Проект "Пенелопа" - это проект, который стартовал в начале апреля 2019 года. Окончание проекта запланировано на 16 мая 2019 года. В выполнении проекта участвуют: Бранислава Янкович, студентка радиофизического факультета ННГУ, Петар Янкович, студент химического факультета ННГУ и Сабина Кукучка, студентка подготовительного факультета ННГУ, научные руководители - Алексей Умнов, руководитель Лаборатории физических основ и технологий беспроводной связи, и Денис Беспалов.

Сейчас пара слов о самом проекте. Проект "Пенелопа" - попытка создания установки, которая бы дала возможность выращивать цветы, фрукты или овощи в домашних условиях. В основе проекта лежит гидропоника с системой периодического полива. Кроме того, можно выделить системы освещения, опрыскивания, удобрения и синтеза СО2. Описание установки

1.Система полива

Описание нашей установки начнём с системы полива, которая, к тому же, и самая важная. Она состоит из большого баллона (баллон 1), в котором находится вода. Это грязная вода, и для того, чтобы она поступила в баллон, из которого поливаются наши растения (баллон 2), она должна пройти через фильтр, который очищает её от хлора и остальных химических смесей. В баллон 2 вода поступает при помощи насоса, который выключается, когда вода в баллоне 2 поднимется до определённого уровня. Для сигнализирования мы использовали датчик уровня. Сейчас рассмотрим получше баллон 2. В баллоне 2 тоже находится насос, с помощью которого наша уже очищенная вода поступает к нашим растениям. Вода поступает в трубки, проходит через вентиль 1 и поступает дальше к вентилю 2. Вентиль 2 открывается, когда с пульта управления посылается соответствующая команда. Затем вода поступает в наш большой горшок и поливает растения до тех пор, пока датчик уровня воды не подаст сигнал. Когда это случится, вентиль закрывается и вода поступает к вентилю 3. Когда она поступит к вентилю 3, всё происходит аналогично. Вентиль открывается, вода поступает, датчик сигнализирует, вентиль закрывается, а вода поступает дальше. Когда она поступит к последнему этажу или горшку, вода сразу же поступает и поднимается до определённого уровня до тех пор, пока датчик уровня не подаст сигнал. Когда это происходит, насос выключается и вода потихоньку выходит из трубок. Сначала она выходит из третьего, самого большого, горшка, а затем вентили открываются, позволяя воде выйти из второго и первого горшка. Но если мы хорошо рассмотрим схему самого горшка, то увидим, что трубки немного приподняты, чтобы вся вода не могла вытечь, и чтобы определённой уровень воды всегда был в горшках. Так как вода, которая течёт из горшков назад к баллону 2, грязная, она должна пройти через фильтр ради очистки. Нашу систему мы снабдили и аэраторами, чтобы корни не поражались плесенью и не гнили из-за большого количества воды. Если посмотрим вправо, увидим, что здесь находятся ещё какие-то трубки. Их мы установили на тот случай, если случится поломка насоса или вентилей и если уровень воды после сигнализирования датчиков уровня не перестанет расти. Иначе говоря, если это случится, вода просто пойдёт по этой трубке и вернётся назад в наш баллон 1, откуда снова поступит в систему, когда поломка будет устранена. Если всё же случится большая поломка и вода вытечет на пол, то есть датчик протечки воды, который нам это сообщит и полностью отключит всю установку.

2. Система удобрения

Система удобрения очень интересна. Она состоит из раствора удобрения, который находится на полке с одной стороны установки. Растворы поступают в большой баллон 3 также при помощи вентиля. Когда растворы поступают в баллон 3, они идут в трубопровод, проходят через вентиль 4 и поступают в трубопровод, который мы использовали для полива. На полке кроме удобрений нашлось место и для лимонной кислоты и соды. Лимонная кислота и сода хороши вместе, так как в той реакции получается CO2, который очень любят растения, и который способствует их развитию. Растворы кислоты и соды поступают до воронки, в которой они смешиваются и отправляются к баллону 4, где испаряется CO2. Так как газ выходит, он рассеивается во все стороны при помощи вентилятора, чтобы он дошёл до каждого нашего растения. Так как речь идёт о газе, который свободно распространяется, мы должны были найти способ "поймать" его в нашем объёме, т.е. мы герметично закрыли нашу установку. Баллон 4 оборудован трубкой, который служит для слива продуктов реакции. Нужно упомянуть, что синтез CO2 выполняется, когда датчики нас оповестят, что концентрация этого газа упала. И конечно, ради безопасности мы включили в систему и датчик газа, который находится снаружи, и который активируется, когда случится поломка в установке и когда газ выйдет из неё.

3. Система осветления

Известно, что когда растения получает свет, в них происходит фотосинтез и они лучше развиваются, но, конечно, не каждый день солнечный, и по этой причине мы включили в нашу систему и три искусственных солнца над каждым горшком, которые зажигаются, когда датчик освещения сообщает, что недостаточно света.

4. Система опрыскивания

В качестве системы опрыскивания послужила одна модель, которая используется в 3D-принтерах. Ту систему мы использовали из-за того, что у нас нет необходимости каждый раз опрыскивать все растения, а иногда мы можем опрыскивать лишь некоторые. Система состоит из двух моторов, которые двигают платформу вверх и вниз, одного мотора, который двигает платформу влево и вправо, и ещё одного мотора, который двигает платформу вперёд и назад. На платформе находится опрыскиватель, который опрыскивает нашим препаратом и увлажнителем. Препарат поступает в опрыскиватель так, что насос из баллона 3 отключается от трубопровода для полива или удобрения и подключается к шлангу, который ведёт до опрыскивателя. Второй альтернативный способ опрыскивания осуществляется также трубками и насосом.

***Српска верзија***

Пројекат "Пенелопа" је пројекат који је започет почетком априла 2019. године. Завршетак пројекта је запланиран за 16. мај 2019. У изради пројекта учествују: Бранислава Јанковић, студент Радиофизичког факултета ННГУ, Петар Јанковић студент Хемијског факултета ННГУ и Сабина Кукучка, студент Припремног одељења на ННГУ, са менторима Алексејем Умновим, руководитељем Лабораторийе физичких основа и техника бежичне везе и Денисом Беспаловим.

А сада нешто више о самом пројекту. Пројекат "Пенелопа" је покушај креирања установе која би дозволила узгајање цвећа, воћа или поврћа у кућним условима. У основи пројекта лежи хидропоника са системом периодичног заливања. Поред тога могу се издвојити системи осветљења, прскања, ђубрења и синтезе СО2. 

Опис установе

1.Систем заливања

Опис наше установе започећемо са системом заливања, који је уједно и најважнији. Он се састоји из великог балона(балон 1) у којем се налази вода. Та вода је прљава и зато да би доспела до балона из којег се заправо наше биљке заливају(балон 2), она треба да прође кроз филтер који је прочишћава од хлора и осталих хемијских смеша. У балон 2 вода доспева уз помоћ пумпе, која се искључије када вода у балону 2 дође до одређеног нивоа. Као сигнал за тај догађај користили смо сензор нивоа. Сада погледајмо боље балон 2. У балону 2 такође се налази пумпа која нашу већ прочишћену воду доводи до наших биљака. Вода улази кроз цеви, пролази кроз вентил 1 и одлази даље ка вентилу 2. Тај вентил 2 се отвара када се са пулта управљања пошање одговарајућа команда. Даље вода улази у нашу велику саксију и залива биљке, све док се сензор нивоа воде не огласи. Када се то деси вентил се затвара и вода иде дање ка вентилу 3. Када доспе до вентила три, аналогична ситуација се понавља. Вентил се отвара, вода улази, сензор се оглашава, вентил се затвара и вода наставља свој пут даље. Када дође до последњег спрата или саксије вода одмах улази и пење се до одређеног нивоа, док се не огласи сензор нивоа. Када се то деси, пумпа се искључује и вода полако креће да отиче из цеви. Она прво отиче из треће, највише саксије, а касније се вентили отварају и пуштају да вода отекне и из друге и прве саксије. Али ако добро погледамо шему саме саксије, видећемо да су цеви мало одигнуте тако да не би исцурела сва вода, те би увек неки ниво остајао у саксијама. Како је вода која цури из саксија натраг ка балону 2 прљава од супстрата она мора проћи кроз филтер да би се прочистила. Наш систем смо оппемили и аераторима како не би дошло до буђи и труљења корена усред велике количине воде. Ако погледамо десно видећемо да се ту налазе још неке цеви. Те цеви смо поставили за случај ако дође до квара са пумпом или вентилима и ако ниво воде и после оглашавања сензора нивоа не престаје да расте. Наиме ако до тога дође вода ће једноставно кренути путем те цеви и доспети назад у наш балон 1, одакле ће кад се квар отклони поново доспети у систем. Ако ипак дође до великог квара и вода протекне на под ту је сензор протека воде који ће нас упозорити и у потпуности искључити целу установу. 

2. Систем ђубрења 

Систем ђубрења је веома занимљив. Он се састоји из раствора ђубрива који се налазе на полици са једне стране установе. Раствори доспевају у велики балон 3 такође уз помоћ вентила. Када раствори доспеју у балон 3 они даље иду у цевовод, пролазе кроз вентил 4 и доспевају у цевовод који смо користили за заливање. На полици су поред ђубрива своје место нашле и лимунска киселина и сода. Наиме лимунска киселина и сода су добре заједно, јер у тој реакцији настаје СО2 којег биљке јако воли и који подстиче њихов развој. Раствори киселине и соде доспевају до левкау којем се мешају и даље свој пут настављају до балона 4 одакле СО2 испарава. Како се гас шири горе он се распршује у свим правцима уз помоћ вентилатора како би доспео до сваке наше биљке. Како се ради о гасу који слободно путује тако смо морали да пронађемо начин да га заробимо у нашој запремини, тј. херметички смо затворили нашу установу. Балон 4 опремљен је са цеви која служи за отакање производа реакције. Треба напоменути да се синтеза СО2 обавља када нас сензори обавесте да је она концетрција тог гаса пала. И наравно ради безбедности у систем смо укључили и сензор гаса који се налази и споља и који се активира када дође до квара на установи и када гас изађе из оквира установе. 

3. Систем  осветљења

Познато је да када биљке примају светлост оне врше фотосинтезу и боље се развијају, али наравно сваки дан није сунчан и из тог разлога у наш систем смо укљчиле и три вештачка сунца изнад сваке саксије која се пале када нам сензор осветљености каже данема довољно светлости. 

4. Систем прскања

За систем прскања послужио нам је модел који се већ активно користи код 3д штампача. Тај систем смо искористили због тога што немамо сваки пут потребу да прскамо све биљке него некад можемо прскати само неке. Систем се састоји из два мотора који померају платформу горе и доле, једног мотора који померају платгорму лево десно и још једног мотора који помера платформу напред назад. На платформи се налази прскалица која прска наш препарат и увлажњивач. Препарат доспева у прскалицу тако што се пумпа из балона 3 искључује из цевовода за заливање или ђубрење и прикључује на црево које води до прскалице. 

Други алтернативни начин прскања је такође путем цеви и пумпе.

Цель работы: данная работа состоится в определении оптимальной концентрации углекислого газа с целю создания более выгодных условий для роста и развития выращиваемых растений.

Теоретическая часть: Как уже известно, концентрация углекислого газа в открытом помещении составляет порядка 350-400ppm. Его концентрация держится в этом диапазоне в зависимости от того насколько окружающая среда населена. Конечно, данная величина является среднестатистической и может выходить за рамки приведённых границ. В закрытых помещениях доля углекислого газа значительно выше, что может создать благородные условия для выращивания растений. Его концентрация может достигать значения в пределах 1000ppm. Но надо учитывать тот факт, что растения любят места с повышенной влажностью и хорошей «продувкой». Повышение концентрации углекислого газа плохо сказывается на температуру в помещении, так как она может увеличиваться в пределах 1-2˚C, относительно такого же помещения с низким его содержанием. Поддерживание температуры в пределах 19-22˚C является ключевым фактором, так как в этих диапазонах температур, адсорбция углекислого газа самая эффективная.

Практическая часть: Если уже прийти к делу, то здесь мы попытаемся провести теоретический расчёт того как мы увеличим концентрацию углекислого газа с 350ppm до 1000ppm. Делать это мы будем с помощью пищевой соды и лимонной кислоты. Все расчёты будут расчитываться относительно пищевой соды, так как она является самым «проблематичным» компонентом (из-за малой растворимости в воде при 20˚C), а если посмотреть на соотношение в котором могут реагировать исходне компоненты (сода : кислота = 1 : 3), то сразу становится понятным, что лимонная кислота не является компонентом определяющим содержание углекислого газа в объёме. Расчёт приведён ниже: Итого, чтобы увеличить концентрацию углекислого газа в одном кубическом метре обёма, мы должны растворить 2,2331 грамма соды при идеальных условиях (атмосферное давление, Т = 20˚C, при растворении соды не будет выделяться углекислый газ, растворитель не будет поглощать углекислый газ, не создаётся буферная система). Расчёт проделан относительно объёма составляюшего 1м3.

Вывод: чтобы увечить концентрацию углекислого газа в объёме нам понадобится лишь небольшое количество пищевой соды. Главное лишь соблюсти оптимальные

условия, чтобы углекислый газ мог эффективно усваиваться растениями.

Список источников:

1. https://cyberleninka.ru/article/v/effektivnost-ispolzovaniya-chistogo-uglekislogo-gaza-v-podkormku-rasteniy-salata-v-osenne-zimney-svetokulture

2. https://cyberleninka.ru/article/v/rezultaty-proizvodstvennoy-proverki-ispolzovaniya-vydelyaemogo-korovami-uglekislogo-gaza-dlya-podkormki-rasteniy

3. https://cyberleninka.ru/article/v/mehanizm-i-kinetika-hemosorbtsii-uglekislogo-gaza-vodnym-rastvorom-karbonata-natriya