Necesidades energéticas del invernadero en períodos fríos. Juan

Necesidades energéticas del
invernadero en periodos fríos
Juan Carlos López Hernández
FUNDACION CAJAMAR
Niveles inferiores a la temperatura mínima biológica provocan:
Reducción del transporte y distribución de asimilados.
Disminución de la absorción de agua y sales.
Pérdida de fertilidad.
Reducción del crecimiento.
Tª media nocturna invernal (7-9ºC) < Tª óptima nocturna (15-20ºC)
Productividad
 Calidad frutos
Precios altos
0.15
Fotosí ntesis (gr CH2O/m2 min)
700 W/m2
0.14
700 W/m2
0.12
Fotosí ntesis (gr CH2O/m2 min)
La condición de ‘clima óptimo’
varía según interdependencia entre
las variables climáticas
0.1
500 W/m2
0.08
0.06
300 W/m2
0.04
0.02
100 W/m2
0
500 W/m2
0.1
0
10
20
30
40
50
60
Temperatura (º C)
300 W/m2
0.05
100 W/m2
0
0
200
400
600
800
Concentració n CO2 (ppm)
(F. Rodríguez)
1000
¡ Buscamos un óptimo económico !
Cálculo de las necesidades energéticas
del invernadero para periodos fríos
ESPECIFICIDAD DEL
INVERNADERO
Cultivo
Suelo
Clima
Información
(Sensores)
Tº, HR,
Radiación...
Sistema
de control
del clima
Medios de control
Decisiones de control
(Agricultor, ordenador.…)
Intercambios energéticos del invernadero
• Radiación: Suelo; Atmósfera; Vegetación; Cubierta;
Estructura
• Convección: Cubierta-Aire exterior; Cubierta-Aire interior;
Suelo-Aire interior; Renovación aire; Cultivo-Aire interior
• Conducción: Cubierta; Suelo
• Evaporación y condensación: en el suelo; en la cubierta ;
transpiración;
aire exterior
QF
Qce
Rnpe
cubierta
Qci
Rnpi
aire interior
Rnd
Qrt
Qcd
QL
Qct
Rns
Qcs
Fc
suelo
Tref
Pared
Rn
Aire interior
Q
Vegetación
Suelo
pi
cd
Rn
d
Rn
s
Q
Q
ci
Rn
Q
ct
cs
Q
Q
cd
L
Q
F
cs
c
pe
Q
Q
ci
Q
Q
s
d
ce
Q
Q
F
p
Q
a
PÉRDIDAS TOTALES= Pérdidas cubierta (qc) + Pérdidas fugas (qi)
Qt = qc + qi
qc = U*(Ti-Te)
U: Coeficiente global de pérdidas de calor a través de la cubierta:
convección, conducción y radiación (ASAE, 2000)
Material de cubierta
Vidrio sencillo sellado
Vidrio sencillo baja emisividad
Vidrio doble sellado
Film plástico simple
PE doble
PE térmico doble
PC simple corrugado
PC rígido doble
PMMA rígido doble
Vidrio simple + Pantalla térmica (film plástico)
PE doble + Pantalla térmica (film plástico)
U (W m-2 pared ºC-1)
6,2
5,4
3,7
6,2
4,0
2,8
6,2 - 6,8
3,2 - 3,6
3,2
4,0
2,5
Qt = qc + qi
Pérdidas por infiltración, qi (W): serán la suma de energía sensible y latente
Tipo de construcción
Tasa Infiltración (N)
h-1
Nueva construcción:
0.75
Vieja construcción:
2.0
2,5
N (h
-1
)
2
1,5
1
Relación entre la tasa de infiltración
y la velocidad de viento exterior de
un invernadero tipo Parral.
N = 0,29 Ve + 0,76
R2 = 0,81
0,5
0
0
1
2
Ve (m s-1)
3
4
La Tasa de infiltración
está relacionada con el viento
Porcentaje de pérdidas por infiltración (Hf)
con respecto a las pérdidas totales
(Hc,i+Hf+Cs), en función de la velocidad del
viento (Ve).
% pérdidas
50
25
y = -1,5085x2 + 11,842x + 9,983
2
R = 0,84
0
0
1
2
3
-1
Ve (m s )
4
5
200
16
14
12
10
8
120
80
40
6
Qs (MJ m-2 suelo d-1 )
Qs (MJ m-2 suelo )
160
18
5
y = 0,049662x2 - 0,001005x + 1,107425
R2 = 0,89
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
Mes
Consumos mensuales de energía
(Qs, MJ m-2suelo) para diferentes
temperaturas de consigna (Tc, ºC) en
un invernadero Parral en un año
medio.
2
4
6
8
10
Tmin (ºC)
Relación entre el consumo diario de energía de
la calefacción (Qs) y el gradiente térmico diario
( Tmin) entre la temperatura de consigna y la
temperatura mínima diaria exterior del aire.
1400
Qs (MJ m-2cubierta)
1200
1000
Almería
Holanda
800
600
400
200
0
0
5
10
Tc (ºC)
15
20
Consumo acumulado de energía (Qs , MJ m-2suelo) para un año medio y
distintas temperaturas de consigna (Tc, ºC). El Ejido, Almería y Holanda
Sistemas de ahorro energético
• Material de cubierta
Material de cubierta
U (W m-2 pared ºC-1)
Vidrio sencillo
6,0
Vidrio doble (9 mm de aire de separación)
4,2
PC doble (10mm de separación)
4,7
PC doble (16mm de separación
4,2
Film plástico (PE)
6,0
Doble film plástico (PE)
4,2
Doble film plástico térmico + Pantalla térmica
2,5
Vidrio simple + Pantalla térmica (PVC,EVA,PE)
4,7
Vidrio simple + Pantalla térmica (film aluminizado)
2,5
• Pantallas
térmicas
(móviles):
aluminizadas; plástico o míxtas
• Dobles cubiertas (fijas)
• Doble plástico inflado
Acolchado
Estrategias térmicas: según fenología del cultivo,
Salto nocturno
3.000
T8
2.500
Producción acumulada para un cultivo de tomate
-2
(gm )
2.000
1.500
1.000
500
0
0
ddt
23
65
105 138 175 197 251
PSHojas
T12 3000
PSTallos
PSFrutos
2500
T8
T12
T16
T8-S
T12-S
T16-S
Total
23,4 a
22,5 a
22,6 a
20,6 b
19,8 b
17,9 c
Comercial
22,3 a
21,4 a
21,7 a
19,5 b
18,8 b
16,7 c
1ª
21,7 a
21,2 a
21,3 a
19,2 b
18,4 b
15,7 c
2ª
0,6 b
0,2 c
0,4 bc
0,3 c
0,4 bc
1,0 a
Destrío
1,1 a
1,1 a
0,9 a
1,1 a
1,0 a
1,2 a
-2
(gm )
2000
1000
T8
10
0
0
ddt
23
65
PSHojas
105
138
PSTallos
175
197
251
PSFrutos
T16 3000
2500
2000
-2
(gm )
Consumo de combustible
12
500
1500
1000
500
0
ddt
Gasto acumulado de propano (kg m -2)
1500
0
23
65
PSHojas
105
138
PSTallos
175
197
PSFrutos
251
Reparto de
materia
seca de un cultivo
de tomate en tres
tratamientos
térmicos
(8,º12º,16º)
T12
8
T16
6
4
2
0
ddt 0
S Oct
40
80
Nov
Dic
120
Ene
160
Feb
200
Mar
240
280
Ab May Jun
Necesidades energéticas anuales para diferentes
temperaturas de consigna de invernadero en dos
localidades (El Ejido, Níjar).
Tª consigna (ºC)
Necesidades energéticas anuales Q (KWh/m² año)
El Ejido
(S. Mª del Águila)
Níjar (Campohermoso)
6
0,75
7,63
8
7,63
25,88
10
25,88
58,38
12
58,38
103,50
14
103,50
159,13
16
159,13
224,88
Gasto anual en calefacción del invernadero para diferentes combustibles
a distintas temperaturas de consigna durante un año en El Ejido
16,0
14,0
€ / m2 año
12,0
COMBUSTIBLE
Precio (€/kg)
Gasoil
1,04
Hueso de aceituna
0,16
Cáscara de almendra
0,14
Pellets de pino
0,22
10,0
Gasoil
Aceituna
Almendra
Pellets pino
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0
5
10
Tª consigna (ºC)
15
20
Disponibilidad del año tipo
Gracias