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Universidad Nacional de San Agustín
Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias
Escuela Profesional Y Académica de Agronomía
Curso: Cultivos protegidos
Tema:
Control Climático En Invernaderos
Alumno:
Montesinos Guillen, Luis Alberto
Docente:
Ing. José Pinto Cáceres
Arequipa
2013
CONTROL CLIMÁTICO EN INVERNADEROS
(Climatic control in Greenhouses
1. Introducción
2. Parámetros A Considerar En El Control Climático
2.1. Temperatura
2.2. Humedad Relativa
2.3. Iluminación
2.4. CO2
3. Control Ambiental
4. Climatización De Invernaderos Durante Períodos Fríos
4.1. Sistemas De Calefacción
4.2. Empleo De Pantallas Térmicas
5. Climatización De Invernaderos En Períodos Cálidos
5.1. Sistemas De Sombreo
5.2. Ventilación
5.3. Refrigeración Por Evaporación De Agua
6. Iluminación Artificial En Invernaderos
7. Fertilización Carbónica En Invernaderos
8. Sistemas Integrales De Control Climático
9. Bibliografía
1. INTRODUCCIÓN.
El cultivo bajo invernadero siempre ha permitido obtener producciones de
primor, de calidad y mayores rendimientos, en cualquier momento del año, a la
vez que permiten alargar el ciclo de cultivo, permitiendo producir en las épocas
del año más difíciles y obteniéndose mejores precios. Este incremento del valor
de los productos permite que el agricultor pueda invertir tecnológimente en su
explotación mejorando la estructura del invernadero, los sistemas de riego
localizado, los sistemas de gestión del clima, etc., que se reflejan
posteriormente en una mejora de los rendimientos y de la calidad del producto
final.
En los últimos años son muchos los agricultores que han iniciado la instalación
de artilugios que permiten la automatización de la apertura de las ventilaciones,
radiómetros que indican el grado de luminosidad en el interior del invernadero,
instalación de equipos de calefacción, etc. Por ello en el presente documento
se exponen aquellos parámetros más relevantes que intervienen en el control
climático de los invernaderos, así como una breve descripción de los sistemas
para la gestión del clima que se pueden encontrar actualmente.
2. PARÁMETROS A CONSIDERAR EN EL CONTROL CLIMÁTICO.
El desarrollo de los cultivos, en sus diferentes fases de crecimiento, está
condicionado por cuatro factores ambientales o climáticos: temperatura,
humedad relativa, luz y CO2. Para que las plantas puedan realizar sus
funciones es necesaria la conjunción de estos factores dentro de unos límites
mínimos y máximos, fuera de los cuales las plantas cesan su metabolismo,
pudiendo llegar a la muerte.
2.1. Temperatura.
Este es el parámetro más importante a tener en cuenta en el manejo del
ambiente dentro de un invernadero, ya que es el que más influye en el
crecimiento y desarrollo de las plantas. Normalmente la temperatura óptima
para las plantas se encuentra entre los 10 y 20º C.
Para el manejo de la temperatura es importante conocer las necesidades y
limitaciones de la especie cultivada. Así mismo se deben aclarar los siguientes
conceptos de temperaturas, que indican los valores objetivos a tener en cuenta
para el buen funcionamiento del cultivo y sus limitaciones:
Temperatura mínima letal. Aquella por debajo de la cual se producen daños en
la planta.
Temperaturas máximas y mínimas biológicas. Indican valores, por encima o por
debajo respectivamente del cual, no es posible que la planta alcance una
determinada fase vegetativa, como floración, fructificación, etc.
Temperaturas nocturnas y diurnas. Indican los valores aconsejados para un
correcto desarrollo de la planta.
Tabla 1. Exigencias de temperatura para distintas especies
TOMATE PIMIENTO BERENJENA PEPINO MELÓN SANDÍA
Tª mínima
letal0-2 (-1) 0 (-1) 0-1 0
Tª mínima
biológica10-12 10-12 10-12 10-12 13-15 11-13
Tª óptima 13-16 16-18 17-22 18-18 18-21 17-20
Tª máxima
biológica21-27 23-27 22-27 20-25 25-30 23-28
Tª máxima
letal33-38 33-35 43-53 31-35 33-37 33-37
La temperatura en el interior del invernadero, va a estar en función de la
radiación solar, comprendida en una banda entre 200 y 4000 mm, la misión
principal del invernadero será la de acumular calor durante las épocas
invernales.
El calentamiento del invernadero se produce cuando el infrarrojo largo,
procedente de la radiación que pasa a través del material de cubierta, se
transforma en calor. Esta radiación es absorbida por las plantas, los materiales
de la estructura y el suelo. Como consecuencia de esta absorción, éstos emiten
radiación de longitud más larga que tras pasar por el obstáculo que representa
la cubierta, se emite radiación hacia el exterior y hacia el interior, calentando el
invernadero.
El calor se transmite en el interior del invernadero por irradiación, conducción,
infiltración y por convección, tanto calentando como enfriando. La conducción
es producida por el movimiento de calor a través de los materiales de cubierta
del invernadero. La convección tiene lugar por el movimiento del calor por las
plantas, el suelo y la estructura del invernadero. La infiltración se debe al
intercambio de calor del interior del invernadero y el aire frío del exterior a
través de las juntas de la estructura. La radiación, por el movimiento del calor a
través del espacio transparente.
2.2. Humedad relativa.
La humedad es la masa de agua en unidad de volumen, o en unidad de masa
de aire. La humedad relativa es la cantidad de agua contenida en el aire, en
relación con la máxima que sería capaz de contener a la misma temperatura.
Existe una relación inversa de la temperatura con la humedad por lo que a
elevadas temperaturas, aumenta la capacidad de contener vapor de agua y por
tanto disminuye la HR. Con temperaturas bajas, el contenido en HR aumenta.
Cada especie tiene una humedad ambiental idónea para vegetar en perfectas
condiciones: al tomate, al pimiento y berenjena les gusta una HR sobre el 50-
60%; al melón, entre el 60-70%; al calabacín, entre el 65-80% y al pepino entre
el 70-90%.
La HR del aire es un factor climático que puede modificar el rendimiento final
de los cultivos. Cuando la HR es excesiva las plantas reducen la transpiración y
disminuyen su crecimiento, se producen abortos florales por apelmazamiento
del polen y un mayor desarrollo de enfermedades criptogámicas. Por el
contrario, si es muy baja, las plantas transpiran en exceso, pudiendo
deshidratarse, además de los comunes problemas de mal cuaje.
Para que la HR se encuentre lo más cerca posible del óptimo el agricultor debe
ayudarse del higrómetro. El exceso puede reducirse mediante ventilado,
aumento de la temperatura y evitando el exceso de humedad en el suelo. La
falta puede corregirse con riegos, llenando canalillas o balsetas de agua,
pulverizando agua en el ambiente, ventilado y sombreado. La ventilación
cenital en invernaderos con anchura superior a 40 m es muy recomendable,
tanto para el control de la temperatura como de la HR.
2.3. Iluminación
A mayor luminosidad en el interior del invernadero se debe aumentar la
temperatura, la HR y el CO2, para que la fotosíntesis sea máxima; por el
contrario, si hay poca luz pueden descender las necesidades de otros factores.
Para mejorar la luminosidad natural se usan los siguientes medios:
Materiales de cubierta con buena transparencia.
Orientación adecuada del invernadero.
Materiales que reduzcan el mínimo las sombras interiores.
Aumento del ángulo de incidencia de las radiaciones sobre las cubiertas.
Acolchados del suelo con plástico blanco.
En verano para reducir la luminosidad se emplean:
Blanqueo de cubiertas.
Mallas de sombreo.
Acolchados de plástico negro.
Es interesante destacar el uso del blanqueo ya que esta labor está en función
del desarrollo del cultivo y de las temperaturas, y tiene efectos contradictorios
que hay que conocer para hacer un correcto uso. Hay que saber que la planta
sombreada se ahila y se producen abortos de flores en determinadas especies
sensibles a la luz (especialmente tomate, pimiento y berenjena), por lo que el
manejo del riego y de la solución nutritiva tiene que ir unida al efecto que
produce el blanqueo. Los plásticos sucios o envejecidos provocan el mismo
efecto que el blanqueo.
2.4. CO2
El anhídrido carbónico de la atmósfera es la materia prima imprescindible de la
función clorofílica de las plantas. El enriquecimiento de la atmósfera del
invernadero con CO2, es muy interesante en muchos cultivos, tanto en
hortalizas como en flores.
La concentración normal de CO2 en la atmósfera es del 0,03%. Este índice
debe aumentarse a límites de 0,1-0,2%, cuando los demás factores de la
producción vegetal sean óptimos, si se desea el aprovechamiento al máximo
de la actividad fotosintética de las plantas. Las concentraciones superiores al
0,3% resultan tóxicas para los cultivos.
En los invernaderos que no se aplique anhídrido carbónico, la concentración de
este gas es muy variable a lo largo del día. Alcanza el máximo de la
concentración al final de la noche y el mínimo a las horas de máxima luz que
coinciden con el mediodía. En un invernadero cerrado por la noche, antes de
que se inicie la ventilación por la mañana, la concentración de CO2 puede
llegar a límites mínimos de 0,005-0,01%, que los vegetales no pueden tomarlo
y la fotosíntesis es nula. En el caso que el invernadero esté cerrado durante
todo el día, en épocas demasiado frías, esa concentración mínima sigue
disminuyendo y los vegetales se encuentran en situación de extrema necesidad
en CO2 para poder realizar la fotosíntesis.
Los niveles aconsejados de CO2 dependen de la especie o variedad cultivada,
de la radiación solar, de la ventilación, de la temperatura y de la humedad. El
óptimo de asimilación está entre los 18 y 23º C de temperatura, descendiendo
por encima de los 23-24º C. Respecto a la luminosidad y humedad, cada
especie vegetal tiene un óptimo distinto.
El efecto que produce la fertilización con CO2 sobre los cultivos hortícolas, es
el de aumento de la precocidad de aproximadamente un 20% y aumento de los
rendimientos en un 25-30%, mejora la calidad del cultivo así como la de su
cosecha.
Sin embargo, no se puede hablar de una buena actividad fotosintética sin una
óptima luminosidad. La luz es factor limitante, y así, la tasa de absorción de
CO2 es proporcional a la cantidad de luz recibida, además de depender
también de la propia concentración de CO2 disponible en la atmósfera de la
planta. Se puede decir que el periodo más importante para el enriquecimiento
carbónico es el mediodía, ya que es la parte del día en que se dan las máximas
condiciones de luminosidad.
3. CONTROL AMBIENTAL.
El control ambiental está basado en manejar de forma adecuada todos aquellos
sistemas instalados en el invernadero: sistema de calefacción, la ventilación y
el suministro de fertilización carbónica, para mantener los niveles adecuados
de la radiación, temperatura, humedad relativa y nivel de CO2, y así conseguir
la mejor respuesta del cultivo y por tanto, mejoras en el rendimiento,
precocidad, calidad del producto y calidad del cultivo
4. CLIMATIZACIÓN DE INVERNADEROS DURANTE PERÍODOS FRÍOS.
Existen distintos sistemas para calentar y mantener la temperatura en el interior
de un invernadero, como son:
Empleo adecuado de los materiales de cubierta.
Hermetismo del invernadero, evitando pérdidas de calor.
Empleo de pantallas térmicas, cuyo uso permite mantener entre 2 y 4º C más
en el interior del invernadero, con el consiguiente ahorro de energía. Dichas
pantallas están justificadas en el caso de utilización de sistemas de calefacción.
Condensación que evita la pérdida de radiación de longitud de onda larga,
aunque tiene el inconveniente del goteo sobre la planta.
Capas dobles de polietileno de 150 galgas o de polipropileno, que se pueden
emplear como pantalla térmica, para evitar condensaciones sobre cubierta, con
el inconveniente de pérdida de luminosidad en el interior. Se emplea mucho en
invernaderos sin calefacción.
Invernaderos más voluminosos que permiten mayor captación de la luz y al
mismo tiempo mayor pérdida de calor por conducción. La mayor inercia térmica
de volúmenes grandes, permite un mejor control del clima.
Propio follaje de las plantas, ya que almacenan radiación.
Sistemas de calefacción por agua caliente o por aire caliente.
4.1. Sistemas de calefacción
El calor cedido por la calefacción puede ser aportado al invernadero
básicamente por convección o por conducción. Por convección al calentar el
aire del invernadero y por conducción se se localiza la distribución del calor a
nivel del cultivo.
Los diferentes sistemas de calefacción aérea o de convección más utilizados
se pueden clasificar en:
Tuberías aéreas de agua caliente.
Aerotermos.
Generadores de aire caliente.
Generadores y distribución del aire en mangas de polietileno.
Los sistemas de distribución de calor por conducción se basan en
tuberías de agua caliente, las diferencias entre ellos se encuentran en la
temperatura del agua y su localización:
Suelo a nivel de cultivo.
Tuberías enterradas.
Banquetas.
4.1.1. Calefacción por agua caliente.
Es el sistema de calefacción aérea más tradicional y se basa en la circulación
de agua caliente o vapor procedente de un foco calorífico (caldera, bomba de
calor, etc.) por una red de tuberías. En la caldera el agua se calienta a 80-90º C
y las tuberías se colocan a unos 10 cm sobre el suelo, que pueden ser fijas o
móviles. Los sistemas antiguos tenían las tuberías colgadas del techo lo que
incrementaba los costos energéticos.
La distribución del calor dentro del invernadero por el sistema de calefacción
central por agua caliente se puede hacer de dos formas diferentes:
Por termofusión, con tubos de diámetro grande, con una ligera pendiente
unidescendiente.
Por impulsión de bombas o aceleradores con tubería de diámetro menor y una
temperatura en el agua de retorno más elevada que en el caso anterior.
Las características del sistema de calefacción del suelo por agua caliente que
más destacan, son:
Al estar el calor aplicado en la base, la temperatura del aire del invernadero es
mucho más uniforme en comparación con la calefacción tradicional por tubo
caliente colgado del techo.
Para calentar el suelo se puede utilizar agua entre 30 y 40º C y por tanto es
una forma de aplicación de energías alternativas como la geotérmica, calor
residual industrial y solar a baja temperatura.
Los costos de bombeo de agua son mayores. Debido a que la caída de
temperatura del agua de calefacción en el invernadero es menor en los
sistemas a baja temperatura, se precisa bombera mayor cantidad de agua para
ceder la misma cantidad de calor.
Se pueden usar materiales económicos como el polietileno en lugar de tuberías
más caras de acero o aluminio.
En general, los sistemas de calefacción de suelo representan un ahorro de
energía.
Sus costos de instalación son elevados.
4.1.2. Calefacción por aire caliente.
En este caso se emplea aire para elevar la temperatura de los invernaderos. La
calefacción por aire caliente consiste en hacer pasar aire a través de focos
caloríficos y luego impulsarlo dentro de la atmósfera del invernadero. Existen
dos sistemas:
Generadores de combustión directa. Un ventilador lanza una corriente de aire
al interior de la cámara de combustión del generador, con lo que en su salida el
aire ya caliente arrastra consigo gases de la combustión, que pueden crear
problemas de fitotoxicidad debido a sus componentes azufrados.
Generadores con intercambiador de calor. La corriente de aire no pasa
directamente a través de la cámara de combustión, sino que se calienta
atravesando una cámara de intercambio. Por otra parte, la cámara de
combustión elimina los gases que se producen en ella a través de una
chimenea.
Los generadores de aire caliente pueden instalarse dentro o fuera del
invernadero. Si están fuera el aire caliente se lleva hasta intercambiadores que
están establecidos dentro del invernadero. Cuando los generadores están
colocados dentro del invernadero, los ventiladores aspiran el aire del
invernadero por una parte del aparato, donde se calienta y es expulsado
directamente a la atmósfera del invernadero. También puede distribuirse por
medio de tubos de plástico perforado, que recorren en todas las direcciones el
invernadero.
En el caso de que el generador de calor esté en el exterior, el aire del
invernadero es retornado al generador con la ayuda de unos conductos
termoaislantes, donde se calienta y es impulsado de nuevo por medio de otros
conductos.
Normalmente el combustible empleado es gasoil o propano, y los equipos
están dotados de un sistema eléctrico de encendido con accionamiento a
través de un termostato.
Los sistemas de calefacción por aire caliente tienen la ventaja de su menor
inversión económica y mayor versatilidad al poder usarse como sistema de
ventilación, con el consiguiente beneficio para el control de enfermedades.
Como inconvenientes pueden citarse los siguientes:
Proporcionan una deficiente distribución del calor, creando a veces turbulencias
internas que ocasionan pérdidas caloríficas (menor inercia térmica y
uniformidad).
Su costo de funcionamiento es elevado y si se averían, la temperatura
desciende rápidamente.
4.2. Empleo de pantallas térmicas.
Se puede definir una pantalla como un elemento que extendido a modo de
cubierta sobre los cultivos tiene como principal función ser capaz de variar el
balance radiativo tanto desde el punto de vista fotosintético como calorífico. El
uso de pantallas térmicas consigue incrementos productivos de hasta un 30%,
gracias a la capacidad de gestionar el calor recogido durante el día y esparcirlo
y mantenerlo durante la noche, periodo en el que las temperaturas bajan
sobremanera en los invernaderos del sureste español. Las pantallas también
son útiles como doble cubierta que impide el goteo directo de la condensación
de agua sobre las plantas en épocas de excesiva humedad.
Así las pantallas térmicas se pueden emplear para distintos fines:
a) Protección exterior contra:
El exceso de radiación con acción directa (UV) sobre las plantas, quemaduras.
El exceso de temperatura (rojo, IR cercano).
Secundariamente, viento, granizo, pájaros.
b) Protección interior:
Protección térmica, ahorro energético (IR).
Exceso contra el enfriamiento convectivo del aire a través de la cubierta.
Secundariamente, humedad ambiental y condensación.
Existen distintos tipos de pantallas, presentando la mayoría una base tejida con
hilos sintéticos y láminas de aluminio. La composición, disposición y grosor de
los hilos es variable, ofreciendo distintas características.
También existen pantallas en las que se tejen directamente las láminas del
material reflectante entre sí o con otro tipo de lámina plástica (poliéster,
polipropileno, etc.). Otro tipo es adaptando el sistema de las mallas de sombreo
tradicionales, sustituyendo la llamada rafia de polipropileno o polietileno por
aluminio.
Así mismo, las pantallas pueden ser abiertas o ventiladas y cerradas o no
ventiladas en lo referente al paso del aire. Las abiertas presentan la ventaja de
ser muy útiles en verano al permitir la evacuación del exceso de temperatura y
ofrecer propiedades térmicas, reflejando gran parte de la radiación IR durante
la noche. Las pantallas cerradas limitan las pérdidas por convección del calor
en el aire y reducen el volumen de aire a calentar con lo que el ahorro de cara
a la calefacción es mayor.
Sistemas estáticos. Son aquellos que una vez instalados sombrean al
invernadero de una manera constante, sin posibilidad de regulación o control:
encalado y mallas de sombreo.
Sistemas dinámicos. Son aquellos que permiten el control más o menos
perfecto de la radiación solar en función de las necesidades climáticas del
invernadero: cortinas móviles y riego de la cubierta.
5.1.1. Encalado.
Es el sistema más extendido en la cuenca mediterránea y se basa en el
blanqueo de las paredes y de la cubierta del invernadero a base de carbonato
cálcico (Blanco de España) o de cal apagada. Desde el punto de vista técnico
el blanqueo presenta una serie de inconvenientes:
Permanencia de la cal en el invernadero durante periodos cubiertos, ya que no
permiten ajustar el grado de sombreo en función de las condiciones
ambientales.
La aplicación de la cal no es homogénea, por lo que existen diferencias en la
cantidad de luz que llega a las plantas. Es importante destacar que conforme
se aumenta la concentración de blanqueante la transmitancia se reduce, y por
lo tanto la cantidad de luz que llega a las plantas es menor.
Consumo de mano de obra en las operaciones de aplicación y limpieza.
La limpieza de la cal no es homogénea, quedando manchas sobre la cubierta y
paredes del plástico. A veces es preciso el empleo de ácidos, que dañan el
plástico.
Quizás la única ventaja del encalado es su relativa efectividad y la economía de
su uso.
5.1.2. Mallas de sombreo.
Las mallas suelen ser de polietileno, polipropileno, poliéster o de derivados
acrílicos. Las mallas se clasifican en función de su porcentaje de transmisión,
reflexión y porosidad. Siempre que sea posible deben situarse las mallas de
sombreo en el exterior del invernadero, para que la reducción de la temperatura
sea más efectiva.
La malla interior absorbe la radiación solar y la convierte en calor dentro del
invernadero, que debe evacuarse por ventilación. Sin embargo, la malla
exterior se calienta con la radiación, pero se refrigera con el aire exterior del
invernadero. En ensayos realizados se ha comprobado como en invernaderos
sin sombreo se alcanzaban temperaturas medias máximas de 46,6º C. Al
colocar la malla de sombreo negra por el exterior se conseguía reducir la
temperatura a los 40,8º C, pero si se ponía en el interior ésta se incrementaba
hasta los 50,5º C.
El color de la malla es importante. La de color negro es la de mayor duración
pero bajo el punto de vista climático no es la mejor. Por ello se recomienda que
no sean de color, puesto que cualquier material coloreado corta un porcentaje
mayor del espectro visible.
5.2. Ventilación
La ventilación consiste en la renovación del aire dentro del recinto del
invernadero. Al renovar el aire se actúa sobre la temperatura, la humedad, el
contenido en CO2 y el oxígeno que hay en el interior del invernadero. La
ventilación puede hacerse de una forma natural o forzada.
5.2.1. Ventilación natural o pasiva.
Se basa en la disposición, en las paredes y en el techo del invernadero, de un
sistema de ventanas que permiten la aparición de una serie de corrientes de
aire que contribuyen a disminuir las temperaturas elevadas y a reducir el nivel
higrométrico.
Las ventanas pueden ser cenitales si se disponen en la techumbre o laterales
si están colocadas sobre las paredes laterales del invernadero. Se admite que
una ventana cenital de una determinada superficie resulta a efectos de
aireación hasta ocho veces más efectiva que otra situada lateralmente de igual
superficie. Normalmente las ventanas deben ocupar entre un 18 y 22% de la
superficie de los invernaderos, teniendo en cuenta que con anchuras
superiores a los 20 m. será imprescindible disponer de ventilación cenital que
mejore la aireación lateral.
La apertura y cierre de las ventanas suele hacerse mecánicamente a través de
un sistema de cremalleras, accionado eléctricamente por un termostato,
aunque también puede hacerse manualmente.
5.2.2. Ventilación mecánica o forzada.
Los sistemas de ventilación forzada consisten en establecer una corriente de
aire mediante ventiladores extractores, en la que se extrae aire caliente del
invernadero, y el volumen extraído es ocupado inmediatamente por aire de la
atmósfera exterior. Con este sistema solamente se puede conseguir una
temperatura idéntica a la del exterior, pero su control es más preciso que el que
se logra con la ventilación pasiva.
5.3. Refrigeración por evaporación de agua
5.3.1. Nebulización fina (Fog System).
Consiste en distribuir en el aire un gran número de partículas de agua líquida
de tamaño próximo a 10 micras. Debido al escaso tamaño de las partículas, su
velocidad de caída es muy pequeña, por lo que permanecen suspendidas en el
aire del invernadero el tiempo suficiente para evaporarse sin llegar a mojar a
los cultivos.
Para ello es preciso emplear un sistema de nebulización formado por un
conjunto boquillas nebulizadoras conectadas a tuberías que cuelgan de la
techumbre del invernadero. La instalación se completa con bombas, motores,
inyectores, filtros y equipos de control (termostatos, humidostatos, etc.) que
permiten la automatización del sistema.
Normalmente los difusores o boquillas tienen un caudal de 4l/h y se colocan
cada 20-25 metros cuadrados. El control del sistema se hace a través de una
electroválvula accionada por un humedostato. Con este sistema pueden
conseguirse descensos térmicos en el interior del invernadero de hasta 10-15º
C. Se emplea mucho en la producción de ciertas plantas ornamentales como
rosas, crisantemos, orquídeas, etc.
Es importante disponer de un sistema de filtros para evitar que las aguas ricas
en bicarbonatos y otras sales provoquen daños en los sistemas de fog, como la
obturación de las boquillas.
Como emisores de fog system pueden utilizarse boquillas de alta presión (60
kg/cm2, 5 l/h y gotas con un diámetro inferior a 20 micras), boquillas de baja
presión (3-6 kg/cm2 y gotas con un diámetro inferior a 10 micras) y
humificadores mecánicos.
5.3.2. Pantalla evaporadora (Hidrocooling o Cooling System).
Se trata de una pantalla de material poroso que se satura de agua por medio
de un equipo de riego. La pantalla se sitúa a lo largo de todo el lateral o un
frontal del invernadero. En el extremo opuesto se instalan ventiladores
eléctricos. El aire pasa a través de la pantalla porosa, absorbe humedad y baja
su temperatura. Posteriormente es expulsado por los ventiladores.
El rendimiento de un buen equipo se acerca al 85%. La pantalla suele estar
confeccionada con fibras (virutas de madera) o con materiales celulósicos en
láminas coarrugadas y pegadas con aditivos. Destacan las pantallas
celulósicas por:
Admiten agua de muy mala calidad, gracias a que no necesitan de estructuras
auxiliares de sujeción que puedan deteriorarse por las sales.
Con el tiempo la fibra tiende a compactarse dentro de su soporte, dejando
huecos por los que entra el aire sin humectarse adecuadamente.
Tienen mayor superficie de contacto y, por tanto, se puede reducir el área de
pantalla a instalar.
Es importante que el invernadero sea muy hermético, de manera que todo el
aire forzado por los ventiladores penetre únicamente a través de la pantalla. De
existir otras aperturas, el aire entrará por ellas sin recibir aporte de humedad, y
el cooling será ineficaz.
Con el cooling system la temperatura en el interior del invernadero puede
reducirse en unos 10º C, aunque lo normal es que ese descenso sea de 4-6º C.
Si la humedad relativa del exterior es elevada este sistema no funciona
convenientemente.
6. ILUMINACIÓN ARTIFICIAL EN INVERNADEROS
En ciertas ocasiones es preciso aplicar iluminación artificial o simplemente
regular la iluminación natural en el interior del invernadero. Esto puede hacerse
con el fin de:
Aumentar la asimilación neta, forzando una mayor tasa de fotosíntesis, durante
los meses invernales. La iluminación otoño-invernal supletoria ayuda a
incrementar los rendimientos productivos en la mayor parte de las especies
hortícolas y en numerosas ornamentales (claveles, Anthurium, gerbera,
orquídeas, etc.).
Aumentar la duración del día, en plantas de día largo que no florecerían de otra
manera, durante el otoño-invierno. Destaca su empleo en plantas ornamentales
como Anthirrinum, Dahlia, Calceolaria, Gegonia tuberosa, etc.
Romper la continuidad del periodo oscuro en plantas ornamentales de día corto
(crisantemo, Poinsetia, Kalanchoe, etc.) con la finalidad de favorecer el
crecimiento vegetativo en una época en que se vería favorecida la floración sin
que las plantas tuvieran el adecuado tamaño, o bien para provocar la floración
en plantas de día largo en épocas de poca iluminación.
Disminuir la intensidad luminosa en siembras estivales de hortalizas como el
apio, la cebolla, cubriendo los semilleros con mallas, cañizos, etc.
Disminuir la duración del período iluminado, con el fin de que plantas de días
cortos puedan florecer en épocas en que la duración del día es demasiado
elevada.
Para conseguir estos fines es común el empleo de diferentes tipos de
lámparas, cuyas características se recogen en el cuadro siguiente:
Tabla 2. Tipos y características de lámparas empleadas en iluminación de invernaderos
(Serrano, 1990)
Características IncandescentesVapor de
mercurio
Incandescentes
y vapor de
mercurio
Fluorescentes
Luz producida
Rojo e infrarrojo
(elevado poder
calorífico)
Visible y
ultravioletaMixta
Mixta con
preponderancia
de azul y rojo
Potencia 3 W/m2150-200
W/m2- -
Rendimiento
luminoso10 % 90 % 30%
90% (emana poco
calor)
Duración 1000 horas 3500 horas 2000 horas 3500 horas
Aplicación
Invernadero de
grandes
dimensiones.
Adelanto o retraso
de la floración
Crecimiento
de plantas
Adelanto de la
floración
Crecimiento de
plantas
Observaciones
Bajo costo de
instalación; elevado
uso
Atención al
tipo comercial
que se elige
Elevado costo de
uso
Débil intensidad
luminosa,
colocación en
batería de 3-4
7. SISTEMAS DE FERTILIZACIÓN CARBÓNICA EN INVERNADEROS
Ya al principio de este documento se comentó detalladamente la importancia
del CO2 en los cultivos en invernadero, así como algunos fundamentos de su
manejo durante las diferentes etapas del cultivo. A continuación se van a
describir los sistemas de aportación de CO2 más conocidos.
Uno de los más conocidos es el sistema por combustión, de distintas
sustancias, como alcohol, parafina, propano, petróleo, etc. En este caso la
formulación de CO2 va acompañada del desprendimiento de calor, con lo que
se puede, además, elevar la temperatura del invernadero. El mayor
inconveniente de este sistema, es la emanación, junto al CO2, de sustancias
sulfurosas, que pueden ser fitotóxicas para las plantas.
Otro sistema, también muy empleado es la aportación directa de gas puro en
bombonas de CO2, haciendo expandir el anhídrido carbónico líquido y
regulando el caudal, a través de una válvula y el correspondiente medidor
gaseoso. La distribución puede realizarse a través de tuberías de plástico
perforadas. Por último, la aportación directa de CO2 puede realizarse a través
de nieve carbónica cuyos bloques, se distribuyen a lo largo del invernadero, y
poco a poco se va sublimando.
8. SISTEMAS INTEGRALES DE CONTROL CLIMÁTICO
En la actualidad son numerosos los sistemas de automatización que existen el
mercado para controlar los parámetros climáticos de los invernaderos. Estos
sistemas se basan en el empleo de un ordenador central al que se conectan un
conjunto de sensores, que recogen las variaciones de los distintos parámetros
respecto a unos valores programados inicialmente. Se trata de una pequeña
estación meteorológica que registra valores de temperatura exterior e interior,
humedad relativa, velocidad del viento, la iluminación, etc.
Estos sistemas a su vez pueden estar conectados a los sistemas de fertirriego
y de regulación climática. Los sensores o automatismos se distribuyen en
diferentes sectores, pudiendo funcionar cada uno de forma autónoma. En el
controlador central se recoge la información captada por los sensores, se
coordinan las actuaciones, y se envían las órdenes a los distintos sectores.
9. BIBLIOGRAFÍA
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Control climático en invernaderos
Desde siempre, la agricultura se ha visto afectada por factores externos
como lluvia, viento o granizo, que hasta hace poco no se podían controlar
sino empleando técnicas de riego, fertilización o cultivo bajo abrigo. Para
manejar el clima dentro de un invernadero debemos tener en cuenta
parámetros tan importantes como la temperatura, la humedad, la
radiación y la concentración de CO2.
Yolanda López Molina
1- Situación actual de la agricultura y
justificación del control climático.
Desde siempre, la agricultura se ha visto
afectada por factores externos como la
lluvia, el viento, el granizo… que hasta
hace no mucho tiempo no se podían controlar sino únicamente empleando
diversas técnicas referidas al riego, la fertilización o el cultivo bajo abrigo.
Para manejar el clima dentro de un invernadero debemos tener en cuenta,
aparte de la gran variabilidad que se registra a lo largo del día, parámetros tan
importantes como la temperatura, la humedad, la radiación y la concentración
de CO2.
Es por ello por lo que hoy día se han desarrollado modernas técnicas para el
control de clima que nos permiten depender cada vez menos de los factores
climáticos y que favorecen que la rentabilidad de una explotación esté
directamente relacionada con nuestro esfuerzo.
2- Factores a controlar y su importancia en la producción.
Los factores climáticos que afectan a la producción agrícola son la luz, la
temperatura, la humedad, la concentración de CO2, el viento y la lluvia. Cuanto
más control tengamos sobre ellos, el éxito y la seguridad del agricultor en su
actividad productiva se verá incrementada.
En el interior de un invernadero, los factores climáticos afectan de diferente
forma sobre el cultivo, de modo que los podemos controlar incidiendo en
distintos puntos; La variación de parámetros tales como la luz, la temperatura o
la concentración de CO2 afecta de forma directa sobre la fotosíntesis de la
planta, de modo que los procesos de respiración y división celular se ven
alterados de algún modo. Por otro lado, con la aplicación de agua y de
nutrientes podemos influir sobre la temperatura de las raíces y la humedad del
aire, lo que implica una variación en la división y en el crecimiento celular.
Sistema Humifito
Con el control de los factores climáticos obtendremos un incremento de la
calidad y la producción, aumentando la rentabilidad del cultivo. Además,
podremos adelantar la siembra y con ello la recolección, lo que significa que
pondremos nuestros productos en el mercado antes que otros productores, es
decir, cuando los precios sean más favorables; también podremos producir en
épocas extremas de frío y de calor, en las que mermaba la calidad y
producción.
En definitiva, podremos ser más
competitivos en el mercado
actual con productos de alta
calidad demandados en los
mercados de destino, pues los
productos que no cumplan con
estas características verán
dificultada su comercialización lo
que dará lugar, finalmente, a la
desaparición de muchos
agricultores.
3- Equipos de control
Para controlar todos esos parámetros necesitamos una serie de equipos que
se utilizarán en diferentes ocasiones en función de la necesidad del momento.
A continuación desarrollaremos brevemente los más importantes atendiendo al
parámetro que controlan.
LUZ
La radiación solar es la fuente de energía para el crecimiento y desarrollo de
las plantas y el principal insumo de la bioproductividad vegetal. Sin embargo,
durante los meses de invierno, la luz constituye generalmente el principal factor
limitante de la producción. Por el contrario, en verano supone un incremento de
la temperatura en el interior del invernadero y del propio cultivo. Es por ello por
Calefacción por agua caliente a baja
presión
lo que resulta importante tener constancia de la evolución de la radiación solar,
midiéndose por diferentes sensores de medida:
*Luxómetro (Klux): mide la intensidad luminosa que se encuentra entre las
longitudes de onda de la radiación visible pero sin diferenciarlas.
Ejemplo: Invierno: 10 Klux; Verano: 100 Klux
*Watímetro (W/m2): mide la intensidad visible a la que la planta es más
sensible, principalmente el rojo. (Medidor de PAR)
Ejemplo: Invierno: 50 W/m2; Verano: 450 W/m2
*Kipp-solary: (W/m2) mide la radiación global (300-3.000 nm) y después puede
dividirla en radiación visible y PAR
Ejemplo: Invierno: 100 W/m2; Verano: 1.000 W/m2
TEMPERATURA
La temperatura del aire del interior del invernadero y de las propias plantas
incide de manera directa sobre el proceso de la fotosíntesis, de modo que el
equilibrio respiración-transpiración se ve afectado. Es por ello por lo que las
elevadas temperaturas, hecho conocido por todos, provocan pérdidas de
producción y calidad.
Sin embargo, la variación de la temperatura se encuentra estrechamente
relacionada con la humedad; Cuando la temperatura sube, el aire es capaz de
absorber una mayor cantidad de humedad. Es por ello que un control sobre la
temperatura tanto en exceso como en defecto, implica un control de la
humedad.
Para regular el exceso de temperatura se pueden emplear varios medios:
1- Ventilación:
*Ventilación pasiva o natural:
Se realiza mediante la
incorporación al invernadero de
ventanas tanto laterales como
cenitales, debiendo llegar a un
Calefacción por agua caliente a alta presión
óptimo de ventilación del 30%. Es muy importante la distancia entre las
ventanas cenitales, laterales y la altura del cultivo (limitante cuando el viento es
suave).
También es muy importante la forma y orientación de las ventanas en función
de los vientos dominantes (barlovento y sotavento). En la actualidad, se
instalan ventanas abatibles de tubo cremallera y bandas enrollables desde
arriba.
*Ventilación forzada:
Otro tipo de solución es la instalación de ventiladores helicoidales de gran
caudal entorno a los 40.000 m3/h. Este sistema sirve para evacuar zonas de
acumulación de calor (partes altas de invernaderos con pendiente). También es
frecuente el empleo de destratificadores.
2- Pantallas de sombreo y mixtas
Hasta hace poco tiempo se utilizaba el encalado como único método para el
control de la radiación solar que daba como resultado una importante reducción
de la temperatura.
Hoy en día se utilizan las mallas de sombreo, pero su manejo requiere de un
controlador climático para abrirla o cerrarla en función de la humedad relativa
interior.
Además, en los últimos tiempos se están empleando pantallas mixtas que
combinan propiedades de sombreo y de ahorro energético, ofreciendo una gran
ventaja de manejo y de instalación, de modo que por el día se usan para
controlar el exceso de T, y durante la noche para mantener una T mínima y
ahorrar calefacción (hasta un 30%).
3- Nebulización (alta y baja presión)
En el caso del empleo de la nebulización para disminuir la temperatura en el
interior del invernadero se dispone en la actualidad de varias opciones:
*Nebulización a alta presión (Fog system)
Se trata de una serie de boquillas colocadas a lo largo de tuberías timbradas
para soportar presiones de trabajo de 60-70 bares (se necesita un mínimo de
40 bares de presión). Se suele colocar una cada 8-10 m2, y el caudal de agua
que se vaporiza por boquilla está entorno a los 5 l/h (60-70 bares). El diseño de
la boquilla es muy importante. El chorro de agua choca con un obstáculo en la
boquilla de forma que provoca un cono de gotas de las cuales el 95% son
menores de 20 micras de diámetro.
La calidad de agua también es de vital
importancia para evitar obturaciones. Si el
agua es superficial requiere una
dosificación de 0.5 ppm de Cl. Cuando las
aguas empleadas contienen gran cantidad
de cal ha de instalarse, además, un
descalcificador o una planta de ósmosis.
Actualmente es el mejor sistema para
bajar temperatura y aumentar humedad,
debido a que la fina gota que provoca se
evapora en el ambiente y no llega a mojar la planta.
*Nebulización a baja presión
El sistema es similar al fog system pero la baja presión a la que trabaja (4-6
bares), provoca una gota muy grosera y suele mojar la planta.
Es eficiente en algunos cultivos en épocas muy calurosas de máxima
evaporación, pero en semilleros y plantas ornamentales es muy perjudicial por
las manchas que provoca la gota de agua.
*Cooling system
Consiste en colocar en un extremo un panel poroso saturado de agua (con un
sistema de riego), y en el otro extremo una serie de ventiladores helicoidales de
gran caudal. El aire del exterior pasa por el panel humectante, absorbe la
humedad y baja la temperatura del interior del invernadero. Posteriormente, el
aire húmedo y caliente es expulsado por los ventiladores.
Es bastante eficaz para pequeñas superficies. Su recorrido está limitado a 30
Calefacción por combustión
directa
m, aunque en invernaderos largos se pueden colocar los ventiladores en el
techo. Además, dicha eficacia depende en gran medida de la estanqueidad del
invernadero, para que el aire forzado entre a través del panel, que se suele
colocar a barlovento.
*Nebulización agua-aire
Es un sistema de trabajo a baja presión, en el que la rotura de la gota se hace
por aire a presión. El sistema es tan eficaz como un fog system, con la ventaja
de poder utilizarse para tratamientos fitosanitarios. El mayor handicap es la
potencia eléctrica consumida para comprimir el aire.
Para regular el defecto de temperatura se pueden emplear varios medios:
1-Pantallas térmicas
Se trata de un método pasivo de aumentar la temperatura en el interior del
invernadero.
Las pantallas deben ser móviles y estar completamente automatizadas; Lo
ideal es la colocación de pantallas móviles de ahorro energético y sombreo;
Durante el día protegerán al cultivo de la intensa radiación y de las elevadas
temperaturas pero no han de dificultar la ventilación. Por la noche pueden
aumentar la humedad relativa (sin llegar a producir condensación) en el caso
de no disponer de calefacción y evitará la pérdida del calor acumulado durante
el día.
Las pantallas más eficientes son las aluminizadas. En cualquier caso, se
colocan de norte a sur y, frecuentemente, en combinación con un sistema de
calefacción debido al ahorro energético que supone; Este ahorro energético es
función de la estanqueidad del invernadero, que según fabricantes puede
alcanzar un 30-50%.
2-Dobles cubiertas
Se trata de otro método pasivo cuya función es la de promover una ganancia
térmica y evitar condensaciones. Consiste en la colocación de una capa de
plástico, por debajo de la cubierta principal, de unas 50-100 m, separada de la
cubierta de 2 a 10 cm. En el interior se aplica aire a presión, para formar un
colchón de aire. El ahorro de energía que produce está entorno al 30%,
además de dotar al invernadero de una mayor resistencia estructural. Sin
embargo, reducen la transmisión de la luz alrededor de un 10 % al no poder ser
retiradas durante el día.
En cuanto a los métodos activos de incremento de la temperatura, disponemos
de ventilación y calefacción.
3-Calefacción
Los motivos por los que en determinadas circunstancias interesa aumentar la
temperatura en el interior de un invernadero son las de incrementar la
velocidad de crecimiento de las plantas, la de reducir la humedad relativa del
ambiente y la de eliminar los riesgos de heladas.
En el caso de emplear calefacción, además de evitar la llegada a la
temperatura mínima letal del cultivo se ha de intentar aportar la temperatura
óptima de crecimiento, teniendo siempre presente que al no dejar de renovar el
aire, habrá una pérdida de calor.
La calefacción puede realizarse por agua o aire caliente.
*Calefacción por aire caliente
Entre los sistemas de calefacción, es el que menor coste de instalación
supone. La corriente de aire que produce elimina la condensación de la cara
interna del invernadero y resulta ser un sistema sencillo de regulación de la
temperatura, además de ser aprovechable en verano si reemplea como
destratificación.
Sin embargo, la distribución de calor resulta irregular, no proporcionando
uniformidad en cuanto a la temperatura del interior del invernadero se refiere.
Además, la potencia térmica que puede proporcionar es limitada y el consumo
de combustible es elevado. Otros puntos en su contra es que sólo calienta la
parte aérea de la planta y, en caso de avería, el enfriamiento del aire se
produce rápidamente.
Existen dos formas de calentar el aire, bien por combustión directa o indirecta.
Cuando la combustión se produce de forma directa, además de elevar la
temperatura se realiza un aporte extra de CO2 y de humedad al ambiente, pero
pueden darse casos de fitotoxicidad. Los combustibles empleados son limpios
(gas natural, propano…). La gran ventaja de este sistema es la extrema
sencillez constructiva. Por otro lado tenemos la calefacción por aire caliente
generada por combustión indirecta de gasoil, lo que implica la necesaria
evacuación de los gases generados a través de chimeneas.
*Calefacción por agua caliente
Se trata de un sistema de calefacción que se aplica al suelo mediante gran
cantidad de emisores, proporcionando una muy buena uniformidad en la
temperatura del aire. Además, representa un ahorro energético frente a la
calefacción por agua caliente de un 10 a un 20 %, especialmente cuando son
frecuentes los vientos fuertes. El incremento de temperatura conseguido
también es superior y, además de la parte aérea, calienta las raíces,
permitiendo una diferencia entre la temperatura de ambas inferior a los 5-7ºC.
Los inconvenientes de este sistema respecto al de aire es su elevado coste,
suponiendo unas cuatro veces más. Tampoco su respuesta a los cambios de
temperatura es rápida. Otro punto en su contra es la necesidad de una sala de
calderas y el mantenimiento del sistema es elevado.
En calefacción por agua caliente
podemos diferenciar el sistema a baja y
alta temperatura, donde la primera tiene
un salto térmico de 10ºC (el agua de
entrada está a 50 ºC y la de salida a 40)
y el de alta presión tiene un salto
térmico de 20 ºC debido a que el agua a
la entrada tiene 80 ºC y a la salida 60
ºC.
Las ventajas del sistema de calefacción por agua caliente a baja temperatura
Calefacción por combustión indirecta
respecto al sistema por alta temperatura son, por una parte, el ahorro de
combustible para calentar el agua, los menores costos de instalación y la
economía de los materiales (plásticos frente al los de acero para alta
temperatura), sin embargo, presenta el inconveniente del mayor costo de
bombeo por necesitar más caudal de agua.
La instalación, en cualquier caso, consta de diversos elementos como caldera,
quemador (de una etapa, de dos o modulares), chimenea para la extracción de
los gases resultantes de la combustión, circuitos de expansión y de
anticondensación, circuitos del anillo principal y de ida y retorno al campo,
distribución de tuberías en el campo y almacenamiento de combustible.
CO2
De todos es conocida la importancia que para el correcto desarrollo de los
cultivo es el CO2 además del agua y la luz. La planta requiere una
concentración de 700 a 1000 ppm para producir óptimos de calidad y cantidad.
Sin embargo, en el exterior hay entorno a 300 ppm, llegando incluso a niveles
inferiores a 100 ppm en el interior del invernadero.
Al amanecer los niveles de CO2 son más o menos óptimos, pero según va
consumiendo la planta va descendiendo. A partir de ese momento sería
beneficioso el aporte de CO2, distribuyéndolo con una red especial ó
simplemente ventilando para conseguirlo del exterior, lo que resulta
insuficiente.
La fertilización carbónica que mantenga unos niveles óptimos de CO2 en el
ambiente, produce aumentos de producción del orden del 15 - 25 %. Mediante
el aporte de CO2 y un buen control de la ventilación podemos obtener unos
niveles mínimos entre 350 y 400 ppm. Sin embargo, debido al elevado coste
del CO2, junto con las necesidades de ventilar durante el día, nos lleva a
mantener unos niveles mínimos óptimos. El aporte de CO2 se realizara bien
mediante de un tanque de CO2 puro, repartido por canalizaciones, o
aprovechando los gases de combustión de una caldera o de generadores de
aire de combustión directa.
HUMEDAD
Las oscilaciones higrométricas en un invernadero son muy elevadas,
produciéndose condiciones de saturación durante la noche (condensación) y
bajadas muy bruscas durante el día. Por un lado, los excesos provocan el
desarrollo de enfermedades; por otro, las bajadas prolongadas de humedad
pueden producir situaciones de estrés en la planta.
Una buena gestión de la ventilación no es suficiente para obtener niveles de
humedad óptimos, pero si la apoyamos con la calefacción (para reducir
humedad) podremos conseguirlo. Igualmente, para conseguir aumentar la
humedad no sólo deberemos de mantener bien regado y desarrollado el cultivo,
sino que deberemos utilizar los sistemas de nebulización anteriormente
mencionados en el control de la temperatura.
Uno de los sistemas que funcionan de forma idónea para incrementar la
humedad en el interior de un invernadero es el humidificador Humifito que tiene
dos funciones, una como aporte de humedad y otra como sistema de aplicación
de fitosanitarios.
Aunque su función principal no es la de aportar humedad, si es cierto que se
trata de un sistema de humidificación de baja presión económico que realiza
una distribución uniforme del agua y que produce un tamaño de gota que no
moja a la planta.
En lo que respecta a su función como aplicación de fitosanitarios, decir a su
favor su alta eficiencia por acceder a todas las partes aéreas de las plantas,
abarcar todo el invernadero en un corto espacio de tiempo, la aplicación es
controlada y automatizada, empleando dosis menores de fitosanitarios y, lo
más importante, disminuyendo las posibilidades de intoxicación de la persona
aplicadora.
www.interempresas.net/.../77307-Control-climatico-en-invernaderos.htm.
