Climatización de invernaderos en climas cálidos

Los factores climáticos que afectan a la agricultura son: luz, temperatura, humedad, bióxido de carbono (CO₂), viento y lluvia. El control de temperatura, humedad y CO en la mayor parte del año es uno de los mayores retos en la producción bajo invernadero en México y sobre todo en Sinaloa por ser el estado con mayor superficie de invernaderos.

En el caso de la temperatura, por debajo de 5°C y entre 35 y 40°C se detiene la fotosíntesis; en cambio, entre 18 y 25°C se encuentra la temperatura óptima. Por debajo de 5°C y entre 40 ó 45°C se detiene la respiración, mientras que entre 5 y 35°C la respiración aumenta muy rápidamente.

La intensidad de luz está directamente relacionada con el crecimiento y calidad de los frutos. La concentración de CO₂ en la atmósfera suele ser de 350 ppm. La aportación de CO₂ permite compensar este descenso durante el día, incluso mantener una concentración mayor a la de la atmósfera, con el objeto de aumentar la tasa fotosintética y aumentar precocidad y producción.

Si se analizan algunos datos meteorológicos de Sinaloa, vemos las ventanas de oportunidad de diversas zonas y revisamos los precios promedios de algunos cultivos. Consideramos que Sinaloa debe ampliar su ventana de producción para lo siguiente:

Ofrecer a sus clientes mayor oferta en el tiempo.

Incrementar la diversidad de productos a ofrecer.

Aumentar la rentabilidad de sus empresas agrícolas.

Rentabilizar en mayor grado el capital invertido en infraestructuras de empaque, equipos y recursos humanos.

Pensamos que sería más interesante adelantar la producción que atrasarla. Para ello deberemos utilizar los medios y la tecnología que permita no solamente reducir la temperatura, sino mantener la humedad relativa en niveles adecuados.

Existen diversas tecnologías:

Uso de ventilación natural (ventanas).

Uso de extractores como ventilación forzada.

Uso de pantallas de sombreo (interiores/exteriores).

Uso de sistemas de evaporación de agua

Sistemas de humidificación directa (Fog System, humifito).

Sistemas indirectos (Cooling System).

Paredes evaporativas.

 Lavadoras evaporativas.

Uso sistemas de aire frío/seco.

Compresor de aire (aire acondicionado).

Deshumidificadores (Drycoo/er).

Uso de ventilación natural

Ventilación

Es un intercambio de aire entre la atmósfera interior y exterior y cumple las siguientes funciones: intercambio de oxígeno y bióxido de carbono y control de temperatura y humedad.

Para que se produzca el intercambio debe generarse una diferencia de presión, entre el aire exterior e interior. Esa diferencia puede estar creada por efecto del viento o por gradiente térmico. La mejor manera de lograr tal diferencia de presión, es hacer aperturas en ambos laterales y a lo largo de la cumbrera del invernadero.

El efecto eólico tiene más importancia que el efecto térmico. Se ha comprobado que si el salto térmico es de 9°C, a partir

de la velocidad de viento de 1 m/s, el efecto térmico tiene menos importancia que el eólico sobre la cantidad de aire renovado.

Para tener ventilación suficiente, la superficie total de la ventana debe ser del 15 al 25% de la superficie del suelo. Las tasas de ventilación deberían de alcanzar de 0.751 renovaciones del volumen del invernadero por minuto.

Es muy importante la distancia entre las ventanas cenitales, laterales y la altura del cultivo (limitante cuando el viento es suave). Así también, la forma y orientación de las ventanas en función de los vientos dominantes (barlovento y sotavento). La ventilación a sotavento permite mayor uniformidad de temperaturas en el interior. En la práctica se ventila a ambos lados secuenciadamente.

Las ventajas de la ventilación natural son bajo costo energético y en infraestructura. Los inconvenientes son: dependencia elevada de las condiciones atmosféricas no controlables (vientos demasiado fuertes o débiles, lluvia, etc.); necesidad de instalación de mallas antiinsectos (porosidad 25%), que reducen la tasa de ventilación y limitaciones estructurales.

Uso de ventilación forzada (extractores / destratificadores)

Este es el medio más efectivo de ventilar un invernadero. Su principio es crear un flujo de aire dentro de la estructura: los ventiladores en un extremo del invernadero, extraen el aire y las ventanas situadas en el lado opuesto lo dejan entrar. La separación entre dos extractores sucesivos no debe exceder la distancia de 8 a 10 m.

Los ventiladores deben dar el volumen adecuado a una presión estática de 30 pa; éstos se situarán en la cara del invernadero opuesta a la dirección predominante del viento. Asimismo, debe guardarse una distancia de al menos 1.5 veces el diámetro del ventilador, entre el extractor y cualquier tipo de obstrucción. La apertura de entrada situada en la cara opuesta al lugar en que están los ventiladores debe ser de al menos de 1.25 veces la superficie de los ventiladores.

Las ventajas de la ventilación forzada son: control más preciso de la temperatura, cierta independencia de factores meteorológicos externos, puede evitar ciertos problemas de virosis, bajo costo energético (en comparación con otros) y en infraestructura.

Los inconvenientes de la ventilación forzada son: mayor costo energético que en el caso de la ventilación natural; el control de humedad se ve en ocasiones afectado; se instalan para la destratificación (homogenización) del aire interior del invernadero; son ventiladores de menor caudal (entre 3.000 y 10.000 m3/h) y el número de ventiladores se calcula para una tasa de renovación horaria sobre las 1.5-2.5 renovaciones por hora en promedio.

Uso de pantallas de sombreo (reducción radiación solar)

Deben de permitir el intercambio de aire para la refrigeración del invernadero y transmisión de vapor de agua.

Las ventajas de las pantallas de sombreo son:

Buen control de la temperatura en el compartimiento (sino son extremas).

Evita daños producidos por radiaciones extremas.

Puede regular, en muchas ocasiones, determinados procesos fisiológicos en los cultivos.

Bajo costo energético.

Medio costo en infraestructuras.

Los inconvenientes de las pantallas de sombreo son que con temperaturas extremas y humedad relativa alta se ve muy limitado su uso único.

Uso de sistemas de evaporación de agua

Entre los diferentes sistemas están los de humidificación directa (Fog System, humifito, foggers), los indirectos (Cooling System), paredes y lavadoras evaporativas.

La refrigeración evaporativa consiste en el cambio de fase, de líquido a vapor, requiere energía que se extrae del aire del invernadero, enfriándolo y aumentando su contenido de humedad. Se produce un cambio de calor sensible (descenso de la temperatura) por calor latente (aumento del contenido de vapor en la mezcla de aire húmedo).

Sistemas de humidificación directa (Fog System)

Alta presión

La humidificación consiste en la aplicación de un bajo caudal de agua a presión, lo que provoca una neblina artificial en el ambiente que es rápidamente evaporada (95 % de las gotas son menores de 20 micras).

Se requiere tratamiento y acondicionamiento del agua; filtrado con un filtro anillas que retenga cualquier impureza que contenga el agua; cloración, en casos de gran contenido de materia orgánica (algas y bacterias) y descalcificación, para evitar la precipitación de calcio y magnesio en las boquillas. Lo recomendable es partir de un agua osmotizada.

Tratamiento químico. Se suele dosificar un producto antiincrustante que evite el precipitado de otras sales.

Microfiltración. Se suele instalar un filtro de 5 micras y un de filtro una micra.

Sistemas de humidificación directo (sistema humifito)

Baja presión

El sistema se compone de:

Compresor de aire a presión.

Calderín o acumulador de aire a presión.

Equipo de bombeo y filtrado del agua.

Válvula tres vías (solución fitosanitaria o agua).

Depósito de tratamientos.

Una conducción en PE (agua o solución fitosanitaria).

Gotero autocompensante (2 ó 3 l/h).

Conducción en PE (aire a presión).

Boquilla (con abrazadera).

Las ventajas de los sistemas de humidificación directos son un buen control de la temperatura en el invernadero, mantiene déficit de humedad más óptimo para el cultivo, bajo costo energético y de mantenimiento; de medio a bajo costo en infraestructura.

Los inconvenientes son que su eficacia se ve comprometida en situaciones con elevada humedad ambiental, como las zonas costeras.

Sistemas de humidificación indirectos: lavadoras de aire. Sistemas de humidificación indirectos: paredes o panales evaporativos (Cooling System).

Las ventajas de los paneles evaporativos son buen control de la temperatura en el invernadero, evaporación muy eficaz, relativamente de medio a alto costo en infraestructura y medio costo energético.

Los inconvenientes son: con humedad relativa exterior elevada, la eficacia del sistema es muy limitada; medio o elevado costo de mantenimiento del sistema en ambientes con gran polvo; alto costo en mantenimiento de tratamiento del agua a utilizar. La estanqueidad del invernadero tiene que ser primordial para ser efectivo (paredes). La geometría del invernadero es primordial para su funcionamiento (paredes).

Uso de sistemas de evaporación de agua

Uso sistemas de aire frío/seco

Compresor de aire (aire acondicionado). La climatización es el proceso de tratamiento del aire de tal forma que se controlan simultáneamente su temperatura y humedad.

El aire ambiente se controla para mantener la humedad relativa preestablecida mediante la humidificación o deshumidificación del aire ambiente.

En el ciclo de refrigeración circula un refrigerante (para reducir o mantener la temperatura de un ambiente por debajo de la temperatura del entorno, con el propósito de extraer calor del espacio y transferirlo a otro cuerpo cuya temperatura sea inferior a la del espacio refrigerado; todo esto lo hace el refrigerante) que pasa por diversos estados o condiciones, cada uno de estos cambios se denomina procesos, que son: expansión, evaporación, compresión y condensación.

Deshumidificadores (Dry cooler). El principio del rotor (rueda desecante) es muy simple: el aire es direccionado a través de la estructura del rotor y la humedad contenida en el aire es absorbida por la rueda. El aire sale del rotor como aire seco. Un motor gira la rueda lentamente (6-10 veces por hora).

Dos corrientes de aire atraviesan, simultáneamente, los dos sectores del rotor. Una corriente de aire es deshumidificada para proporcionar el aire seco necesario y mantener el nivel de humedad deseado.

Otra corriente es de aire caliente que seca el rotor recuperando, así, la humedad posteriormente se expulsará al exterior.

El rotor está fabricado en un material ondulado de fibra de vidrio, impregnado de sustancias higroscópicas con gran capacidad de absorción de humedad (como el silicagel y el cloruro de litio).

Ambos sistemas está trabajando Euro, con el objetivo de validar un sistema efectivo y rentable para el productor de Sinaloa. HC