Control del clima en el invernadero

PLANTELES
CAPÍTULO 2
Control del clima
en el invernadero
José Albaladejo Alarcón
▲
INTRODUCCIÓN
No podemos concebir una agricultura moderna sin el
uso de invernaderos con un rango amplio de equipos en
los cuales poder controlar los diversos parámetros: calefacción, ventilación, pantallas, equipos de luz, etc. Y
después no será difícil comprender porqué el control manual no puede ser el más ideal y debemos hacerlo de forma automática mediante mecanismos y sistemas electrónicos e informáticos. Estudiaremos estos cuatro pilares:
físico, fisiológico, tecnología, y control tecnológico.
Físico: Debemos saber que los factores del clima son:
luz/radiación, temperatura, humedad del aire, CO2 y la
circulación del aire.
Fisiológico: Es necesario comprender la influencia
que el invernadero tiene en el crecimiento de la planta.
Dos procesos son básicos para el crecimiento: fotosíntesis y transpiración.
Tecnología: Debe trabajar a nuestro servicio, por eso
es muy importante saber cómo trabaja.
Control tecnológico: Todos los equipos deben estar
conectados a un ordenador las 24 horas del día.
El desarrollo de sistemas avanza. El futuro seguirá
siendo la perfección y renovación de nuevos sistemas y
métodos de control.
El diagrama de Mollier
Este diagrama muestra la relación entre temperatura y
humedad del aire. Con este diagrama pueden ser explicados
los efectos de calefacción, ventilación, fog y transpiración.
- El aire caliente puede contener mucho vapor de
agua, el frío poco: Durante la noche la temperatura baja.
Por la mañana cuando la temperatura baja hasta que el
aire se satura y no puede contener más agua, entonces se
produce el goteo (rocío). Cuando el sol aparece el aire se
calienta y puede contener más vapor de agua. Entonces el
goteo cesa. Por otro lado debemos considerar la transpiración de la planta durante el día principalmente. Esto
tiene importancia para considerar la ventilación para remover este vapor de agua.
- Humedad absoluta, humedad relativa y aire saturado: La humedad absoluta indica cuánta humedad hay
en un kg de aire. Por otro lado, el aire saturado indica la
máxima cantidad de humedad que el aire puede contener
dependiendo siempre de la temperatura; la humedad relativa es controlada siempre con: calefacción, ventilación y
fog o cooling. Los efectos de estos sistemas siempre deben ser estudiados dentro del diagrama de Mollier.
- La calefacción según el diagrama de Mollier hará
reducir la humedad y aumentar la temperatura. Todavía tiene mayor incidencia la de aire caliente
puesto que incide más directamente sobre el volumen del aire.
- La ventilación tendrá dos efectos sobre la temperatura, normalmente la temperatura bajará y la
humedad absoluta también bajará.
ASPECTOS FÍSICOS
Para conocer el clima, se debe estudiar los siguientes
parámetros y la relación entre ellos: temperatura, humedad del aire, CO2, luz y la recirculación del aire. Nos
centraremos primero en la temperatura y humedad y después en la luz.
CAPÍTULO 2
- El fog o cooling actúan en el aire cuando hay un
déficit de vapor de agua, resultando también en una
bajada de temperatura.
- Punto de rocío: El aire frío puede tener menos vapor de agua que el aire caliente. Cuando más frío menos
vapor de agua contendrá. Entonces aparecerá la conden-
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COMPENDIOS DE HORTICULTURA
Interior de un invernadero con ventiladores y pantallas controladas por ordenador
sación de ese vapor de agua. El vapor de agua condensa
en objetos fríos: en el plástico (también frío por la baja temperatura exterior), también en frutos y flores, o en el hierro.
- Presión del vapor de agua: La presión de aire seco
no es grande, pero la causada por vapor de agua es mayor.
Esta cantidad es muy importante para la transpiración del
cultivo. La presión atmosférica es la suma de la presión
del aire seco más la presión del vapor de agua. Debemos
saber siempre qué cantidad de vapor de agua, en gramos,
hay presente y cuánta es la máxima cantidad de vapor de
agua que puede contener el aire en ese momento.
- Calor de evaporación: La evaporación del agua depende de las condiciones del aire y de la temperatura del
aire. Para la evaporación la energía requerida es 2.500 KJ
para evaporar 1 litro de agua a 0ºC, y 2.256 KJ para evaporar un litro de agua a 100ºC. Es importante saberlo para
conocer la relación de agua necesaria a evaporar para bajar la temperatura 1ºC en un invernadero.
- Enfriamiento: Todos los sistemas de enfriamiento
introducen agua en el interior del invernadero; el agua se
evapora y toma el calor necesario para pasar de agua a
vapor. La transformación ha sido tomar calor perceptible
para evaporar agua y transformarlo en calor letarte, el calor total no varía.
- Recirculación y gravedad del aire: La recirculación
del aire en un invernadero es necesaria para la buena difusión del vapor de agua y CO2 . La velocidad del flujo de
aire es influenciada por la temperatura exterior y la velocidad del viento y en un cultivo denso, el flujo del aire no
suele ser suficiente para remover el vapor de agua.
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- Transpiración de plantas: La planta transpira dependiendo de los niveles de agua en la planta, intensidad
de luz y nivel de CO2. Está influenciada por:
- La diferencia en presión de agua entre el estoma y la
toma de aire del invernadero.
- La resistencia del estoma.
La transpiración necesita calor. Esto hace que la temperatura de la hoja sea más baja.
- Condensación en el cultivo: Normalmente en el comienzo de la salida del sol cuando la planta recibe calor,
la temperatura de la hoja aumenta causando presión de
vapor de agua en el estoma, que aumenta la temperatura
de el aire. La temperatura de la hoja y fruto crecen más
despacio por eso el vapor de agua del aire del invernadero condensará en las partes más frías de la planta.
Luz y radiación
Por una parte gracias a la luz se produce la fotosíntesis (energía necesaria para cambio de CO2 y agua en azúcares). Por otra, la radiación solar calienta el invernadero.
- Radiación solar: La luz viaja según distintas longitudes de onda:
- Onda corta: ultra violeta (300 a 400 nm).
- Onda larga: infrarroja - efecto del calor - (700 a
3000 nm).
- Onda intermedia: visible - luz/espectro de colores (400 a 700/nm).
La planta consume más CO2 con luz roja y menos con
luz azul. Si deseamos estimular la fotosíntesis lo mejor es
hacerlo con luz roja, con lámparas de alta presión de
sodio que producen una luz anaranjada.
CAPÍTULO 2
PLANTELES
- Radiación visible y PAR: Las plantas requieren luz
para el proceso de fotosíntesis. La luz que la planta necesita es la visible (400 a 700 nm), es una mezcla principalmente de luz roja, algo de amarilla, azul y verde. Esta luz
es llamada radiación fotosintética activa (PAR).
- Medidas de luz: La luz se puede medir de tres formas diferentes:
- Luxómetro. Mide la intensidad de luz en lux. En invierno tenemos máximo 10.000 lux, en verano
100.000 lux.
- Los PAR/m2 nos da la intensidad de luz en W/m2. En
invierno será 50 W/m2 y en verano 450 W/m2 máximo. La conversión de uno a otro es 4w/m2 = 1.000
lux; esta conversión no es fácil y es válida sólo dependiendo de numerosos factores, dependiendo de
condiciones meteorológicas, hora del día, etc.
- También podemos medir la radiación solar global con
un medidor de radiación solar global y se mide en W/m2.
Para tener una idea, en un día claro el 45% de la radiación global es PAR. En invierno será de 100 W/m2 y en
verano 1.000 W/m2.
Ventilador de recirculación y humidificación de aire
ASPECTOS FISIOLÓGICOS
Entre los aspectos fisiológicos hablaremos de: fotosíntesis, respiración, división y elongación de células, transpiración, flujo de agua, flujo de sales, y refrigeración de hojas.
Para el crecimiento las plantas necesitan varios canales de toma de sustancias:
- Los que absorben del suelo: agua, sales y fertilizantes.
- Los que absorben del aire: CO2.
- Los que fabrican ellas: azúcares de la fotosíntesis.
División y elongación de las células
El crecimiento se realiza mediante la división de células. Una célula se divide en dos de idénticas características que actúan independientemente. Para alimentar las células hacen falta azúcares, y éstos son aportados por las hojas. También pequeñas porciones de sal disuelta en agua son
aportadas por las raíces. Después de la división viene la
elongación que se hace con agua hasta tener el mismo tamaño que la original, al final esto es lo que hace que la planta
crezca. En resumen los azúcares son necesarios para la división de la célula y el agua para la elongación de la planta.
Fotosíntesis y respiración
Las hojas de la planta tienen estomas sobre todo debajo de la hoja, a través del estoma toman CO 2 y lo dispersan a las células. Dentro de éstas hay cloroplastos que
con la influencia de la luz cambian a azúcares (a más fotosíntesis más azúcares y más crecimiento).
Generador de CO2 y aire caliente por gas. Serie DA,
con kit de conexión para gas natural o propano, kit
de aspiración de aire caliente con o sin aliviador
de presión. Admite controlador de CO2 , monitor CO2,
bomba de aspiración, filtros antipolvo y humedad
y kit de calibración
La fotosíntesis está influenciada por luz, temperatura,
CO2, humedad del aire, agua y fertilizantes. Después de
días muy soleados cuando se producen muchos azúcares,
CAPÍTULO 2
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COMPENDIOS DE HORTICULTURA
tenemos una clara reducción de la fotosíntesis llevada a
1,1 gr/ CO2.
El cambio de temperatura y humedad puede ser más
beneficioso para la planta y puede compensar en cierto
modo la pequeña reducción del rango de fotosínteis.
Fotosíntesis y CO2
La concentración normal de CO2 del exterior es de
300-400 ppm, por debajo de estos niveles la fotosíntesis
decrece rápidamente. Si alcanzamos una concentración
de CO2 alrededor de 700-800 ppm la fotosíntesis crece
rápidamente, pero cuando pasamos de 900-1000 ppm los
estomas se cierran y la transpiración y temperatura de la
hoja se reducen.
Sistema de apertura y cierre de ventilación lateral.
Motorreductor con barra telescópica acoplado a tubo
enrollador (válido para pantalla o plástico)
Fotosíntesis y temperatura
La temperatura debe tener un balance, es decir, un nivel equilibrado entre el rango óptimo de fotosíntesis y el
de respiración.
la producción de nuevas células continúa durante la noche. Cuando la planta respira consume azúcares: este proceso es realizado en todas las partes de la planta.
La respiración es lo contrario a la fotosíntesis. Durante el día el CO2 absorbido es mucho más alto que durante
la noche.
Para medir la fotosíntesis se puede hacer midiendo la
materia seca. Cuando hay tratamiento la planta ha hecho
azúcar, la medida es gr/m2 día. También midiendo la cantidad de CO2 absorbida, la medida es CO2/m2/día.
Relación fotosíntesis y luz
Si la luz es necesaria para la fotosíntesis se supone
que a más luz más fotosíntesis, pero llega un momento en
que a más luz no hay incremento en la fotosíntesis. Si se
quiere usar luz suplementaria se debe hacer especialmente cuando en invierno la intensidad de luz es menor a 15
W/m2 con un rango de fotosíntesis a 0,2 gramos de CO2
por m2 y hora. Con luz suplementaria podríamos ir a 30
W/m2 y la fotosíntesis es incrementada a 0,4 gramos CO2,
sin embargo cuanto más aumenta el rango menos efecto
podemos hacer artificialmente.
Efecto de la pantalla
En verano las pantallas térmicas quitarán los altos niveles de radiación. El problema no será quitar luz sino el
calor que entra con la luz. Por ejemplo, una pantalla del
30% de sombra significará que con una intensidad de luz
de 300 W/m2 ésta es reducida a 210 W/m2 debajo de la
pantalla. El rango de fotosíntesis de 300 W/m2 es de 1,5
gr/CO2, cuando la pantalla se extiende y tenemos 210 W/m2
el rango de fotosíntesis es mucho menor.
Si el rango de fotosíntesis para 100 W/m2 es 1,4 gramos, cuando ponemos la pantalla y tenemos 70 W/m2 ob-
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Se estima que por debajo de 5ºC la fotosíntesis se paraliza en la mayoría de las plantas, y el óptimo estaría entre los
18 y 22ºC. Por encima de esta temperatura la planta sufriría
y de los 35 a los 40ºC la fotosíntesis bajará rápidamente.
Fotosíntesis, CO2 y luz
Más luz proporciona más fotosíntesis y más concentración de CO2 también.
De todas formas de cara a un buen nivel de fotosíntesis,
igual como sucedía con la temperatura, con más luz el óptimo de CO2 será mayor. Esto quiere decir que no siempre la
concentración óptima de CO2 será 700 a 800 ppm sino que
dependerá de la intensidad de luz. Por ejemplo: a 100 W/m2
el óptimo sería 800 ppm y a 40 W/m2 sería 400 ppm.
Luz y temperatura
La temperatura óptima para la fotosíntesis será de
20ºC aproximadamente. En semilleros, inicialmente se
debe hacer una planta fuerte, pero el brote se activa con
temperaturas más altas ya que las bajas temperaturas no
son buenas si la planta es pequeña.
En cultivos como la lechuga, que requiere temperaturas bajas, un incremento de la temperatura debe acompañarse de incremento de luz.
La luz debe acompañarse de un control de temperatura,
para controlar la transpiración y regular la temperatura en
función de la luz, debemos tener un sistema de ventilación.
Relación del agua en la planta
El agua tiene las siguientes funciones en la planta:
- Materia: Un 1% del agua tomada es para la fotosíntesis y un 10% es para la constitución, volumen y forma
de la planta.
CAPÍTULO 2
PLANTELES
Sistema de pantallas térmicas enrollables
- Refrigeración: La planta absorbe 10 veces la cantidad
de agua que necesita. Con la transpiración se enfriará la hoja.
- Da firmeza a las células, dándole un control de presión a la planta.
- Sirve como medio de transporte interno.
Transpiración
El estoma está influido por la luz, CO2 y agua. Cada
estoma tiene dos células de protección para controlar el
estrés de agua y el CO 2 en alta concentración. Cuando
una planta recibe calor, la temperatura de la planta y la
transpiración aumentan y trata de mantener la temperatura de la hoja bajo ciertas condiciones. Si no hay calor, no
hay transpiración.
El agua de la transpiración viene de la raíz. Esto hace
que se potencie el sistema de transporte y con él la distribución de sales y nutrientes. Por eso la transpiración debe
mantenerse al menos hasta un mínimo nivel.
Sombreo y transpiración
En días de mucha luz, la temperatura de la planta podría ir a 10º C por encima de la temperatura ambiente. El
estoma a más de 35ºC se puede cerrar porque no tiene suficiente agua y la planta se deshidrata. Con pantallas el
calor y la transpiración bajan evitando las quemaduras.
TECNOLOGÍA
Los equipos que podemos utilizar se dividen en:
CAPÍTULO 2
- Equipos de control: ordenador.
- Equipos de corrección: ventilación, pantallas, calefacción, etc.
- Equipos de medida: interiores y exteriores.
Ordenador
Debe controlar la temperatura, humedad relativa, luz
y CO2 y la circulación del aire. El ordenador actúa sobre
las bombas, caldera, ventilación, iluminación, pantalla,
equipos CO2, hidroventiladores, cooling system, etc.
Ventilación en invernadero
El objetivo de la ventilación es remover y sacar el exceso de temperatura y humedad. La velocidad y cantidad
de calor que debemos sacar depende principalmente de la
temperatura exterior y de la velocidad del aire. Es importante que las dimensiones, localización y control de la
ventilación sea correcta para hacer una óptima ventilación,
así trataremos de mantener una correcta temperatura.
Consideremos, aunque es difícil, que el número de renovaciones de aire necesarias en un invernadero sean alrededor de 60 a 80 renovaciones por hora. En un invernadero multitúnel con ventilaciones cenitales en todas las
naves de 1 metro de altura y laterales de 2 metros, el número de renovaciones es de 15 a 30 dependiendo del ancho de las naves y de la altura del invernadero. Significa
esto que uno de los factores más importantes en el invernadero es la ventilación y además es el primero a tener en
cuenta a la hora de elegir. Lo más importante en este aspecto será: altura del invernadero, ancho de cada túnel,
colocación de ventanas, y tipo de ventanas.
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COMPENDIOS DE HORTICULTURA
m se hacen dos ventilaciones a distintas alturas de 1,5 m
de abertura aproximadamente. Esto da mucho más juego
para poder abrir primero las de arriba y si la necesidad
de ventilación es mayor, luego se abre la de abajo. Incluso en la ventilación lateral lo mejor será abrir de arriba a
bajo y justamente porque cuanto más alto entre el aire
menos corriente de aire directa y fría recibe la planta.
Por esta razón algunas empresas han desarrollado ventilaciones tipo guillotina o parecidas.
- Lateral abajo: Esta ventilación puede servir en determinados momentos de emergencia, es decir, cuando el
calor aumenta hasta cierto punto, podemos abrir la ventilación de abajo, para forzar a tener más renovaciones de
aire. También esta ventilación nos puede ayudar a sacar
o introducir productos en el invernadero.
Ventilación lateral doble de invernadero tipo parral
accionado con motorreductor y barra telescópica,
acoplada a tubo enrollador
- Altura: Es muy importante poner mucha altura ya
que tenemos más aire y más inercia térmica, es decir, más
lento se calienta y más lento se enfría. No se debe tener
miedo al exceso de calentamiento artificial en invierno.
La altura óptima está entre los 4 y 5 metros bajo la canal.
- Ancho de cada túnel: Cada túnel puede tener una o
dos tipos de ventilaciones. Si ponemos túneles de 6,40
metros tendremos muchas más ventilaciones por unidad
de superficie que si ponemos túneles de 8 m. Además,
esto tiene la ventaja de que fijamos el plástico mucho mejor y más seguro.
- Colocación de las ventanas: Se puede hacer de varias formas:
- Super cénit única: Esta ventilación es la que está
justo en el punto más alto del arco y tiene la ventaja de
que en un túnel se puede poner la ventana en un sentido y
la siguiente en sentido opuesto. Con esto el ordenador
puede jugar muy bien dependiendo de la velocidad y dirección del viento, teniendo cerradas unas y abiertas las
otras. La altura de cremallera debe ser de 1,20 m y el brazo de ventana de 1,5 m.
- Cenital tradicional a la canal: Todas las ventanas se
deben colocar en el mismo lado excepto la primera. Esta
ventana es la que tiene un brazo de la ventana que abre
encima de la canal. La altura de la ventana debe ser mínimo de 1,20 m.
- Lateral arriba: Ésta debe ser también cuanto mayor y
más alta mejor. El efecto que debe hacer es que el aire
frío entre por aquí para que el caliente salga por arriba.
Debemos evitar corrientes y que el aire frío le dé directamente a la planta. Por esta razón en los invernaderos de 4
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- Frontal: Al referirnos a esta ventilación es como
consecuencia de que en muchos invernaderos se colocan
placas de materiales plásticos rígidos con el fin de evitar
la colocación del plástico en estas partes tan complicadas
a la hora de cambiar y reponer el plástico. Depende de la
decisión de la necesidad de ventilación en los frontales si
consideramos que estaremos muy justos en las renovaciones de aire.
- Ventilación total: Dado que no es fácil conseguir el
número de renovaciones de aire de forma natural con la
ventilación tradicional, los constructores de invernaderos
desarrollan estructuras de invernadero tipo cabriolet o
descapotable, también denominados de ventilación total.
Son estructuras cuyas ventanas cenitales pueden abrir totalmente al 100% la superficie del invernadero. Estos
sistemas son muy caros tanto de desarrollar como de
implementar; todavía no están totalmente perfeccionados, pero son el futuro y es en lo que actualmente se está
trabajando e investigando.
Pantallas térmicas
La pantalla térmica es una tela compuesta por combinaciones de plástico (polietileno de alta densidad en general) y láminas de aluminio entretejidas con filamentos
muy porosos y absorbentes de agua. Su misión principal
es el efecto de aislamiento: En general en verano cuando
hay mucho calor, enfrían debido a la reflexión de los rayos de luz en el aluminio y en invierno, durante la noche
guardan el calor introducido por el sol durante el día,
esto a la vez que hacen un efecto amortiguador de la humedad.
Los tipos de pantalla térmica que hay son:
- Pantallas de interior: Pantallas abiertas, pantallas
cerradas, y pantallas de fotoperiodo.
- Pantallas de exterior: Pantallas abiertas y pantallas cerradas.
Pantallas térmicas abiertas
Éstas tienen la posibilidad de dejar pasar el aire entre
ellas, entre la parte inferior y superior. Esto permite una
buena ayuda a la recirculación del aire y a la salida del
calor hacia arriba. Por otro lado la pantalla actúa mediante la reflexión bajando la temperatura dependiendo
de muchos factores hasta 10ºC.
CAPÍTULO 2
PLANTELES
Pantalla térmica abierta, sistema de transmisión
cremallera tubo con cajas reductoras
Diferencia entre pantallas térmicas abiertas y
telas de sombra
miento total, tanto en el techo como en el perímetro para
inducir a floración a las plantas con flor de día corto.
Las pantallas producen reflexión con lo cuál bajan la
temperatura. A igualdad de % de sombreo tienen mucha
más bajada de temperatura ya que la tela no produce reflexión sino que como consecuencia de recibir la luz, producen sombreo, pero también absorben el calor que viene
de la luz. Por esta razón, es mejor aunque duren menos
utilizar mallas blancas que negras, ya que las blancas hacen algo de reflexión.
Pantallas de interior y exterior
Según la robustez de las telas nos encontramos con
pantallas fabricadas para el interior de invernadero y pantallas que resisten viento fuerte, lluvia, nieve o granizo
siempre hasta determinados límites. Éstas se utilizan normalmente en umbráculos o puestas encima de la estructura de los invernaderos.
Pantallas térmicas cerradas
Son telas formadas por láminas de aluminio y entre
ellas hay filamentos de plástico transparente, esto hace
que no haya paso de aire libre entre la parte superior e inferior aunque si algo de transpiración, es decir, la humedad que hay abajo cuando toca los millones de filamentos
produce que absorban el agua y por capilaridad ésta suba
arriba; como la tela está más caliente que el agua arriba
se produce evaporación con lo cual ayuda a que el exceso
de humedad pase arriba.
Estas pantallas aislan mucho y son muy útiles con la
calefacción ya que reducen el consumo hasta un 60%. En
invernaderos sin calefacción pueden ayudar a conservar
hasta 5ºC respecto a otros invernaderos iguales donde no
las hay. Sin embargo el efecto en verano no es tan bueno
como en invierno, ya que para hacer un buen uso no se
deben desplegar totalmente para proporcionar una buena
recirculación del aire.
Las pantallas de fotoperiodo pueden incluirse dentro
de las cerradas ya que el efecto que hacen es el oscureci-
CAPÍTULO 2
El umbráculo es una estructura que no nos da el control del clima en su interior pero mejora las condiciones
de la planta y acelera el crecimiento.
Por qué fijas o móviles
El colocar una pantalla o tela fija no dejaría recibir
mucha luz a primeras horas y últimas del día. Es importante tener luz la mayor cantidad de horas posible, por
otro lado en invierno no sólo no nos ayudaría, sino que
nos perjudicaría dejar entrar la luz durante el día y conservar el calor por la noche.
Si midiésemos en algunos casos poniendo una malla
fija perjudicaríamos la capacidad fotosintética de la planta en más de un 50%. El mismo efecto produce el pintar
de blanco el invernadero, aunque a veces bajar temperatura será prioritario sobre la capacidad que quitamos a la
planta a primeras y últimas horas.
Formas de colocación
Las distintas formas de colocación son las que se muestran en la Figura 1, y pueden instalarse al exterior o en el interior del invernadero:
37
COMPENDIOS DE HORTICULTURA
Figura 1:
Distintas formas de colocación de las pantallas
Umbráculo sobre invernadero
Enrollable exterior
Horizontal interior
Enrollable interior
- Encima del invernadero. Lo mejor para bajar temperatura es colocar las mallas exteriores y si es a cierta
distancia de la cubierta mejor, así habrá recirculación de
aire entre ambas. El sistema enrollable permite elegir la
dirección de luz y poder cerrar con el ordenador unos lados y abrir el otro, así evitamos que la planta reciba la radiación solar directa. Las telas aunque no están fabricadas para eso tienen más peligro en cuanto a inclemencias.
de llegar al suelo esas partículas se han evaporado produciendo una bajada de la temperatura. Estos sistemas requieren bombas de alta presión controladas mediante sensores de humedad controlados a través del ordenador.
- Debajo de la cubierta o en el interior. Este sistema
es el más económico y dirigido más al ahorro de energía,
aunque también se instalan así las telas abiertas.
Dobles pantallas
Cada vez se están instalando más dobles pantallas en
las cubiertas de los invernaderos, es decir una pantalla
clara para el verano o abierta y otra para el invierno totalmente transparente o cerrada.
Así se pueden cubrir bien las necesidades del invierno y
del verano. También se hace esta combinación con las de
fotoperiodo, arriba la de verano y abajo la de fotoperiodo.
Humedad
En este apartado se analizan diversas formas mediante combinaciones que hay de reducir humedad. Para aumentarla debemos tener en cuenta el diagrama de Mollier.
Es una buena forma de bajar temperatura si el aire en
principio tiene una baja humedad relativa debido al efecto de evaporación:
- Fog system: Es un sistema de tuberías y boquillas
que dispersando agua a presiones de 50-100 atm hace que
el agua en partículas muy pequeñas vaya cayendo. Antes
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- Hidrofan: Es el mismo sistema anterior pero las boquillas en lugar de ir suspendidas en tubos están colocadas en ventiladores de forma circular rodeando el ventilador. Estos ventiladores se encargan de producir turbulencia removiendo el aire y una buena dispersión de la humedad por todo el invernadero.
- Cooling system: Es un sistema que combina ventilación forzada con aumento de la humedad. Dos premisas
son que el invernadero tenga un ancho máximo de 35-40
metros y que el número de renovaciones de aire mínimo
sea de 60. Se coloca en una pared una línea de ventiladores de 1 m de diámetro aproximadamente. La potencia o
el volumen de m3 de aire se irá calculado. Se estudia la
posibilidad de que actúen según necesidades uno sí otro
no, o ambos dependiendo de las necesidades de ventilación y de bajada de temperatura. En el otro lateral del invernadero se coloca una pared continua de material esponjoso duro que hace por un lado que pase el aire fácilmente y por otro va cayendo agua por toda la columna.
- Generadores de aire húmedo: Son aparatos de diversas dimensiones y posibilidades de colocación que actúan mediante ventiladores de la misma forma que un calefactor de aire pero introduciendo aire frío y húmedo y
distribuyéndolo. El mecanismo se basa en paredes de material muy poroso por las que el aparato toma el aire más
caliente del exterior; éstas que a su vez tienen chorro
continuo de agua que cae por ellas hace que el aire que
aspire el ventilador al traspasar la pared sea húmedo. Éste
es distribuido por el invernadero incrementando la hume-
CAPÍTULO 2
PLANTELES
dad y disminuyendo la temperatura con el efecto evaporación. Con este sistema las ventanas cenitales deben permanecer algo abiertas para la salida de aire caliente por ellas.
- Generadores de aire frío: Son aparatos que hacen
lo opuesto al calefactor, es decir enfriar el aire; se basan
en quitar el calor del aire que pasa a través de ellos. Es el
sistema de los aparatos de aire acondicionado. Este sistema no es muy utilizado por ser caro. A veces el mismo
aparato invirtiendo el proceso es un calefactor; a estos
aparatos con doble efecto se les llama bombas de calor.
Sistemas de calefacción
Hay muchos sistemas de calefacción dependiendo de
las necesidades del cultivo: calefacción de aire caliente y
calefacción de agua caliente.
Dentro de las anteriores para calentar necesitamos
combustibles. Los más utilizados son: fuel, gasoil, gas, y
parafina.
Salto térmico es la diferencia entre la temperatura exterior y la deseada en el interior. Cuando éste es muy
grande necesitamos gran capacidad de respuesta del sistema, por eso es conveniente ir a conductos de metal que
resisten más temperatura.
Pantalla térmica cerrada con sistema de transmisión
cremallera tubo con cajas reductoras
Generadores de aire caliente
Son aparatos con un quemador de combustible, el
cual, al quemarse en la cámara de combustión produce
calor y este calor es distribuido por la superficie del invernadero a través de un ventilador que lleva el aparato.
Este sistema reseca mucho el ambiente y tiene mayor
consumo en precio/m 2.
Debemos tener en cuenta la cantidad de tubos a poner
dentro del invernadero y la altura a la que los necesitamos. La cantidad de tubos depende del número de calorías que necesitemos para calentar y la altura de instalación de los mismos variará donde nos interese más tener
esas temperaturas.
Es importante la buena distribución de los aparatos
en el invernadero para que no haya zonas con distintas
temperaturas donde no llegue la fuerza del aparato.
Podemos tener calefacción enterrada a unos 10 cm
de profundidad con grava, arena u otros materiales.
También se puede colocar a ras del suelo, que es un
buen sistema para bajar la humedad del ambiente.
Calefacción de agua caliente
El sistema se basa en una cámara de combustión a
través de la cual pasan multitud de tubos llenos de agua
que se encargarán de absorber el calor producido por la
combustión. Esta agua caliente a través de bombas de
impulsión crea un sistema de circulación por el invernadero, volviendo los tubos a traer el agua a la caldera para
repetir el proceso.
Este sistema de tubos puede ser con distintos materiales: plástico coarrugado o normal, y tubería de hierro.
También se pueden colocar tuberías aéreas colgadas de la
estructura y dentro de este tipo tenemos la posibilidad de
ponerlas fijas o móviles con variación de altura mediante
sistemas mecánicos, automáticos o manuales.
El efecto que producen esos tubos al ir pasando por el
invernadero es ir irradiando calor; transmiten el calor que
el agua va transportando al ambiente y ésta se va enfriando. Por eso el sistema se basa en una recirculación adecuada de agua por tubos, donde tiene una salida con alta
temperatura y una llegada o vuelta fría para reiniciar el
proceso en la caldera.
CAPÍTULO 2
Combustibles
El fuel es el más barato dentro de toda la gama; esta
es la mayor ventaja. La desventaja es que es un producto
terminal del refinado del petróleo y no es muy homogéneo. Antes de ser introducido al quemador necesita ser
calentado para poderse quemar bien. Tiene otro inconveniente y es que de vez en cuando sube el consumo debido
a que el quemador suele parar y arrancar muy de vez en
cuando.
También el humo de la combustión del fuel es muy
sucio, y provoca que los plásticos o cubiertas cercanas a
la chimenea se oscurezcan con lo que disminuye la transmisión de luz dentro del invernadero.
El gasoil es un combustible algo más caro pero más
limpio que el fuel; también produce en la combustión
azufre pero menos y los humos no pueden ser utilizados
para introducir CO2 en el invernadero.
El gas en sus distintas formas es más puro y según
cantidades y localización también más barato.
39
COMPENDIOS DE HORTICULTURA
El gas necesita almacenajes especiales y costosos por
su peligrosidad, éste es el inconveniente. Por esta razón
cuando es muy difícil el proyecto con este combustible,
el gasoil es más simple y no es tan peligroso como el gas.
proteger la estructura de las ventanas según la velocidad
del viento (cerrando a medida que la velocidad pudiese
ser peligrosa para dañar la estructura).
Cada combustible tiene una distinta capacidad de producir kilocalorías por kilogramo de producto. Esto también es un elemento analizable a la hora de la elección
del tipo de combustible a utilizar.
Muchos invernaderos modernos tienen ventanas a ambos lados, tanto en las cenitales como en las laterales y
frontales como es lógico. La salida del aire caliente es
mayor en las ventanas puestas en dirección al viento que
en las que no. Por otro lado es menos peligroso para la
ventana que se dirige directamente al viento por riesgo
estructural. Por eso cuando el viento viene directamente
el ordenador cerrará más esas ventanas que las que estén
en dirección contraria.
Condensadores
Son aparatos que se colocan en la salida de los humos
y absorben el calor que tienen los humos antes de salir
del exterior. Sabemos que normalmente la salida de humos de una caldera puede ser a temperatura entre 50 y
100ºC. Este calor puede ser aprovechado dejando salir los
humos a 20 ó 30ºC. Los condensadores son de muchos tipos, normalmente el calor es robado al humo mediante
conductos de agua. Esta agua va a la recirculación de
todo el sistema.
CO2
Sabemos que la concentración óptima de CO2 para una
planta es de alrededor de 800 ppm. El aire normalmente
tiene 300-400 ppm.
Hay diversas formas de incrementar el CO2: quemadores
de gas, subproducto combustión en calderas, y líquido.
Quemadores de gas
Son aparatos idénticos a los calefactores de aire pero
tienen que tener un buen quemador para que se produzca
una combustión perfecta, sin residuos que puedan ser
tóxicos para la planta. Siempre son de gas o parafina, combustibles que no proporcionan azufre en la combustión.
Estos aparatos pueden llegar a producir a veces CO2,
con lo que se deben colocar sensores de este gas, ya que a
ciertas concentraciones puede ser tóxico para la planta.
CONTROL TECNOLÓGICO
En este apartado se describen: control de la ventilación, control del exceso de humedad, control de pantalla,
control de CO2, control de calefacción y control de humedad en defecto.
Control de la ventilación
La velocidad o número de renovaciones de aire dependerá de: La superficie de las ventanas, dirección de colocación de las ventanas, diferencia de temperatura dentro y fuera del invernadero, y velocidad y dirección del viento.
Por esta razón el sistema informático de control debe
tener en cuenta todos esos factores para: abrir la ventilación proporcionalmente según sea necesario, elegir la dirección de ventanas a abrir según la dirección del viento,
evitar abrir la ventilación lateral hasta que sea necesario,
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Dos lados de ventanas
Sistema de protección de ventanas al viento
El enemigo de un sistema de ventanas puede ser el
viento fuerte, por esta razón el ordenador siempre debe
considerar:
- En caso de viento muy fuerte no se debe abrir.
- Debe existir en el programa un punto de emergencia
(máxima abertura de ventana con viento) en el que si
la presión interior fuese mucho más alta que la exterior, la ventilación contraria a la dirección del viento
abriese un 3-5 ó 10% según convenga. Esto se hace
según la dirección del viento.
- También el sistema de ventilación debería tener la
protección de lluvia y mantener proporcionalmente
cerrada la ventana según sea necesario.
Control de exceso de humedad
Para controlar el exceso de humedad, los principales
parámetros a tener en cuenta son la relación calefacción/
ventilación, la mínima posición de ventanas, temperatura
exterior y velocidad del viento.
Relación calefacción - ventilación
Estos afectarán sobre la humedad. Las formas de hacer decrecer el exceso de humedad son:
- Cuando hay mucha humedad en el interior y la temperatura exterior es muy baja, debemos calentar el invernadero y tener las ventilaciones un poco abiertas.
Entonces mucho vapor de agua sale afuera. Si la temperatura exterior no es tan baja, este sistema no es
bueno. Tiene el inconveniente del gran consumo en
calefacción. La humedad varía dependiendo de las condiciones exteriores.
- El sistema de calefacción de aire caliente también sirve
para bajar humedad ya que el mismo efecto de calentar
el aire y removerlo por los ventiladores, baja la humedad
dentro del invernadero. Esta es una de las razones por
las que es bueno tener dos tipos de calefacción: la de
aire y después, si sigue siendo necesario, agua.
Mínima posición de ventanas, temperatura
exterior y velocidad viento
La temperatura baja exterior hace que el vapor de agua
condense en el plástico. Hay que tener en cuenta que cuanto
mayor sea la temperatura exterior, menos condensación habrá en el interior. También a menores diferencias entre temperatura interior y exterior, habrá menos condensación.
CAPÍTULO 2
PLANTELES
Control de la pantalla térmica
Las pantallas dentro de un invernadero pueden ser:
Para sombreo y bajada de temperatura, para el ahorro de
energía, y de oscurecimiento.
Los ordenadores deben de poder controlar dos pantallas por departamento y éstas pueden ser combinadas normalmente de la siguiente forma: Una ahorro de energía y
otra sombreo en verano, o una fotoperiodo y otra sombreo
en verano.
Control de la pantalla de sombra
Esta pantalla se usa en los meses de calor durante el
día para bajar la temperatura. En verano, la temperatura
será alta y las ventanas estarán totalmente abiertas. Cuando la pantalla es cerrada, el intercambio de agua entre el
interior y exterior se reduce mucho, y el calor y el vapor
de agua se remueven poco.
Debajo de la pantalla, la temperatura y la humedad relativa serán muy altas. Por esta razón es fundamental saber que si las telas son abiertas permitirán un mejor intercambio entre la parte de arriba de la tela y la de abajo; entonces la temperatura y humedad relativa serán menores.
Motor enrollable para ventilación lateral instalado
en un invernadero tipo multitúnel
Si la pantalla es cerrada, debemos dejar la pantalla un
15-20% abierta para que haya recirculación de aire entre
la parte de arriba y la de abajo. Luego, la pantalla deberá
tener una posición según temperatura, humedad y luz.
La luz normalmente incidirá directamente sobre la
temperatura. A medida que la intensidad de luz va subiendo, el ordenador tiene distintas posiciones de pantalla cerrada hasta un máximo del 100% si es pantalla abierta y
de un 85% si es pantalla cerrada.
Control de pantalla de ahorro energético,
temperatura exterior y luz
Esta pantalla fundamentalmente sirve para reducir las
pérdidas de calor durante la noche, por eso se llaman de
ahorro energético. Estas pantallas aunque se usen en verano durante el día, no están hechas para bajar temperatura. Éstas se regulan en el ordenador por tiempo o por
temperatura exterior.
Se debe tener en cuenta que durante la tarde-noche la
pantalla no se debe echar antes de que la luz baje a niveles muy pequeños, es decir, entrando la noche para que
no tengamos pérdidas importantes de luz. Este efecto de
cierre debe ser rápido.
Ventilación cenital en invernadero tipo parral
Sin embargo durante la mañana, al comienzo de la
primera luz, la pantalla debe abrir muy despacio, para
que el aire frío que tiene arriba no baje rápidamente y directamente sobre el cultivo. Esto puede producir en el
cultivo un «shock térmico». El efecto será mucha condensación en el plástico que caerá encima de la planta.
Por eso la pantalla se debe abrir al principio muy despacio y después más rápido. La apertura debe durar alrededor de unos 30 minutos, dependiendo de la temperatura
exterior.
CAPÍTULO 2
41
COMPENDIOS DE HORTICULTURA
Pantalla térmica abierta
y sistema de transmisión central por cable
Pantalla térmicas y calefacción
Cuando la pantalla es cerrada el volumen total en el
invernadero es reducido y la pérdida de calor es reducida.
Cuando utilizamos la pantalla con el mismo sistema
de calefacción, la temperatura aumenta rápidamente debido al mayor aislamiento.
Cuando la temperatura exterior es baja, se produce mucha condensación en el plástico frío. Debajo de la pantalla,
la temperatura estará a niveles óptimos. También la humedad debajo de la pantalla será menor que la de arriba y el
efecto de la condensación en el plástico no tendrá tanta
incidencia en el cultivo puesto que las gotas de agua caerán sobre la pantalla y no sobre el cultivo.
Pantalla térmicas y humedad
Las pantallas térmicas deben llevar miles de filamentos por m2. Éstos tienen la misión de absorber el vapor de
agua procedente de la transpiración, evaporación, etc. y
actúan como una esponja.
Como los filamentos son muy finos, por efecto de capilaridad, la humedad sube arriba y como la tela está a temperatura más elevada que el ambiente, se produce una evaporación hacia arriba. Esto hace que el exceso de humedad
está arriba de la tela. Por esta razón sería conveniente antes
de abrir la pantalla por la mañana temprano, abrir las ventanas un poco, ya que si está cerrada no perderemos calor y
sin embargo sí reduciremos la condensación y bajaremos la
humedad relativa. Después se cerrará la ventilación y comenzaremos el proceso de plegado de la tela.
42
Enriquecimiento de CO2
Hay tres formas de incrementar el CO2 en el invernadero: Con aire procedente de la caldera, CO2 en gas puro,
y calefacción de aire de CO2. Para el enriquecimiento con
CO2 se debe tener en cuenta que 1 m3 de gas produce
1.400 gr de agua y 1.800 gr de CO2.
El nivel óptimo de CO2 depende de la intensidad de
luz. A más intensidad más consumo de CO2; esto significa que el ordenador debe tener distintos niveles de CO2
según los distintos niveles de luz.
Normalmente el CO2 es el subproducto de la combustión del gas, por esto en España a veces no será necesario
calentar pero sí producir CO2 y debemos consumir gas,
aunque la excepción a esto sería tener un depósito de
CO2 en gas puro. El inconveniente de este último es que
es muy caro.
En España quizá lo mejor sería abrir las ventilaciones
durante la mañana lo antes posible al menos para que la
concentración de CO2 no baje de las 300 - 400 ppm aunque sabemos que no es el óptimo. Si durante el final de la
noche hemos estado introduciendo CO2 en el invernadero
procedente de la caldera o de los calefactores, entonces a
primera hora podemos tener una buena concentración.
Control de calefacción
Los sistemas usados son:
Por aire, agua, o una combinación de ambos.
CAPÍTULO 2
PLANTELES
Pantalla térmica cerrada con un sistema
de transmisión cremallera tubo con cajas reductoras
Por agua
La temperatura del agua en tubo tiene unas condicionantes: Protección de la parte de la planta cercana al
tubo, prevención de que el suelo quede demasiado reseco,
protección de cables, tubo y otros materiales que estuviesen en contacto como macetas, etc.
Incluso en calefacción por tubos se podría tener en un
mismo departamento dos secciones de tubos según temperatura que queramos incrementar. El ordenador entonces puede actuar sobre el mismo quemador de la caldera
y también sobre las válvulas de distribución del agua y
recogida de la fría para poder proporcionar la temperatura
deseada, haciendo que trabaje a más carga o menos dependiendo de la necesidad de calor. Esto permite un ahorro de combustible.
El control del quemador dependerá de la temperatura
de la caldera (según requieran los tubos) y de la temperatura demandada en el invernadero.
Por aire
El ordenador actúa sobre estos calefactores a marcha
o paro. Para que esto no sea constantemente se pone una
temperatura máxima y mínima en un intervalo de 2 a 4ºC.
Con esto se consigue que los calefactores trabajen un mínimo de 5 a 10 minutos y no estén constantemente funcionando y parando.
Combinación de aire y agua
Cuando la temperatura del invernadero es muy baja, los
dos sistemas deben funcionar. Cuando la temperatura llega
por ejemplo a 16-18ºC solamente el sistema de agua conti-
CAPÍTULO 2
nuará trabajando. Para esta consideración debemos tener en
cuenta la temperatura exterior, altura del invernadero y altura de la planta ya que con el aire lo que hacemos es remover
y calentar todo el aire del invernadero, pero los tubos calientan más el aire cercano a los tubos que el que está lejos.
Control de humedad en defecto
Cuando el sistema detecta el déficit de humedad pondrá en marcha los distintos sistemas para incrementarla
para alcanzar el óptimo de la planta. Ya hemos comentado en otros apartados el diagrama de Mollier y la relación con la temperatura.
Aparatos utilizados para medir
Los sensores que el ordenador utiliza para tomar los
datos se dividen en: interiores y exteriores. Los interiores
pueden ser: humedad y temperatura; y los exteriores pueden ser: lluvia, luz, dirección del viento, velocidad del
viento, temperatura y humedad exterior.
Es necesario que el ordenador tenga en cuenta los datos exteriores para poder comparar y saber qué hacer con
los aparatos que tienen en el interior, sobre todo con la
ventilación y la pantalla térmica.
El ordenador debe entonces combinar la influencia
sobre el invernadero de:
- La influencia exterior sobre el invernadero.
- La influencia de las plantas ( CO2, transpiración, evaporación, etc.)
- Los equipos que tenemos en el invernadero para control de clima.
43
COMPENDIOS DE HORTICULTURA
Los flujos que hay en un invernadero con el exterior
son fundamentalmente: Radiación solar, calefacción, convección con el exterior y radiación, intercambio de aire,
transpiración, evaporación de agua en el invernadero, y
condensación.
NAVARRO, J.A. 1998. «Evolución de invernaderos de
Almería». Horticultura 133: 13- 18.
Uso de los ordenadores
FRANQUET, J.M. (1995). «Cálculo estructural de los túneles-invernaderos». Asoc. De Ing. Agrónomos de Cataluña.
▲
Además de poder programar nuestras variables óptimas de clima para que el ordenador intente conseguirlas
lo máximo posible, el ordenador debe también tener la
capacidad de memorizar los datos y establecer gráficos
comparativos con los distintos invernaderos y distintas
variables o parámetros medibles.
MATALLANA, A. & y MONTERO, J.I. (1995). «Invernaderos. Diseño, construcción y ambientación». Ed. Minde
Prensa S.A. 209 pp.
LORENZO, P. (1997). «Horticultura intensiva en el sur
Mediterráneo, gestión del clima». Horticultura, nº 119, 80-83.
MONTERO, J.I. (1995). «Refrigeración de invernaderos: sombreo, ventilación y humectación». II Jornada sobre
semilla y semilleros hortícolas. Junta de Andalucía. Dirección gral. de investigación agraria: 142-153.
SERRANO CERMEÑO, Z. (1994). «Construcción de invernaderos». Ed. Mundi prensa S.A.
BIBLIOGRAFÍA
NONNAST, R. (1993). «El proyectista de estructuras
metálicas» Ed. Panalpina,S.A. 167 pp.
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BERNAT, C., ANDRÉS, J.J. & MARTÍNEZ, J. (1987).
«Invernaderos, construcción, manejo, rentabilidad». Ed. Aedos:
194 pp.
CAPÍTULO 2