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En el siguiente artículo se describe cómo mantener la temperatura de los invernaderos en condiciones ideales

El control climático en invernaderos

Fulgencio Pujante García, dpto. Ingeniería Novedades Agrícolas
30/09/2011

30 de septiembre

Los primeros controladores climáticos se empezaron a emplear en los invernaderos a primeros de los años 80. Desde entonces sus posibilidades han aumentando hasta un grado de sofisticación que cubre casi todas las imaginables situaciones que concurren en la física de un invernadero.

Si hablamos de los antecedentes, las variables a controlar en un invernadero son la temperatura del aire, la humedad relativa, la concentración de CO2 (anhídrido carbónico) y la radiación solar. Por tanto, las instalaciones que se utilizan para el control de estos parámetros son la instalación de calefacción, la instalación de ventilación (pasiva: ventanas; forzada: ventiladores), la instalación de humidificación, la instalación de dosificación de CO2 (quemadores de propano y gas natural; instalaciones de dosificación a partir de gas CO2 licuado), la instalaciones de pantallas térmicas y la iluminación artificial.

En cuanto a la temperatura, los puntos de consigna, y los periodos, para la temperatura y la ventilación, se establecen con relación al amanecer y al atardecer. Para ello se establecen con la ayuda de una curva o programa horario. Ésta, normalmente evoluciona desde la temperatura nocturna hasta la diurna, y viceversa, con objeto de evitar condensaciones dentro del invernadero.

Existen varios métodos para mantener la temperatura deseada en el interior de los invernaderos
Existen varios métodos para mantener la temperatura deseada en el interior de los invernaderos.

Normalmente, 2-3 horas antes de la salida del sol, se incrementa la temperatura de 1 a 2 °C por hora, de forma que la transpiración que provoca la insolación a primera hora de la mañana en el cultivo, es recibida en un aire a mayor temperatura. Al atardecer se procede de igual forma, pero en este caso con una velocidad de cambio negativa. La temperatura del aire es también modificada según la disponibilidad de luz, así a mayores niveles de luz, mayores son las temperaturas de trabajo con objeto de obtener del cultivo un mejor rendimiento.

Control de calefacción

Para el control de las temperaturas del aire a través de la calefacción, se emplea un proceso que en las instalaciones con agua caliente integra la temperatura del aire con la temperatura del agua en el circuito de calefacción. Este control es proporcional integral. Para ello se definen las temperaturas máximas y mínimas en el circuito de calefacción, y el controlador, actua sobre la válvula mezcladora de 3 vías.

Otro sistema de control consiste en tener en cuenta la temperatura del aire exterior, la velocidad del viento y la radiación solar. Conocida la constante global térmica del invernadero (el salto térmico entre el interior y el exterior) y la velocidad del viento, la temperatura del circuito de calefacción puede definirse, así como la carga térmica demandada de la instalación.

En los sistemas de generadores de aire caliente, el control es simple, estos son conectados y desconectados según una banda de histéresis de unos 2-3 °C, para su conexión y desconexión. Si la instalación cuenta con varios equipos distribuidos a lo largo de la superficie del invernadero, se puede establecer un arranque secuencial siguiendo una distribución espacial de mayor a menor número.

El control de calefacción es un factor importante para mantener una temperatura adecuada
El control de calefacción es un factor importante para mantener una temperatura adecuada.

Control de la temperatura mediante ventilación

El control se lleva a cabo con la instalación de ventilación, principalmente las ventanas instaladas cenitales. El control se establece sobre el grado de apertura. La posición de apertura es determinada mediante un potenciómetro que indica al controlador el grado de apertura. En caso de no utilizarse sensor de posición de apertura, la ventilación puede actuarse según el tiempo de la carrera de la ventana en cuestión.

La tasa de ventilación de un invernadero depende del grado de apertura de la instalación de ventilación, de la velocidad del viento y de la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, esta tasa puede ser un dato para el controlador y ser computado en un balance de energía y masa para proceder a un ajuste en la posición de las ventanas. La medición de la dirección del viento es utilizada para la apertura en orden, la instalación de ventilación orientada a sotavento es operada en primer lugar, seguida si así es necesario, de la orientada a barlovento, para lo que se establece un retardo a la apertura de esta última.

Control de la humedad relativa

La ventilación se utiliza también para prevenir excesiva humedad ambiente debida a la transpiración del cultivo. Este control se realiza con objeto de prevenir enfermedades. Los excesos de humedad tienen lugar en los periodos fríos, y su efecto es más pronunciado durante los cambios de la noche al día. En caso de bajas humedades relativas son instalados sistemas de humidificación, su operación también es susceptible de utilizarse para bajar temperatura, siempre y cuando la diferencia en el contenido higrométrico del aire exterior respecto del interior sea apreciable.

Desde el punto de vista de control, al menos dos umbrales de humedad relativa son establecidos, uno para la noche y otro para el día, en consonancia con los puntos de consigna establecidos para la temperatura asignando a cada uno una curva con déficits de humedad admisibles máximos y mínimos en gr/m3, o humedad relativa (Curva de Mollier). Si no se utiliza sistema de humidificación, el control de la humedad relativa se lleva a cabo mediante la instalación de ventilación. Para ello se opera ésta según dos directrices: si la humedad relativa es menor del punto de consigna establecido, se disminuye el grado de apertura de la ventilación, y si es mayor la apertura se aumenta.

El uso combinado de calefacción y ventilación, es utilizado para forzar la transpiración en días nublados donde la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior es pequeña. Esta práctica es realizada con frecuencia en invernaderos del norte de Europa, incluso en verano, a pesar del consumo energético que contrae, con el objeto de mantener un déficit de humedad mínimo.

La humedad relativa es un factor importante para controlar la temperatura de nuestros invernaderos
La humedad relativa es un factor importante para controlar la temperatura de nuestros invernaderos.

Control de la concentración de CO2

Los controladores siguen una serie directrices para la dosificación del anhídrido carbónico dentro del invernadero. El punto de consigna para éste parámetro se define constantemente según la demanda calorífica del invernadero, la radiación solar, la velocidad del viento y el grado de apertura de la ventilación. Se utilizan para ello una serie de consignas, entre otras la determinación de umbrales mínimos, medios y máximos de concentración. La transición desde la concentración mayor a la menor, se lleva a cabo proporcionalmente al grado de apertura de la ventilación, y a la velocidad del viento.

Control de la iluminación artificial

Las instalaciones de iluminación pueden clasificarse en dos tipos según su aplicación. Así, para instalaciones de iluminación para la asimilación fotosintética, se emplean instalaciones a base de lámparas de sodio de alta presión. En caso de destinarse la instalación al manejo del fotoperiodo, se utilizan lámparas incandescentes. En la iluminación para asimilación, para prolongar la vida de las lámparas de sodio, se establecen periodos de iluminación de apoyo con encendidos y apagados.

Para la producción de la energía eléctrica, dado que las potencias eléctricas instaladas son enormes, se emplea la cogeneración. Un generador produce la electricidad necesaria a partir de gas natural, el calor residual es empleado para calefactar el invernadero y el CO2, una vez depurado es también reutilizado. En los momentos de parada de la instalación de iluminación de apoyo, el calor es conservado en un depósito acumulador.

El controlador, siguiendo un algoritmo, determina automáticamente, si el calor precisado en el invernadero, ha de provenir desde el cogenerador, desde el depósito acumulador, o desde la caldera. Un 78% de la energía empleada por la instalación de iluminación de apoyo, es transformada en calor dentro del invernadero, reduciendo la demanda desde la caldera.

En las instalaciones de iluminación de fotoperiodo empleadas en cultivos para flor cortada (crisantemo, kalanchoe, paniculata, etc.), la duración del fotoperiodo es controlada a partir de una combinación de la instalación de iluminación y la de malla de sombreo. El control se lleva a cabo mediante programación horaria. En muchos casos, la iluminación se provee con aplicaciones cíclicas de 10 minutos encendidas y 20 apagadas.

Control de pantallas

En cuanto a pantallas térmicas, se cierran durante la noche cuando la temperatura exterior excede de un valor respecto de la interior, o cuando la temperatura en el circuito de calefacción excede de un umbral, cerrándose completamente. Si la humedad relativa excede de un valor determinado, éstas son forzadas a abrirse proporcionalmente a un rango establecido, entre 1 y 30 centímetros, para reducir la humedad por condensación sobre el techo que está frío, o para la renovación del aire al abrir la ventilación un poco.

Una segunda opción en su uso consiste en cerrarlas no durante la noche, sino en un momento anterior al amanecer, por horario o por nivel lumínico (lux), de forma que la pantalla es después abierta gradualmente para evitar descensos bruscos de temperatura en el invernadero por las necesidades de ventilación.

Hablando de pantallas de sombreo, la apertura de estas pantallas depende de programa horario y de la consigna de dos niveles de radiación y temperatura interior, uno para abrir y otro para cerrar. Aún cerrándose la pantalla, la temperatura del invernadero puede subir, en tal caso la pantalla es abierta hasta cierto grado de forma que sea beneficiada la ventilación.

En cuanto a las pantallas de fotoperiodo, son utilizadas para aumentar la duración de la “noche” en cultivos de flor con el objeto de su forzado. La pantalla ha de cubrir por completo el invernadero. Su regulación se realiza según programa horario.

El uso de pantallas es también un elemento recurrente a la hora de controlar la temperatura
El uso de pantallas es también un elemento recurrente a la hora de controlar la temperatura.
Conclusiones

- Para la operación y control del clima de un invernadero se precisa de controladores que a partir de distintos cálculos y directrices manejen de forma efectiva los distintos parámetros implicados, y las instalaciones relacionadas con los mismos.

- El registro de la evolución de los distintos parámetros implicados ha de ser posible, de cara a la adopción de mediadas y el establecimiento de las referencias y puntos de consigna adecuados para un control más eficiente.

- Las paradojas y contradicciones en el control se dan en ciertos casos. Si bien los controladores están hechos con gran fundamento y amplios conocimientos, el éxito de estos depende en gran manera de nuestro cultivo que hay que supervisar y manejar para que mediante su correcto desarrollo, se integre en nuestra estrategia de control climático, sobre todo en épocas agroclimáticas adversas (baja insolación, excesiva temperatura, etc.).

- La tendencia futura es la de integrar la física del invernadero, con la medición de parámetros fisiológicos del cultivo, temperatura de la planta, tasa fotosintética, etc.

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