Sistemas de evaporación de agua

Control de clima en el
invernadero
Almería 23 de febrero de 2016
Sistemas de Evaporación de agua: estrategias de
manejo en función de las variables climáticas y la
fenología del cultivo
Evangelina Medrano Cortés
IFAPA, Centro La Mojonera
8:00 hora solar
Refrigeración por Evaporación de Agua
Conceptos básicos:
 Demanda evaporativa del aire
 Transpiración del cultivo
Tipos
 Paneles Evaporativos
 Boquillas de Nebulización
Efecto sobre el aire del invernadero y sobre el cultivo
 IFAPA: P. Lorenzo, M.C. Sánchez-Guerrero, E. Medrano y col.
 E E Cajamar: J.C. López, J.C. Gázquez y col.
 Universidad de Thessaly: C. Kittas, N. Katsoulas y col.
Refrigeración por evaporación de agua
Refrigeración: Eliminación del exceso de carga energética en el interior del invernadero
Evaporación de agua: El cambio de estado de líquido a gaseoso consume energía
λ Calor latente de vaporización de agua 2,5 MJ/kg
Energía absorbida por 1 kg de agua en el proceso de evaporación
Nebulización
- Reduce la demanda evaporativa del ambiente
- Reduce la temperatura del aire
Tipos
- Paneles evaporativos
- Boquillas de Nebulización
Ventilación
Carga energética
Calor sensible
Calor latente
Déficit Hídrico (g/m3): Gramos de vapor de agua que puede admitir 1 m3 de aire
en unas condiciones determinadas (Temperatura y Humedad Relativa) para
alcanzar el estado de saturación.
20
HR=40%
HR=50%
Déficit hídrico (g/m3)
15
13,8
HR=60%
10
HR=70%
7,7
5
0
5
10
15
20
Temperatura (ºC)
25
30
35
Déficit Hídrico (g/m3): Gramos de vapor de agua que puede admitir 1 m3 de aire
en unas condiciones determinadas (Temperatura y Humedad Relativa) para
alcanzar el estado desaturación.
20
HR=40%
HR=50%
Déficit hídrico (g/m3)
15
HR=60%
9,2
10
5,1
5
HR=70%
0
5
10
15
20
Temperatura (ºC)
25
30
35
Déficit de presión de vapor (kPa): Diferencia entre la presión del vapor de agua
que habría cuando el aire estuviera saturado de agua (es) y la existente en el aire
(e) en unas determinadas condicines.
DPV (kPa) = 0,1382 DH (g/m3)
DPV= es – e
HR = 100 e/es
(1 kPa ~ 7 g/m3)
3,0
2,5
DPV (kPa)
2,0
HR = 40%
1,5
HR = 50%
Rango de consigna
1,0
HR = 60%
HR = 70%
0,5
0,0
0
5
10
15
20
Temperatura (ºC)
25
30
35
La eficiencia de la nebulización aumenta cuanto menor es la humedad relativa en el
8:00 hora(fase
solarinicial del cultivo) o bien cuanto más árido es el clima
interior del invernadero
exterior.
Cutivo de pimiento
invernadero parral mejorado
con blanqueo
HR 100%
HR 50%
50%
HR 25%
40%
Diagrama
Psicrométrico
25%
30ºC
23ºC 27ºC
HR 10%
Tasa de transpiración del cultivo
Clima del Invernadero
λE = a GInterceptada + b LAI DPV
( a y b coef. según cultivo)
Ginterceptada (W m-2)
800
G 700 W m-2
600
400
Ventilación
200
G
0
0
1
2
3
4
LAI
LAI= m2 hoja/m2 suelo
5
λE
Calor latente
Carga energética
Calor sensible
Tasa de transpiración del cultivo
Clima del Invernadero
λE = a GInterceptada + b LAI DPV
( a y b coef. según cultivo)
Ginterceptada (W m-2)
800
G 700 W m-2
600
400
Ventilación
200
G
0
0
1
2
3
4
LAI
LAI= m2 hoja/m2 suelo
5
λE
Calor latente
Carga energética
Calor sensible
Paneles evaporativos
Paneles evaporativos
Paneles evaporativos
- Paneles de celulosa corrugada o fibra
- Bomba circulación de agua
- Extractor enfrentado al panel
Invernaderos herméticos: evitar la entrada de aire seco del exterior
Aumenta su eficacia con la combinación con mallas de sombreo
Paneles evaporativos
Ventajas:
- No moja el cultivo
- Funcionamiento y control sencillos
- DPV inferior a los sistemas de ventilación forzada
o natural
Inconvenientes
-
Gradiente de Temperatura y Humedad
Instalación cara
Obstrucción progresiva de los paneles
Elevado gasto de agua
38 ºC
32 ºC
30 ºC
28 ºC
Paneles evaporativos
(a)
(b)
Velocidad del aire
z=4,0 m, (rango 0,0 – 1,0 m/s)
Diagrama de temperaturas del aire
a) Plano horizontal 1,2 m sobre la superficie de
suelo
b) Plano vertical en el centro del invernadero
z=4,0 m, (24 – 30 ºC)
Sapounas et al. 2008
Prescripciones Técnicas
-
PANEL EVAPORATIVO
Material de gran superficie y buenas propiedades de humectación
Grosor: 100 – 200 mm
Evitar cualquier rotura por donde pueda pasar el aire seco del exterior
Evitar la radiación directa: zonas secas donde se pueden acumular las
sales y el polvo
Superficie de panel: 1 m2 por cada 20-30 m2 de superficie de invernadero
-
EXTRACTORES
Distancia máxima panel-ventilador: 30 – 40 m
Distancia entre ventiladores: 7,5 – 10 m. Evitar las líneas de cultivo
Activación cuando el panel esté completamente mojado
Desactivación antes de que pare el flujo de agua por el panel
-
Boquillas de Nebulización
- Distribución de gotas de agua de pequeño tamaño en
el aire.
- Temepratura y humedad uniforme en el aire del
invernadero.
- Instalación a la mayor altura posible para aumentar la
superficie de contacto gota-aire.
- Líneas de boquillas perpendiculares al cultivo.
- Forma de la gota: presión de nebulización y tipo de
boquilla.
- Requiere alto nivel de mantenimiento: Obturación de
válvulas y boquillas.
Boquillas de Nebulización
Alta Presión
Baja Presión
Aire - Agua
Boquillas de Nebulización
Alta Presión
Presión de trabajo 40 kg/cm2
Diámetro de la gota < 10 micras
Agua de buena calidad
No moja el cultivo
Tuberías de acero inoxidable
Coste elevado de instalación y mantenimiento
Boquillas de Nebulización
Aire - Agua
Presión de trabajo: aire 6-8 kg/cm2 ; agua 2-3 kg/cm2
Diámetro de la gota 10 - 20 micras
Agua de moderada calidad
Requiere la utilización de un compresor
Doble red de tubería aire - agua
Boquillas de Nebulización
Baja presión
Presión de trabajo: 3 – 6 kg/cm2
Diámetro de la gota 50 – 100 micras
No requiere agua de buena calidad
Tuberías de polietilieno
Puede mojar el cultivo
Menor coste de instalación y mantenimiento
Mayor consumo de agua
Efecto de la Nebulización sobre el aire del
invernadero y el cultivo
Transpiración por Superficie de Hoja
Tomate
Pepino
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
DPV (kPa)
2,5
3,0
3,5
Lorenzo et al. 2006
160
λEL (W m-2 )
120
80
40
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
DPV (kPa)
2.5
3.0
3.5
12 de mayo
Radiación
(W/m2)
DPV (kPa)
1200
4
3,5
1000
3
800
2,5
600
2
1,5
400
1
200
0,5
DPV nebulización
22:00
20:00
18:00
16:00
14:00
Radiación solar exterior
DPV Testigo
12:00
10:00
8:00
6:00
4:00
2:00
0
0:00
0
LAI 1
Transpiración (W/m2)
300
200
100
Testigo
Nebulización
22:00
20:00
18:00
16:00
14:00
12:00
10:00
8:00
6:00
4:00
2:00
0:00
0
Radiación
(W/m2)
29 de junio
DPV (kPa)
1200
4,0
3,5
1000
3,0
800
2,5
600
2,0
1,5
400
1,0
200
0,5
0
0,0
0:00
4:00
8:00
12:00
16:00
Radiación exterior
DPV Nebulización
Transpiración
(W/m2)
20:00
0:00
DPV Testigo
LAI 1,5
300
200
100
0
0:00
4:00
8:00
testigo
12:00
16:00
Nebulización
20:00
CE 3 dS/m
14
12
10
8
6
4
2
0
70
80
90
100
110
120
130
Días desde transplante
Sombreado
Comercial
BER
Otros
Nebulización
Medrano y col. 2004
Sistema
Agua
consumida
L/m2
Sombreado
367
Nebulización
418
Agua
Nebulización
L/m2
Eficiencia
hídrica
g/L
42
116
29
Nebulización
Total (kg m-2)
Lorenzo y col. 2004
Comercial (kg m-2)
16
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Sombreado
18
CE 5 dS/m
14
12
10
8
6
4
2
0
70
80
90
100
110
Días desde transplante
Sombreado
Lorenzo y col. 2004
Nebulización
120
130
Comercial
BER
Otros
Nebulización
Total (kg m-2)
Comercial (kg m-2)
16
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Sombreado
18
El Calcio se mueve principalmente
con el flujo de transpiración
 Radiación
 Tasa Crecimiento Fruto
Ca
 Requerimiento Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
 Flujo de Ca
Ca
Ca
Ca
(Mayoritario hacia las hojas)
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
DPV
 Tasa Transpiración
Ca
Ca
Ca
Ca
Blossom End Rot (B.E.R.)
Asociado a deficiencia de Ca
en la zona distal del fruto
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja
Cultivo de pimiento
Gázquez y col. 2010
Invernaderos multitúnel
Boquillas alta presión (40 bares)
42
2,0
40
4,0
32
30
28
26
24
4:00
8:00
12:00
Hora
3,5
0,0
DPV (kPa)
34
ΔTª = Thoja -Tambiente (ºC)
36
Tª (ºC)
(a)
1,0
38
22
0:00
4,5
-1,0
3,0
2,5
2,0
1,5
-2,0
1,0
-3,0
-4,0
16:00
0,5
0,0
20:00
0:00
0:00
4:00
8:00
12:00
16:00
20:00
0:00
Hora
-5,0
-6,0
Vent. Forzada
Nebulización
-7,0
Blanqueo
24 de Agosto 2004 = 34 ddt
0:00
4:00
8:00
12:00
Hora
16:00
20:00
0:00
Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja
Cultivo de pimiento
Invernaderos multitúnel
Boquillas alta presión (40 bares)
Gázquez y col. 2010
CAMPAÑA 2004/2005
Saez, 2005
COMERCIAL
NO COMERCIAL
BLOSSOM
VENT.FORZADA
9,5 A
1,4 B
0,9 AB
FOG SYSTEM (DPV= 1,5 kPa)
9,8 A
2,0 A
1,1 A
BLANQUEO (1/4)
10,5 A
1,2 A
0,7 B
Efecto sobre la humedad del del aire
Cultivo de pimiento
Invernaderos con malla móvil interior
Boquillas alta presión (40 bares)
Katsoulas et al., 2006
90
80
Air relative humidity (% )
.
RH control
RH fog
70
60
50
40
30
20
6:00
9:00
12:00
Time (h)
15:00
18:00
21:00
Efecto sobre la presión del aire
Cultivo de pimiento
Invernaderos con malla móvil interior
Katsoulas et al., 2006
3.5
Vapour pressure deficit (kPa )
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
VPD control
0.5
VPD fog
0.0
6:00
9:00
12:00
15:00
Time (h)
18:00
21:00
Efecto sobre Transpiración del cultivo
Cultivo de pimiento
Invernaderos con malla móvil interior
.
Katsoulas et al., 2006
150
-2
Transpiration rate (W m )
200
100
50
λE control
λE fog
0
6:00
9:00
12:00
15:00
Time (h)
18:00
21:00
Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja
Cultivo de pimiento
Invernaderos con malla móvil interior
Boquillas alta presión (40 bares)
Katsoulas et al., 2006
36
36
o
o
Temperature ( C)
( C)
Temperature
32
32
28
28
Tair control
24
24
Tair
Tair control
fog
Tair
Tleaffog
control
Tleaf fog
20
20
6:00
6:00
9:00
9:00
12:00
15:00
12:00Time (h) 15:00
Time (h)
18:00
18:00
21:00
21:00
Las interrelaciones que se establecen entre el clima
generado con los sistemas de refrigeración por
evaporación y la absorción hídrica son muy diversas.


- Reducen la temperatura y el déficit hídrico del
invernadero limitando a su vez la transpiración del
cultivo.
- Son muy eficientes en las primeras fases de desarrollo
del cultivo.
- Compensan las limitaciones de ventilación.
- Cuando el cultivo está desarrollado, son menos
eficientes y se podría sustituir por una buena gestión de
la ventilación.
- En especies sensibles a deficiencia de Ca, combinar
con técnicas de sombreado en la fase de desarrollo de
fruto.
- Necsitan la disponibilidad de agua de buena calidad.
Centro IFAPA La Mojonera
Camino de San Nicolás, nº 1. 04745. La Mojonera. Almería
Teléfono 950-156453
http://www.juntadeandalucia.es/agriculturaypesca/ifapa
Vent. Contínua
Refrigeración
Ventilación
discontínua
Invernadero
cerrado
-2
-1
m-2 day
(MJ m
radiation (MJ
solar radiation
day-1))
Mean solar
Mean
Necesidades climáticas según regiones
30
30
28
28
26
26
24
24
22
22
20
20
18
18
16
16
14
14
12
12
10
10
88
66
44
22
00
Jun
Volos-Greece
Volos-Greece
Jun
Jun
Almeria-Spain
Jul
AugJul
Jul
Aug
Aug
Feb
Jan
Feb
Feb
Dec
Jan
Jan
Dec
Dec
00 22 44 66
Calefacción
día/noche
88 10
10 12
12 14
14 16
16 18
18 20
20 22
22 24
24 26
26 28
28 30
30
oo
Mean
Meanair
airtemperature
temperature(( C)
C)
Calefacción noche
Sin calefacción