CULTIVO BAJO CUBIERTA.

MODIFICACIÓN DEL MICROAMBIENTE DEL INVERNADERO
Norberto Gariglio, Carlos Bouzo
Es necesario aclarar, que, con el término invernadero, englobamos un conjunto muy
amplio de estructuras. Otros autores diferencian lo que son “Invernaderos fríos” o coberturas
plásticas a aquellas estructuras que no tienen control ambiental (climatización para bajas y altas
temperaturas, humedad relativa, etc.) e invernaderos propiamente dichos o “invernaderos
calientes” a los que presentan estas características.
Climatización de invernaderos en períodos fríos
Pueden percibirse tres niveles, de temperatura nocturna deseada; las que dependerán
de las metas propuestas por el productor, los costos, la inversión a afrontar y la rentabilidad
esperada. Estos tres niveles son:
Lucha contra helada: Evitar que se llegue a la temperatura letal media del cultivo.
Mantener la temperatura por sobre la que produce daños por enfriamiento del cultivo
(“chilling injury”).
Mantener la temperatura nocturna en el nivel óptimo para los cultivos (para tomate entre 1316° C, para pimiento entre 16-18° C, para pepino entre 18-20°C, melón 18-21°C, berenjena 1518°C).
Para lograr estos objetivos se pueden utilizar métodos complementarios, clasificados
fundamentalmente en:
Materiales de cubierta.
Técnicas de ahorro energético
Sistemas de calefacción.
Materiales de cubierta
Cualquier material utilizado como cubierta de los invernaderos debe poseer unas características
base como ser:
1) Máxima transparencia a la radiación solar global o de longitud de onda corta (entre
380 nanómetros y 3000 nanómetros).
2) Máxima opacidad a las radiaciones térmicas o caloríficas de longitud de onda larga
(mayor de 3000 nanómetros) emitidas por el suelo, la cubierta vegetal y la estructura del
invernadero.
A la combinación de las dos propiedades anteriores es lo que se denomina efecto estufa o
efecto invernadero. Este fenómeno es la base para valorar la importancia que alcanzan las
características ópticas del material de cobertura.
En relación al primer punto, puede decirse que la mayoría de los materiales de cubierta
utilizados presentan (en incidencia normal para la radiación solar global (300/2500 nanómetros)
una transmisión media ponderada variable entre 87 % y el 91 %. Hay que tener presente que
esta transmisividad disminuye con el tiempo (alteración del material de cubierta) y con el
ángulo solar; esto último varía con la latitud del lugar pero puede decirse que la pérdida de
transmisividad puede llegar al 30 % (con un ángulo de 70 grados).
En relación a la segunda característica (la opacidad a la radiación de onda larga) el
comportamiento de los materiales de cubierta es bastante diferente (Cuadro 1).
El 95 % de la energía emitida por la cubierta vegetal, suelo, etc. lo hace en un intervalo de
longitud de onda comprendido entre 7 y 14 micras, entre estos límites los materiales de cubierta
deberán presentar la máxima opacidad (mínima transparencia).
La combinación de las características 1) o 2) conduce a que en el invernadero, en condiciones
espontáneas o sin auxilio de un sistema de climatización, se logren temperaturas en su interior
superiores a las existentes en el clima natural de la zona (aire libre).
Dentro de los materiales flexibles, en términos generales, se puede decir que el PVC (cloruro
de polivinilo), el EVA (etileno vinilo de acetato) y PET (polietileno térmico) presentan un nivel
medio de protección térmico nocturno similar del orden de 2° C a 2.5°C superior al régimen
térmico existente al exterior del invernadero. (es necesario aclarar que estos valores son
orientativos y pueden ser superiores o inferiores a los indicados en virtud de las características
climáticas de la noche: temperatura, nubosidad, régimen de vientos, etc.).
Dentro de los materiales rígidos como el vidrio, o materiales plásticos en placa como el
poliester o el policarbonato es posible alcanzar niveles medios de protección térmica nocturna
del orden de 4-5 ° C.
Sin embargo, en el caso de usar polietileno normal o de larga duración no es posible
imaginar un efecto termoaislante, mas aún puede llegar a producirse la inversión térmica
nocturna, originándose en el interior del mismo temperaturas más bajas que las existentes al
aire libre. En general, todos los materiales presentan buena transparencia a la radiación directa.
La diferencia radica, en la transparencia a las radiaciones infrarrojas lejanas, que son las que
producen el efecto invernadero. En el siguiente cuadro, se mencionan las principales
características de los materiales de cubierta más usados:
FLEXIBLES
PE
PELD
PE Térmico
EVA
PVC
RIGIDOS
Espesor
u
100-200
180-200
200
200
200
Densidad
(g/cm3)
0.92
0.92
0.92
0.95
1.25
Transmisión luz
(%)
92
90
83-86
90
90
Transmisión IR
(%)
77
65-75
13
38
32
3
1-2
4-16
2.5
1.5
1-3 kg/m2
90
85
75-83
0
4
0
mm
VIDRIO
POLIESTER
Policarbonato
Cuadro 1: Principales características de materiales para cubierta empleados en invernaderos.
En general, la duración de los films es de 3-4 años y la de las placas rígidas de 15-20 años.
Cuando se analiza la transmisión de luz de los materiales de cubierta, es necesario tener en
cuenta la influencia del material de estructura. Los materiales de mejor comportamiento,
normalmente son los más pesados y necesitan estructuras que producen más sombreamiento.
II. 2. Técnicas de ahorro energético
Pantallas térmicas
Paredes dobles
Cortavientos
Energía solar pasiva
Las pantallas térmicas reducen el coeficiente de pérdida de calor por cobertura (las
aluminizadas en comparación con el polietileno pierden el 50 % menos de calor). Entre un 60 a
un 70 % de las pérdidas energéticas se originan a través del techo del invernadero. La
reducción de estas pérdidas se hace a través de la selección del material de cobertura y de un
adecuado aislamiento.
El uso de pantallas tiene la ventaja de su utilización para disminuir la radiación infrarroja durante
el día y aumentar así la radiación solar visible (fotosintéticamente activa), y durante la noche
disminuyendo las pérdidas por radiación de onda larga.
Las paredes dobles, consiste en la instalación manual de otra película de polietileno de 50-100
micrones de espesor separada unos centímetros de la cubierta principal. Se aconseja como
separación óptima entre ambas capas unos 2 a 10 cm. Si se aumenta la separación se
aumentan las pérdidas por conducción-convección puesto que el aire confinado en la pared
doble puede moverse con mayor libertad. La separación entre ambas láminas por medio de aire
a presión es una variante mejorada del sistema anterior. El ahorro energético puede estimarse
en un 30 % y la pérdida de luz en un 10 %. El ahorro energético es más importante en noches
con velocidad de viento alta.
Los cortavientos, precisamente, disminuyen la velocidad del viento, permitiendo disminuir las
pérdidas de calor y, al mismo tiempo, proporcionar protección a las estructuras de la acción
destructiva de vientos con moderada a alta intensidad.
La energía solar pasiva se refiere a la conversión de energía solar en energía térmica. A pesar
que se trata de una energía gratis e inagotable, su utilización en la calefacción de invernaderos
resulta hoy en día poco práctica debido a problemas técnicos y económicos. La utilización de
esta energía se basa en que la energía solar absorbida durante el día cubriría las necesidades
de calefacción en los días en que la temperatura exterior es baja y debería ser almacenada
para cubrir las necesidades nocturnas, esta segunda parte requiere resolver los problemas
técnicos de conversión de solar a térmica y su almacenamiento para su posterior utilización.
Algunas de las alternativas son: Paneles solares ubicados en el exterior del invernadero,
estructuras dentro del invernadero (colectores solares), invernaderos hidrosolares.
Los colectores solares más simples son las mangas de polietileno transparente llenas de
agua. Estas mangas, se localizan en el suelo entre las filas del cultivo. Por debajo de ellas se
recomienda colocar un film de polietileno negro que absorbe la radiación solar contribuyendo al
calentamiento del agua. Se aconseja como diámetro más adecuado de la manga alrededor de
30 cm, con polietileno transparente de 200-250 micrones, y conteniendo de 80 a 100 m3 de
agua por 1000 m2 de invernadero, debiéndose cubrir el 35 al 40 % de la superficie del
invernadero. Se logró medir una diferencia térmica de 3-4 grados centígrados, no obstante lo
normal está en el orden de 1 grado centígrado. La desventaja que tienen es que al crecer los
cultivos pierde efectividad por sombreamiento.
En los invernadero hidrosolares, consiste en hacer pasar aire caliente por una zona en donde
es permanentemente pulverizada con agua. El aire ingresa por la parte superior y sale ya frío
por la inferior . El pasaje puede ser normal o forzado (en casos de los invernaderos largos). La
cámara está abierta por arriba y por debajo en aproximadamente 0.50 m. El área de la cámara
ocupa un 8 a un 10 % de la superficie del invernadero. Las boquillas producen gotas del tamaño
promedio de 0.5 mm con un caudal de 2 l/min. Durante la noche el aire del invernadero es
calentado por el agua caliente. El aire de la cámara es recogido en un tanque cuyo volumen
depende del gradiente que se quiera mantener, de la temperatura mínima media. Una ventaja
de este sistema es que permite utilizarse como refrigeración.
Sistemas de calefacción
El calor cedido por la calefacción puede ser aportado al invernadero por convección o
conducción. Por convección al calentar el aire del invernadero y por conducción si se localiza la
distribución del calor a nivel del cultivo.
Sistemas por convección (al calentar el aire del invernadero)
Tuberías aéreas de agua caliente
Aerotermos
Generadores de aire caliente
Generadores y distribución del aire en mangas de PE
Sistemas por conducción (se localiza la distribución de calor a nivel del cultivo)
En el suelo a nivel del cultivo
Por tuberías enterradas.
Por banquetas
Climatización de invernaderos en períodos cálidos
El principal objetivo de disminuir las altas temperaturas, es lograr ampliar el período de
utilización del invernadero. El reducir la temperatura es uno de los mayores problemas de la
horticultura protegida en climas cálidos, porque no es fácil refrigerar el invernadero sin invertir
cantidades relativamente altas en instalaciones y equipos.
Los métodos más usado para lograr este objetivo son:
La reducción de la radiación solar que llega al cultivo (blanqueado, sombreo, etc.)
La evapotranspiración del cultivo.
La ventilación (natural o forzada)
La refrigeración por evaporación de agua (nebulización, "cooling systems", etc.).
Sistemas de sombreo
El sombreo es la técnica de refrigeración más usada en la práctica, pero no está libre de
problemas. Uno de ellos es que gran número de productos de sombreo no son efectivos. La
reducción de temperatura se logra a base de cortar más de lo conveniente el porcentaje de
radiación fotoactiva, mientras que el infrarrojo corto llega en exceso a los cultivos. En otros
casos la reducción de la radiación no causa descenso térmico, por ejemplo cuando se utilizan
pantallas de ahorro de energía durante el verano con el objetivo de sombrear, ya que dichas
pantallas pueden reducir mucho la renovación de aire. Si bien estos sistemas de
sombreamiento, no modifican mucho la temperatura ambiente, modifican el balance energético
de la canopia y por lo tanto disminuyen la temperatura foliar. El sombreamiento, es más efectivo
en invernaderos mal ventilados y la instalación de la malla, no debería afectar a la misma. El
sombreamiento debería ser tal que el cultivo llegue a su saturación lumínica al medio día.
Sistemas estáticos: Son aquellos que una vez instalados sombrean al invernadero de una
manera constante, sin posibilidad de graduación o control.
Sistemas dinámicos. Son aquellos que permiten un control más o menos perfecto de la
radiación solar en función de las necesidades climáticas del invernadero.
Sistemas estáticos
Encalado: El blanqueo de las paredes a base de carbonato cálcico o de cal apagada es un
sistema relativamente barato. En zonas de pocas lluvias se prefiere el carbonato cálcico porque
es más fácil de eliminar por lavado. En zonas más húmedas es preciso usar soluciones de cal
apagada. Bajo un punto de vista puramente técnico, el blanqueo presenta una serie de
inconvenientes. El primer aspecto negativo es la permanencia de la cal en el invernadero
durante períodos cubiertos. Como ya se ha señalado, los sistemas estáticos no permiten ajusta
el grado de sombreo en función de las condiciones ambientales. Otro inconveniente es el
consumo de mano de obra en las operaciones de aplicación y limpieza, sobre todo en esta
última acción. Es recomendable usar una solución ácida para quitar los restos de cal, pues con
agua sola y fricción de la cubierta suelen quedar manchas sobre las paredes.
Mallas de sombreo: Suelen ser de polietileno, aunque otros materiales como el polipropileno,
el poliéster o derivados acrílicos se usan también para este propósito. La gama de mallas con
distinto porcentaje de transmisión, reflexión y porosidad al aire es muy amplia. Existen también
materiales aluminizados que presentan la ventaja de reflejar parte de la radiación en calor. Si la
capacidad de reflexión no cambia con el uso del material (desarrollo de algas, suciedad, etc.)
las mallas aluminizadas son las mejores para climas cálidos. La mayoría de las redes de
sombreo son poco selectivas, es decir, reducen tanto la transmisión de radiación fotoactiva
como la del infrarrojo corto. Sería deseable el reducir al máximo la radiación infrarroja dejando
pasar la fotoactiva hacia las plantas.
Sistemas dinámicos
Cortinas móviles: el uso de mallas de sombreo fijas tiene un claro inconveniente: durante las
primeras horas del día y las últimas de la tarde, así como durante los días nublados, el sombreo
es excesivo y la fotosíntesis neta queda reducida, pues la radiación en el invernadero queda por
debajo del punto de saturación. Si se cuenta con un mecanismo que arrastre la pantalla y
extienda o cierre en función de los niveles de luz se puede lograr un uso mucho más eficiente
de la radiación disponible.
Riego de la cubierta: Algunos invernaderos tienen instalados un sistema de riego en su
cumbrera, de modo que es posible crear un película de agua que fluye sobre la pared.
Ventilación, natural o forzada, lo que busca es conseguir una adecuada renovación del
volumen de aire del invernadero (N), la cual debe ser de aproximadamente 40
renovaciones/hora. En función de ello debe diseñarse la superficie de ventanas o la capacidad
de los ventiladores, fundamentalmente en estructuras de varios módulos acoplados. En cuanto
a ventilación natural, la renovación del aire en el invernadero, tiene 2 fuerzas:
Efecto estático: El movimiento de aire se da por una diferencia de presión consecuencia de una
diferencia de temperatura entre el interior y exterior del invernadero. La superficie de ventanas
juega un rol fundamental en la renovación de aire cuando interviene esta fuerza.
Efecto viento: La velocidad del viento, mejora la renovación de aire del invernadero. El efecto
del viento, supera al efecto estático, cuando la velocidad del mismo es mayor a 1m/s. De
acuerdo a estudios recientes, no interesa la dirección del viento en la renovación de aire cuando
la ventilación es cenital.
Se debe distinguir entre ventilación cenital y lateral. En los invernaderos sin ventilación
cenital, solamente la renovación del aire, ocurre por efecto estático, por lo que no se debería
tener en cuenta la velocidad del viento (Salvo en situaciones de pocos módulos acoplados
(menos de tres módulos). En cambio, en las estructuras con ventilación cenital, la renovación
de aire se produce por efecto estático y por el efecto viento.
En general se observa un aumento de la temperatura hacia el techo, el cual es más marcado en
los invernaderos sin ventilación cenital y este aumento se hace más brusco desde la parte alta
de la canopia. Esta observación es importante para el manejo de cultivos como el tomate,
donde se puede hacer un “bajado del mismo”, de modo que las altas temperaturas no afecten el
crecimiento del brote apical y el establecimiento de los nuevos racimos.
Diferentes autores, concuerdan en que las aberturas laterales del invernadero deben
representar del 20 al 25 % de la superficie cubierta, para que el salto térmico 1 sea mínimo. No
obstante, resulta más eficiente la combinación de ventanas laterales y cenitales, que laterales
solamente. En cuanto a la ventilación cenital óptima, ésta debiera representar el 10 % de la
superficie cubierta.
En el caso de ventilación forzada, el uso de ventiladores sobre el cultivo, mejoran el perfil
térmico, disminuyendo el gradiente entre la base y la parte alta del invernadero. En cambio
el efecto no es muy claro sobre la humedad. En cuanto al dióxido de carbono, la concentración
disminuye con la altura, encontrándose diferencias de 60 ppm, reduciéndose a 30 con el uso de
ventiladores. La velocidad del viento, generado por estos ventiladores no debe ser superior a
1m/s (3,6 km/h), debido a efectos sobre la planta como ser:
reducción del área foliar,
crecimiento y acumulación de materia seca, además de daños en las puntas y bordes de las
hojas.
Refrigeración por evaporación de agua
Fotografía 7: Ventilador utilizado para la renovación forzada de
aire en invernaderos.
El agua al pasar del estado líquido a vapor, absorbe calor. Si disponemos en el invernadero de
algún equipo capaz de vaporizar agua, la vaporización absorber calor del aire del invernadero y
por tanto bajar la temperatura ambiente. La evaporación de agua continúa hasta que el aire se
satura (humedad relativa del 100 %). La temperatura del aire en condiciones de saturación se
llama temperatura húmeda. No es posible bajar la temperatura ambiente por debajo de la
temperatura húmeda, puesto que el aire no admite más cantidad de agua en estado gaseoso.
Todo el proceso de saturación transcurre de manera que la energía de la mezcla aire y vapor de
agua no varía. Los sistemas de humectación empleados en la horticultura protegida son dos: la
pantalla evaporadora y las boquillas de nebulización.