Design of a self contained indoor vertical farming

Soil-based cultivation is increasingly challenged by factors such as industrialization, ur banization, natural disasters, climate change, and excessive use of chemicals, which lead to the depletion of soil fertility and quality, as well as a reduction in the availability of cultivable land. In response, vertical farming has emerged as sustainable alternative. This method, including hydroponics and aeroponics, offer significant advantages such as reusing up to 99% of water compared to traditional methods, eliminating the need for pesticides, and accelerating growth phases by approximately 20%, with aeroponics achieving up to 40% faster growth. These techniques are gaining popularity worldwide, especially in areas with limited available land and in environments where adverse climatic conditions would make traditional cultivation difficult, as well as for applications in space research. This thesis aims to design and construct an isolated indoor automated system that inte grates two independent techniques: Nutrient Film Technique (NFT) and Aeroponics. The system’s key parameters are: humidity within the aeroponic growing chambers (where the plants are supported), pH, pump operation, and pressure—are managed and controlled through an IoT setup. The implemented system demonstrated effective management of these parameters, main taining them within optimal ranges for plant growth with high precision and stability. Additionally, it showed potential for scalability and adaptability, suggesting that it could be effectively implemented in various settings and scaled up for larger operations.

La coltivazione tradizionale sta affrontando crescenti difficoltà a causa di fattori come l’industrializzazione, l’urbanizzazione, i disastri naturali, i cambiamenti climatici e l’uso eccessivo di sostanze chimiche, che portano all’esaurimento della fertilità e della qualità del suolo, oltre che alla riduzione della disponibilità di terreno coltivabile. In risposta, i metodi di coltivazione verticale senza terreno, come l’idroponica e l’aeroponica, sono emersi come alternative sostenibili. Questi metodi offrono vantaggi significativi, come il riutilizzo fino al 99% di acqua rispetto ai metodi tradizionali, l’eliminazione della necessità di pesticidi e l’accelerazione dei tempi di crescita di circa il 20%, con l’aeroponica che raggiunge una crescita fino al 40% più veloce. Queste tecniche stanno guadagnando popolarità a livello mondiale, specialmente in aree con terra coltivabile limitata e in ambienti in cui le condizioni climatiche avverse renderebbero difficile la coltivazione tradizionale, oltre che per applicazioni nella ricerca spaziale. Questa tesi ha l’obiettivo di progettare e costruire un sistema automatizzato indoor isolato che integra due tecniche indipendenti: Nutrient Film Technique (NFT) ed Aeroponica. I parametri chiave del sistema—umidità all’interno delle camere di crescita aeroponiche (dove sono supportate le piante), pH, funzionamento della pompa e pressione—sono gestiti e controllati tramite un setup IoT. Il sistema implementato ha dimostrato una gestione efficace di questi parametri, mante nendoli all’interno di intervalli ottimali per la crescita delle piante con alta precisione e stabilità. Inoltre, ha mostrato potenziale per la scalabilità e l’adattabilità, suggerendo che potrebbe essere implementato efficacemente in diversi contesti e ampliato per operazioni più grandi