La mejora de la ventilación natural tiene una repercusión directa en la capacidad productiva de la gran mayoría de invernaderos de regiones semiáridas

Las mallas anti-insectos se instalan en las ventanas de los invernaderos para dificultar la entrada a los mismos de insectos que son perjudiciales para los cultivos. En las zonas donde hay gran concentración de invernaderos su uso es muy necesario, ya que en ellas hay gran concentración de insectos perjudiciales que podrían pasar de unos invernaderos a otros. No obstante, tienen un efecto negativo en el microclima de los invernaderos, que puede repercutir negativamente en la producción de los cultivos. Debido a que son materiales que dificultan la entrada de aire, provocan que en primavera-verano suba mucho la temperatura en el interior de los invernaderos, y en otoño-invierno se eleve en exceso la humedad. Todos los cultivos son muy sensibles a los cambios en la temperatura y la humedad.

En este trabajo comparamos el efecto de tres mallas de diferentes características geométricas y comportamiento aerodinámico, en el microclima interior de un típico invernadero mediterráneo. Uno de los parámetros característicos de la malla es, junto con la porosidad, el diámetro de los hilos que la conforman. Hemos comprobado cómo mallas en teoría muy similares, con parecidas porosidades, provocan efectos muy distintos en el clima de los invernaderos y en su eficacia como barrera física al paso de los insectos. En este último trabajo, se ha puesto de manifiesto y cuantificado el efecto de cada elemento que define la malla, en los coeficientes que en la literatura científica se utilizan para calcular la tasa de ventilación del invernadero y su clima.

Tradicionalmente, la porosidad de la malla se ha utilizado como parámetro característico que determina el flujo de aire a través de las ventanas y que es el motor de los cambios en la temperatura y la humedad de los invernaderos. Sin embargo, los diferentes diámetros de hilos utilizados, y la tensión de los mismos (que varía con la edad de la malla), provocan variaciones muy importantes en la caída de presión del aire inducida por cada malla, así como en su espesor. Por ello, en el último trabajo publicado se engloban todos estos aspectos y se proponen nuevos métodos de cálculo del efecto de las mallas anti-insectos en la ventilación y el clima de los invernaderos.

Se recomienda utilizar mallas de gran porosidad, pero con elevado número de hilos, por lo que éstos deben ser de pequeño diámetro. La confección de las mismas debe ser óptima para que los poros sean muy numerosos y homogéneos, para garantizar el efecto de barrera física al paso de insectos.

También hemos analizado diversas mallas anti-insectos en condiciones reales en invernaderos comerciales durante cuatro campañas agrícolas. Para los diferentes parámetros de crecimiento de la planta, calidad de la fruta y rendimiento, no hemos encontrado diferencias destacables atribuibles al tipo de agrotextil utilizado. Las mallas actuales frenan la entrada de insectos fundamentalmente porque disminuyen la entrada del aire al invernadero y, de manera indirecta, los insectos arrastrados por el mismo.

Por otro lado, acabamos de publicar en la prestigiosa revista Computers and Electronics in Agriculture una nueva tecnología para la identificación de insectos basada en análisis de imagen y en redes neuronales. Tanto para el control integral de plagas como para el control biológico, es de suma importancia hacer un seguimiento de la dinámica poblacional de insectos perjudiciales, detectar la tasa de crecimiento y establecer umbrales de acción correctiva. Para realizar el seguimiento de la población de insectos, se suelen utilizar trampas cromáticas con adhesivo. El color de las trampas atrae a los insectos y cuando el insecto toca la trampa este queda adherido a la misma. Después, el agricultor realiza un conteo de insectos por trampa. Las trampas se suelen distribuir por todo el invernadero. Hasta ahora se realiza un conteo manual del número y tipo de insectos por trampa, con el consiguiente consumo de tiempo y el posible error humano en la medida.

En este trabajo hemos desarrollado un método de aprendizaje de máquina, coloquialmente conocido como una manera temprana de inteligencia artificial. El algoritmo diseñado permite identificar mosca blanca con una precisión del 96% y trips a una precisión del 92%. Lo que se traduce en una reducción del tiempo empleado en el conteo, aumento del número de especies a identificar y eliminación del error humano. Por lo tanto, es posible dar seguimiento no sólo a la población de insectos perjudiciales, sino a toda la fauna auxiliar del ecosistema del invernadero, para poder aplicar métodos más racionales e integradores de control de plagas. Actualmente estamos trabajando para que en breve podamos poner a disposición de los agricultores una aplicación que permita determinar el número de cada especie de insecto, mediante una simple fotografía tomada con un teléfono inteligente.

Este tipo de tecnología permitirá incrementar el número de trampas que se distribuyen en el invernadero, aumentando así la resolución espacial con la que se mide la distribución de la población. De esta manera se podrá realizar el tratamiento corrector en el momento y lugar preciso.

No obstante, los trabajos sobre mallas de protección se remontan a 1996, cuando el grupo desarrolló el proyecto 'Identificación y valoración de los invernaderos de Almería para el análisis y control de sus condiciones ambientales' financiado por la Excma (Diputación Provincial de Almería). En este trabajo de investigación realizamos un análisis pormenorizado de la situación de los invernaderos, que incluía el mayor muestreo de los mismos realizado hasta la fecha, fruto del cual se detectaron puntos críticos del sector, como las deficiencias en ventilación, provocadas en muchos casos por la falta de ventilación cenital, y la necesidad de incorporar equipos de control activo del clima para modificar los periodos de producción, mejorando la producción en cantidad y calidad.

Posteriormente, conseguimos financiación para el proyecto 'Evaluación física de mallas anti-insecto, pantallas térmicas y mallas de sombreo utilizadas en invernaderos', que desarrollamos desde 2002 hasta 2004. Dentro de esta iniciativa diseñamos un prototipo inicial de túnel de viento de baja velocidad para aplicaciones agrícolas, evaluando el efecto de varios agrotextiles utilizados en los invernaderos en la tasa de ventilación. Este proyecto conformó el germen del estudio exhaustivo sobre las mallas anti-insecto que realiza el Grupo de Investigación 'Ingeniería Rural' de la Universidad de Almería. Se analizaron diversos agrotextiles, no sólo mallas de protección, y esencialmente se establecieron las bases y desarrollaron los procedimientos de ensayo en laboratorio de estos materiales.

Mediante el proyecto ‘Contribución a las técnicas de protección vegetal en invernaderos mediante análisis del comportamiento de las mallas anti-insectos’ (financiado por la Junta de Andalucía) desarrollado entre 2004 y 2006, realizamos un estudio mediante simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) del efecto de las mallas anti-insectos sobre la ventilación. En este proyecto analizamos todas las mallas anti-insecto comercializadas en Andalucía, evaluando su eficacia real como barrera al paso de insectos y la influencia que provocan en el microclima del invernadero; ambos aspectos se estudiaron también en laboratorio. Estos estudios permitieron comprobar el papel fundamental que juegan las ventanas cenitales en la ventilación natural de los invernaderos. Tanto en condiciones de vientos débiles como fuertes, el aire exterior más frío entra a través de las ventanas laterales y, tras refrigerar el invernadero y las plantas, sale a elevada temperatura por las ventanas cenitales. Del mismo modo, observamos que la presencia de mallas anti-insectos puede reducir el caudal de ventilación en un 50%.

Fruto del interés despertado en el sector agrícola se han materializado varios contratos de investigación con empresas. En ellos se ha analizado en laboratorio el comportamiento aerodinámico de cada malla, su influencia teórica sobre la ventilación del invernadero, y la determinación de todas las características geométricas y mecánicas de los diversos materiales.

En 2005 obtuvimos el Proyecto PROFIT ‘Desarrollo de nuevos materiales de protección para invernaderos’. En él participan 4 empresas especializadas en nuevos desarrollos de hilos y sistemas de confección de mallas. El objetivo de este ambicioso Proyecto fue el desarrollo de nuevos materiales más eficaces como barrera física al paso de insectos y con menor influencia sobre la ventilación del invernadero. La idea general es disminuir el diámetro del hilo, utilizando nuevos materiales, y mejorar los sistemas de confección.

Hemos desarrollado toda la metodología para el análisis exhaustivo en laboratorio de las mallas anti-insectos. Por otro lado, estamos desarrollando nuevos materiales y en el mercado están apareciendo también nuevos desarrollos. Posteriormente analizamos en campo la efectividad de estos nuevos materiales y su efecto en el microclima del invernadero. Los ensayos se han realizado en la Fundación Finca Experimental UAL-ANECOOP, donde el Grupo de Investigación dispone de varios invernaderos de alta tecnología. Los resultados se están transfiriendo al sector rápidamente debido a los graves problemas de sanidad vegetal que presentan las zonas con gran hacinamiento de explotaciones.

Entre 2005 y 2008 participamos en el Proyecto Europeo ‘Energy Optimisation in European Greenhouses’ (GREENNERGY). En él formulamos una serie de recomendaciones para el ahorro energético en invernaderos, en función de las 4 zonas climáticas en las que se dividieron los países europeos, siendo esta tarea del proyecto dirigida por nuestro Grupo de Investigación 'Ingeniería Rural'. Como fruto de este trabajo, y a través de un contrato con el Instituto para la Diversificacion y Ahorro de la Energía (IDAE), se realizó un análisis de las diferentes técnicas de ahorro de energía disponibles para su aplicación en invernaderos de España y se desarrolló un protocolo de Auditoría Energética en invernaderos. Además, se realizó un análisis con CFD del efecto de la configuración de las ventanas en invernaderos tipo Almería y una comparación de los métodos de discretización de Elementos Finitos y Volúmenes Finitos utilizados en diferentes programas de CFD. Mediante estos trabajos se observó que las máximas tasas de ventilación se obtenían cuando las ventanas laterales se abrían al máximo y se mantenía abierta la ventana cenital, constatando la gran importancia de disponer de los dos tipos de ventanas y analizando diversos parámetros que cuantifican el efecto de las mallas anti-insectos en el microclima de los invernaderos.

De forma casi simultánea al Proyecto Europeo, desarrollamos entre 2006 y 2009 el proyecto ‘Análisis de nuevos sistemas de protección utilizados en invernaderos mediterráneos’ (financiado por el Plan Nacional de I+D del Ministerio de Ciencia y Tecnología) en el que se estudió el efecto de las mallas anti-insectos en la ventilación de invernaderos de tipo Almería mediante anemometría sónica triaxial. En 2007 obtuvimos el proyecto ‘Invernadero multitúnel con control integral de clima y fertirrigación’ (financiado por la Unión Europea a través del convenio FEDER 2005-2006) mediante el cual diseñamos y construimos tres invernaderos multitúnel dentro de la Finca Experimental Fundación UAL-ANECOOP, especialmente adaptados para el estudio y análisis, en condiciones reales de campo, del efecto de las mallas en la dinámica poblacional de los insectos, en el microclima de los invernaderos y en la producción y calidad de los frutos.

En el periodo 2011-2014 realizamos los proyectos ‘Ahorro y eficiencia energética en invernaderos Mediterráneos tecnificados’ (Proyectos de investigación fundamental no orientada de la convocatoria de 2010 del Plan Nacional de I+D+i del Ministerio de Ciencia e Innovación) y ‘Ahorro y eficiencia energética en invernaderos tipo Almería’ (Proyecto de Excelencia de la Junta de Andalucía. En ellos determinamos el gasto energético asociado a los diferentes sistemas de control climático de invernaderos: ventilación natural, sistema de nebulización de baja presión, paneles evaporadores, calefacción por aire caliente y sistema de ahorro energético mediante pantallas térmicas; cada uno de ellos en diferentes estructuras de invernaderos. Determinamos la eficiencia de refrigeración de la ventilación natural en los invernaderos tipo Almería mediante CFD. Mediante anemometría sónica triaxial se estudió el efecto de las mallas anti-insectos en la capacidad de ventilación de invernaderos tipo Almería y multitúnel, así como el efecto de la proximidad de los invernaderos sobre la ventilación.

Acabamos de conseguir un nuevo proyecto de investigación del Ministerio de Economía y Competitividad, dentro de la muy exigente convocatoria Retos de Investigación. Estamos iniciando los nuevos experimentos y se prolongarán hasta diciembre de 2019. La reciente iniciativa se denomina ‘Innnovación en la ventilación natural como vía para la sostenibilidad y rentabilidad del agrosistema invernadero’. En ella también tiene un papel importante todo el desarrollo que el Grupo de Investigación ‘Ingeniería Rural’ está realizando sobre mallas anti-insectos. Concretamente este proyecto se basa en que el aumento de la superficie de ventilación en los invernaderos produce un incremento de la productividad de los cultivos y, como consecuencia de ello, una mejora de su eficiencia energética y ambiental (reducción del consumo de energía y de la generación de contaminantes por kg de fruto producido), haciéndolos más competitivos y sostenibles. Esta hipótesis de partida se apoya en los resultados obtenidos en los trabajos realizados hasta la fecha por nuestro equipo de investigación. En ellos se demuestra como el aumento en la superficie de ventilación máxima disponible en los invernaderos, produce incrementos en la producción de un 0,08-0.13 [kg/m²] por cada 1% de aumento en la superficie para ciclos cortos de tomate, llegando hasta 0,19 [kg/m²] cuando se realizó un ciclo largo de tomate. Estos valores suponen incrementos en la productividad del cultivo de tomate de un 0,9-1,1% por cada 1% que se aumente la superficie de ventilación. Mediante modelos de productividad del tomate validados en invernaderos de Almería, otros investigadores observaron un incremento productivo de 0,63% por cada 1% de aumento en la superficie de ventilación. Las mallas anti-insectos afectan negativamente a la tasa de ventilación, disminuyéndola drásticamente; por lo que es necesario su correcto diseño y optimación.

El objetivo general del proyecto recién iniciado es la puesta a disposición de los agricultores de nuevos diseños de ventanas que permitan aumentar la superficie de ventilación. Mediante los nuevos diseños se pretende llegar hasta los valores recomendados para una ventilación natural eficiente del 30-35% de la superficie cultivada.

La mejora de la ventilación natural tiene una repercusión directa en la capacidad productiva de la gran mayoría de invernaderos de regiones semiáridas. Ayudaría de manera muy eficiente a incrementar la competitividad de un sector que es claramente el motor de la economía de muchas zonas, como todo el sureste de España; y cuya sostenibilidad se encuentra seriamente comprometida por la pinza que conforma el impulso tecnológico de países como Holanda y la bajada de los costes de mano de obra en el Norte de África.

Los invernaderos de zonas cálidas no disponen de la superficie de ventilación necesaria para asegurar una correcta ventilación bajo condiciones climáticas de vientos débiles y elevadas temperaturas. Así, a modo de ejemplo, actualmente el valor medio de la superficie de ventilación disponible en los invernaderos de Almería es del 14,4%, muy lejos de los valores recomendados. Por otro lado, resulta imprescindible analizar los efectos eólicos y de flotabilidad térmica en condiciones de viento de poca intensidad, donde la ventilación se ve dificultada; por lo que los nuevos diseños de ventanas deberían poder abrirse en su parte inferior, aumentando así la distancia entre el punto de entrada del aire exterior y de salida por las ventanas cenitales.

Actualmente nos encontramos desarrollando, además de los proyectos mencionados anteriormente, nuevos materiales mediante nanotecnología con propiedades facilitadoras de la entrada de aire al invernadero y, a la vez, con componentes nada atractivos para los insectos perjudiciales.