteo es proporcionar agua a una tasa de flujo lo suficientemente baja para que las raíces comiencen a absorberla de inmediato, en lugar de evaporarse o filtrarse de nuevo a un acuífero, "explica Sokol.

Los emisores utilizados en el riego por goteo dispersan el agua de manera uniforme, a diferencia del riego por inundación, lo que a menudo hace que los cultivos se llenen de agua. "Estos emisores de goteo deben proporcionar una tasa de flujo uniforme en todo el campo para que todos los cultivos obtengan la misma cantidad de agua, "añade Susan Amrose, un científico investigador en el Laboratorio GEAR.

El equipo de investigación se centró primero en las características geométricas de estos emisores. Desarrollaron un modelo matemático que describe cómo las características geométricas interactúan con las membranas en su interior. Basado en este modelo, optimizaron los emisores para obtener la presión más baja posible requerida para garantizar que el agua fluya hacia los cultivos a la velocidad correcta.

Los emisores comerciales requieren una presión de activación mínima de 1 bar para proporcionar un caudal constante para los cultivos. Gracias a los cambios que hizo el equipo dentro del emisor, bajaron la presión de activación a solo 0,15 bar. Esta reducción en la presión necesaria para activar los goteros cortó la energía necesaria para operar la bomba central a la mitad.

"Reducir la presión reduce el costo del sistema en general, que es beneficioso para el agricultor, y, por supuesto, también ayuda a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, "dice Sokol.

Para sistemas de riego por goteo fuera de la red que funcionan con energía solar, el uso de los nuevos emisores podría reducir los costos para el agricultor en un 40 por ciento. "Para los agricultores de los países en desarrollo, este ahorro de costes reduce la barrera a una tecnología que ahorra agua y aumenta el rendimiento, "agrega Amrose.

El equipo ha realizado varias pruebas de campo en Marruecos y Jordania, donde trabajan con ONG asociadas y agricultores privados para probar los emisores de nuevo diseño y el sistema de riego optimizado.

"Lo más importante de estas pruebas de campo fue cuánto nuestro sistema redujo la energía y el costo al tiempo que proporcionaba una alta uniformidad de flujo a los cultivos, "explica Sokol.

Según Amrose, Sokol ha sido fundamental en el desarrollo y las pruebas de estos emisores. "Ella trae todo el paquete, es una excelente diseñadora, ella puede estar en el campo arreglando hardware, y también es increíblemente buena en teoría, trabajar con modelos, "Dice Amrose.

Sokol y el equipo de GEAR Lab continuarán realizando mejoras en el diseño de los emisores que reducen los costos, conservar los recursos, y mejorar el rendimiento de los cultivos.

"La población mundial sigue creciendo, por eso necesitamos una mayor productividad agrícola, ", Añade Sokol." Ese es nuestro objetivo:hacer que eso suceda, especialmente en áreas en desarrollo ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.