PLANTELES

CAPÍTULO 2

Control del clima en el invernadero José Albaladejo Alarcón

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INTRODUCCIÓN

No podemos concebir una agricultura moderna sin el uso de invernaderos con un rango amplio de equipos en los cuales poder controlar los diversos parámetros: calefacción, ventilación, pantallas, equipos de luz, etc. Y después no será difícil comprender porqué el control manual no puede ser el más ideal y debemos hacerlo de forma automática mediante mecanismos y sistemas electrónicos e informáticos. Estudiaremos estos cuatro pilares: físico, fisiológico, tecnología, y control tecnológico. Físico: Debemos saber que los factores del clima son: luz/radiación, temperatura, humedad del aire, CO2 y la circulación del aire. Fisiológico: Es necesario comprender la influencia que el invernadero tiene en el crecimiento de la planta. Dos procesos son básicos para el crecimiento: fotosíntesis y transpiración. Tecnología: Debe trabajar a nuestro servicio, por eso es muy importante saber cómo trabaja. Control tecnológico: Todos los equipos deben estar conectados a un ordenador las 24 horas del día. El desarrollo de sistemas avanza. El futuro seguirá siendo la perfección y renovación de nuevos sistemas y métodos de control.

El diagrama de Mollier Este diagrama muestra la relación entre temperatura y humedad del aire. Con este diagrama pueden ser explicados los efectos de calefacción, ventilación, fog y transpiración. - El aire caliente puede contener mucho vapor de agua, el frío poco: Durante la noche la temperatura baja. Por la mañana cuando la temperatura baja hasta que el aire se satura y no puede contener más agua, entonces se produce el goteo (rocío). Cuando el sol aparece el aire se calienta y puede contener más vapor de agua. Entonces el goteo cesa. Por otro lado debemos considerar la transpiración de la planta durante el día principalmente. Esto tiene importancia para considerar la ventilación para remover este vapor de agua. - Humedad absoluta, humedad relativa y aire saturado: La humedad absoluta indica cuánta humedad hay en un kg de aire. Por otro lado, el aire saturado indica la máxima cantidad de humedad que el aire puede contener dependiendo siempre de la temperatura; la humedad relativa es controlada siempre con: calefacción, ventilación y fog o cooling. Los efectos de estos sistemas siempre deben ser estudiados dentro del diagrama de Mollier. - La calefacción según el diagrama de Mollier hará reducir la humedad y aumentar la temperatura. Todavía tiene mayor incidencia la de aire caliente puesto que incide más directamente sobre el volumen del aire. - La ventilación tendrá dos efectos sobre la temperatura, normalmente la temperatura bajará y la humedad absoluta también bajará.

ASPECTOS FÍSICOS Para conocer el clima, se debe estudiar los siguientes parámetros y la relación entre ellos: temperatura, humedad del aire, CO2, luz y la recirculación del aire. Nos centraremos primero en la temperatura y humedad y después en la luz.

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- El fog o cooling actúan en el aire cuando hay un déficit de vapor de agua, resultando también en una bajada de temperatura. - Punto de rocío: El aire frío puede tener menos vapor de agua que el aire caliente. Cuando más frío menos vapor de agua contendrá. Entonces aparecerá la conden-

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Interior de un invernadero con ventiladores y pantallas controladas por ordenador

sación de ese vapor de agua. El vapor de agua condensa en objetos fríos: en el plástico (también frío por la baja temperatura exterior), también en frutos y flores, o en el hierro. - Presión del vapor de agua: La presión de aire seco no es grande, pero la causada por vapor de agua es mayor. Esta cantidad es muy importante para la transpiración del cultivo. La presión atmosférica es la suma de la presión del aire seco más la presión del vapor de agua. Debemos saber siempre qué cantidad de vapor de agua, en gramos, hay presente y cuánta es la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener el aire en ese momento. - Calor de evaporación: La evaporación del agua depende de las condiciones del aire y de la temperatura del aire. Para la evaporación la energía requerida es 2.500 KJ para evaporar 1 litro de agua a 0ºC, y 2.256 KJ para evaporar un litro de agua a 100ºC. Es importante saberlo para conocer la relación de agua necesaria a evaporar para bajar la temperatura 1ºC en un invernadero. - Enfriamiento: Todos los sistemas de enfriamiento introducen agua en el interior del invernadero; el agua se evapora y toma el calor necesario para pasar de agua a vapor. La transformación ha sido tomar calor perceptible para evaporar agua y transformarlo en calor letarte, el calor total no varía. - Recirculación y gravedad del aire: La recirculación del aire en un invernadero es necesaria para la buena difusión del vapor de agua y CO2 . La velocidad del flujo de aire es influenciada por la temperatura exterior y la velocidad del viento y en un cultivo denso, el flujo del aire no suele ser suficiente para remover el vapor de agua.

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- Transpiración de plantas: La planta transpira dependiendo de los niveles de agua en la planta, intensidad de luz y nivel de CO2. Está influenciada por: - La diferencia en presión de agua entre el estoma y la toma de aire del invernadero. - La resistencia del estoma. La transpiración necesita calor. Esto hace que la temperatura de la hoja sea más baja. - Condensación en el cultivo: Normalmente en el comienzo de la salida del sol cuando la planta recibe calor, la temperatura de la hoja aumenta causando presión de vapor de agua en el estoma, que aumenta la temperatura de el aire. La temperatura de la hoja y fruto crecen más despacio por eso el vapor de agua del aire del invernadero condensará en las partes más frías de la planta.

Luz y radiación Por una parte gracias a la luz se produce la fotosíntesis (energía necesaria para cambio de CO2 y agua en azúcares). Por otra, la radiación solar calienta el invernadero. - Radiación solar: La luz viaja según distintas longitudes de onda: - Onda corta: ultra violeta (300 a 400 nm). - Onda larga: infrarroja - efecto del calor - (700 a 3000 nm). - Onda intermedia: visible - luz/espectro de colores (400 a 700/nm). La planta consume más CO2 con luz roja y menos con luz azul. Si deseamos estimular la fotosíntesis lo mejor es hacerlo con luz roja, con lámparas de alta presión de sodio que producen una luz anaranjada.

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- Radiación visible y PAR: Las plantas requieren luz para el proceso de fotosíntesis. La luz que la planta necesita es la visible (400 a 700 nm), es una mezcla principalmente de luz roja, algo de amarilla, azul y verde. Esta luz es llamada radiación fotosintética activa (PAR). - Medidas de luz: La luz se puede medir de tres formas diferentes: - Luxómetro. Mide la intensidad de luz en lux. En invierno tenemos máximo 10.000 lux, en verano 100.000 lux. - Los PAR/m2 nos da la intensidad de luz en W/m2. En invierno será 50 W/m2 y en verano 450 W/m2 máximo. La conversión de uno a otro es 4w/m2 = 1.000 lux; esta conversión no es fácil y es válida sólo dependiendo de numerosos factores, dependiendo de condiciones meteorológicas, hora del día, etc. - También podemos medir la radiación solar global con un medidor de radiación solar global y se mide en W/m2. Para tener una idea, en un día claro el 45% de la radiación global es PAR. En invierno será de 100 W/m2 y en verano 1.000 W/m2.

Ventilador de recirculación y humidificación de aire

ASPECTOS FISIOLÓGICOS Entre los aspectos fisiológicos hablaremos de: fotosíntesis, respiración, división y elongación de células, transpiración, flujo de agua, flujo de sales, y refrigeración de hojas. Para el crecimiento las plantas necesitan varios canales de toma de sustancias: - Los que absorben del suelo: agua, sales y fertilizantes. - Los que absorben del aire: CO2. - Los que fabrican ellas: azúcares de la fotosíntesis.

División y elongación de las células El crecimiento se realiza mediante la división de células. Una célula se divide en dos de idénticas características que actúan independientemente. Para alimentar las células hacen falta azúcares, y éstos son aportados por las hojas. También pequeñas porciones de sal disuelta en agua son aportadas por las raíces. Después de la división viene la elongación que se hace con agua hasta tener el mismo tamaño que la original, al final esto es lo que hace que la planta crezca. En resumen los azúcares son necesarios para la división de la célula y el agua para la elongación de la planta.

Fotosíntesis y respiración Las hojas de la planta tienen estomas sobre todo debajo de la hoja, a través del estoma toman CO 2 y lo dispersan a las células. Dentro de éstas hay cloroplastos que con la influencia de la luz cambian a azúcares (a más fotosíntesis más azúcares y más crecimiento).

Generador de CO2 y aire caliente por gas. Serie DA, con kit de conexión para gas natural o propano, kit de aspiración de aire caliente con o sin aliviador de presión. Admite controlador de CO2 , monitor CO2, bomba de aspiración, filtros antipolvo y humedad y kit de calibración

La fotosíntesis está influenciada por luz, temperatura, CO2, humedad del aire, agua y fertilizantes. Después de días muy soleados cuando se producen muchos azúcares,

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tenemos una clara reducción de la fotosíntesis llevada a 1,1 gr/ CO2. El cambio de temperatura y humedad puede ser más beneficioso para la planta y puede compensar en cierto modo la pequeña reducción del rango de fotosínteis.

Fotosíntesis y CO2 La concentración normal de CO2 del exterior es de 300-400 ppm, por debajo de estos niveles la fotosíntesis decrece rápidamente. Si alcanzamos una concentración de CO2 alrededor de 700-800 ppm la fotosíntesis crece rápidamente, pero cuando pasamos de 900-1000 ppm los estomas se cierran y la transpiración y temperatura de la hoja se reducen. Sistema de apertura y cierre de ventilación lateral. Motorreductor con barra telescópica acoplado a tubo enrollador (válido para pantalla o plástico)

Fotosíntesis y temperatura La temperatura debe tener un balance, es decir, un nivel equilibrado entre el rango óptimo de fotosíntesis y el de respiración.

la producción de nuevas células continúa durante la noche. Cuando la planta respira consume azúcares: este proceso es realizado en todas las partes de la planta. La respiración es lo contrario a la fotosíntesis. Durante el día el CO2 absorbido es mucho más alto que durante la noche. Para medir la fotosíntesis se puede hacer midiendo la materia seca. Cuando hay tratamiento la planta ha hecho azúcar, la medida es gr/m2 día. También midiendo la cantidad de CO2 absorbida, la medida es CO2/m2/día.

Relación fotosíntesis y luz Si la luz es necesaria para la fotosíntesis se supone que a más luz más fotosíntesis, pero llega un momento en que a más luz no hay incremento en la fotosíntesis. Si se quiere usar luz suplementaria se debe hacer especialmente cuando en invierno la intensidad de luz es menor a 15 W/m2 con un rango de fotosíntesis a 0,2 gramos de CO2 por m2 y hora. Con luz suplementaria podríamos ir a 30 W/m2 y la fotosíntesis es incrementada a 0,4 gramos CO2, sin embargo cuanto más aumenta el rango menos efecto podemos hacer artificialmente.

Efecto de la pantalla En verano las pantallas térmicas quitarán los altos niveles de radiación. El problema no será quitar luz sino el calor que entra con la luz. Por ejemplo, una pantalla del 30% de sombra significará que con una intensidad de luz de 300 W/m2 ésta es reducida a 210 W/m2 debajo de la pantalla. El rango de fotosíntesis de 300 W/m2 es de 1,5 gr/CO2, cuando la pantalla se extiende y tenemos 210 W/m2 el rango de fotosíntesis es mucho menor. Si el rango de fotosíntesis para 100 W/m2 es 1,4 gramos, cuando ponemos la pantalla y tenemos 70 W/m2 ob-

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Se estima que por debajo de 5ºC la fotosíntesis se paraliza en la mayoría de las plantas, y el óptimo estaría entre los 18 y 22ºC. Por encima de esta temperatura la planta sufriría y de los 35 a los 40ºC la fotosíntesis bajará rápidamente.

Fotosíntesis, CO2 y luz Más luz proporciona más fotosíntesis y más concentración de CO2 también. De todas formas de cara a un buen nivel de fotosíntesis, igual como sucedía con la temperatura, con más luz el óptimo de CO2 será mayor. Esto quiere decir que no siempre la concentración óptima de CO2 será 700 a 800 ppm sino que dependerá de la intensidad de luz. Por ejemplo: a 100 W/m2 el óptimo sería 800 ppm y a 40 W/m2 sería 400 ppm.

Luz y temperatura La temperatura óptima para la fotosíntesis será de 20ºC aproximadamente. En semilleros, inicialmente se debe hacer una planta fuerte, pero el brote se activa con temperaturas más altas ya que las bajas temperaturas no son buenas si la planta es pequeña. En cultivos como la lechuga, que requiere temperaturas bajas, un incremento de la temperatura debe acompañarse de incremento de luz. La luz debe acompañarse de un control de temperatura, para controlar la transpiración y regular la temperatura en función de la luz, debemos tener un sistema de ventilación.

Relación del agua en la planta El agua tiene las siguientes funciones en la planta: - Materia: Un 1% del agua tomada es para la fotosíntesis y un 10% es para la constitución, volumen y forma de la planta.

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Sistema de pantallas térmicas enrollables

- Refrigeración: La planta absorbe 10 veces la cantidad de agua que necesita. Con la transpiración se enfriará la hoja. - Da firmeza a las células, dándole un control de presión a la planta. - Sirve como medio de transporte interno.

Transpiración El estoma está influido por la luz, CO2 y agua. Cada estoma tiene dos células de protección para controlar el estrés de agua y el CO 2 en alta concentración. Cuando una planta recibe calor, la temperatura de la planta y la transpiración aumentan y trata de mantener la temperatura de la hoja bajo ciertas condiciones. Si no hay calor, no hay transpiración. El agua de la transpiración viene de la raíz. Esto hace que se potencie el sistema de transporte y con él la distribución de sales y nutrientes. Por eso la transpiración debe mantenerse al menos hasta un mínimo nivel.

Sombreo y transpiración En días de mucha luz, la temperatura de la planta podría ir a 10º C por encima de la temperatura ambiente. El estoma a más de 35ºC se puede cerrar porque no tiene suficiente agua y la planta se deshidrata. Con pantallas el calor y la transpiración bajan evitando las quemaduras.

TECNOLOGÍA Los equipos que podemos utilizar se dividen en:

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- Equipos de control: ordenador. - Equipos de corrección: ventilación, pantallas, calefacción, etc. - Equipos de medida: interiores y exteriores.

Ordenador Debe controlar la temperatura, humedad relativa, luz y CO2 y la circulación del aire. El ordenador actúa sobre las bombas, caldera, ventilación, iluminación, pantalla, equipos CO2, hidroventiladores, cooling system, etc.

Ventilación en invernadero El objetivo de la ventilación es remover y sacar el exceso de temperatura y humedad. La velocidad y cantidad de calor que debemos sacar depende principalmente de la temperatura exterior y de la velocidad del aire. Es importante que las dimensiones, localización y control de la ventilación sea correcta para hacer una óptima ventilación, así trataremos de mantener una correcta temperatura. Consideremos, aunque es difícil, que el número de renovaciones de aire necesarias en un invernadero sean alrededor de 60 a 80 renovaciones por hora. En un invernadero multitúnel con ventilaciones cenitales en todas las naves de 1 metro de altura y laterales de 2 metros, el número de renovaciones es de 15 a 30 dependiendo del ancho de las naves y de la altura del invernadero. Significa esto que uno de los factores más importantes en el invernadero es la ventilación y además es el primero a tener en cuenta a la hora de elegir. Lo más importante en este aspecto será: altura del invernadero, ancho de cada túnel, colocación de ventanas, y tipo de ventanas.

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m se hacen dos ventilaciones a distintas alturas de 1,5 m de abertura aproximadamente. Esto da mucho más juego para poder abrir primero las de arriba y si la necesidad de ventilación es mayor, luego se abre la de abajo. Incluso en la ventilación lateral lo mejor será abrir de arriba a bajo y justamente porque cuanto más alto entre el aire menos corriente de aire directa y fría recibe la planta. Por esta razón algunas empresas han desarrollado ventilaciones tipo guillotina o parecidas. - Lateral abajo: Esta ventilación puede servir en determinados momentos de emergencia, es decir, cuando el calor aumenta hasta cierto punto, podemos abrir la ventilación de abajo, para forzar a tener más renovaciones de aire. También esta ventilación nos puede ayudar a sacar o introducir productos en el invernadero.

Ventilación lateral doble de invernadero tipo parral accionado con motorreductor y barra telescópica, acoplada a tubo enrollador

- Altura: Es muy importante poner mucha altura ya que tenemos más aire y más inercia térmica, es decir, más lento se calienta y más lento se enfría. No se debe tener miedo al exceso de calentamiento artificial en invierno. La altura óptima está entre los 4 y 5 metros bajo la canal. - Ancho de cada túnel: Cada túnel puede tener una o dos tipos de ventilaciones. Si ponemos túneles de 6,40 metros tendremos muchas más ventilaciones por unidad de superficie que si ponemos túneles de 8 m. Además, esto tiene la ventaja de que fijamos el plástico mucho mejor y más seguro. - Colocación de las ventanas: Se puede hacer de varias formas: - Super cénit única: Esta ventilación es la que está justo en el punto más alto del arco y tiene la ventaja de que en un túnel se puede poner la ventana en un sentido y la siguiente en sentido opuesto. Con esto el ordenador puede jugar muy bien dependiendo de la velocidad y dirección del viento, teniendo cerradas unas y abiertas las otras. La altura de cremallera debe ser de 1,20 m y el brazo de ventana de 1,5 m. - Cenital tradicional a la canal: Todas las ventanas se deben colocar en el mismo lado excepto la primera. Esta ventana es la que tiene un brazo de la ventana que abre encima de la canal. La altura de la ventana debe ser mínimo de 1,20 m. - Lateral arriba: Ésta debe ser también cuanto mayor y más alta mejor. El efecto que debe hacer es que el aire frío entre por aquí para que el caliente salga por arriba. Debemos evitar corrientes y que el aire frío le dé directamente a la planta. Por esta razón en los invernaderos de 4

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- Frontal: Al referirnos a esta ventilación es como consecuencia de que en muchos invernaderos se colocan placas de materiales plásticos rígidos con el fin de evitar la colocación del plástico en estas partes tan complicadas a la hora de cambiar y reponer el plástico. Depende de la decisión de la necesidad de ventilación en los frontales si consideramos que estaremos muy justos en las renovaciones de aire. - Ventilación total: Dado que no es fácil conseguir el número de renovaciones de aire de forma natural con la ventilación tradicional, los constructores de invernaderos desarrollan estructuras de invernadero tipo cabriolet o descapotable, también denominados de ventilación total. Son estructuras cuyas ventanas cenitales pueden abrir totalmente al 100% la superficie del invernadero. Estos sistemas son muy caros tanto de desarrollar como de implementar; todavía no están totalmente perfeccionados, pero son el futuro y es en lo que actualmente se está trabajando e investigando.

Pantallas térmicas La pantalla térmica es una tela compuesta por combinaciones de plástico (polietileno de alta densidad en general) y láminas de aluminio entretejidas con filamentos muy porosos y absorbentes de agua. Su misión principal es el efecto de aislamiento: En general en verano cuando hay mucho calor, enfrían debido a la reflexión de los rayos de luz en el aluminio y en invierno, durante la noche guardan el calor introducido por el sol durante el día, esto a la vez que hacen un efecto amortiguador de la humedad. Los tipos de pantalla térmica que hay son: - Pantallas de interior: Pantallas abiertas, pantallas cerradas, y pantallas de fotoperiodo. - Pantallas de exterior: Pantallas abiertas y pantallas cerradas. Pantallas térmicas abiertas Éstas tienen la posibilidad de dejar pasar el aire entre ellas, entre la parte inferior y superior. Esto permite una buena ayuda a la recirculación del aire y a la salida del calor hacia arriba. Por otro lado la pantalla actúa mediante la reflexión bajando la temperatura dependiendo de muchos factores hasta 10ºC.

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Pantalla térmica abierta, sistema de transmisión cremallera tubo con cajas reductoras

Diferencia entre pantallas térmicas abiertas y telas de sombra

miento total, tanto en el techo como en el perímetro para inducir a floración a las plantas con flor de día corto.

Las pantallas producen reflexión con lo cuál bajan la temperatura. A igualdad de % de sombreo tienen mucha más bajada de temperatura ya que la tela no produce reflexión sino que como consecuencia de recibir la luz, producen sombreo, pero también absorben el calor que viene de la luz. Por esta razón, es mejor aunque duren menos utilizar mallas blancas que negras, ya que las blancas hacen algo de reflexión.

Pantallas de interior y exterior Según la robustez de las telas nos encontramos con pantallas fabricadas para el interior de invernadero y pantallas que resisten viento fuerte, lluvia, nieve o granizo siempre hasta determinados límites. Éstas se utilizan normalmente en umbráculos o puestas encima de la estructura de los invernaderos.

Pantallas térmicas cerradas Son telas formadas por láminas de aluminio y entre ellas hay filamentos de plástico transparente, esto hace que no haya paso de aire libre entre la parte superior e inferior aunque si algo de transpiración, es decir, la humedad que hay abajo cuando toca los millones de filamentos produce que absorban el agua y por capilaridad ésta suba arriba; como la tela está más caliente que el agua arriba se produce evaporación con lo cual ayuda a que el exceso de humedad pase arriba. Estas pantallas aislan mucho y son muy útiles con la calefacción ya que reducen el consumo hasta un 60%. En invernaderos sin calefacción pueden ayudar a conservar hasta 5ºC respecto a otros invernaderos iguales donde no las hay. Sin embargo el efecto en verano no es tan bueno como en invierno, ya que para hacer un buen uso no se deben desplegar totalmente para proporcionar una buena recirculación del aire. Las pantallas de fotoperiodo pueden incluirse dentro de las cerradas ya que el efecto que hacen es el oscureci-

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El umbráculo es una estructura que no nos da el control del clima en su interior pero mejora las condiciones de la planta y acelera el crecimiento. Por qué fijas o móviles El colocar una pantalla o tela fija no dejaría recibir mucha luz a primeras horas y últimas del día. Es importante tener luz la mayor cantidad de horas posible, por otro lado en invierno no sólo no nos ayudaría, sino que nos perjudicaría dejar entrar la luz durante el día y conservar el calor por la noche. Si midiésemos en algunos casos poniendo una malla fija perjudicaríamos la capacidad fotosintética de la planta en más de un 50%. El mismo efecto produce el pintar de blanco el invernadero, aunque a veces bajar temperatura será prioritario sobre la capacidad que quitamos a la planta a primeras y últimas horas. Formas de colocación Las distintas formas de colocación son las que se muestran en la Figura 1, y pueden instalarse al exterior o en el interior del invernadero:

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Figura 1: Distintas formas de colocación de las pantallas Umbráculo sobre invernadero

Enrollable exterior

Horizontal interior

Enrollable interior

- Encima del invernadero. Lo mejor para bajar temperatura es colocar las mallas exteriores y si es a cierta distancia de la cubierta mejor, así habrá recirculación de aire entre ambas. El sistema enrollable permite elegir la dirección de luz y poder cerrar con el ordenador unos lados y abrir el otro, así evitamos que la planta reciba la radiación solar directa. Las telas aunque no están fabricadas para eso tienen más peligro en cuanto a inclemencias.

de llegar al suelo esas partículas se han evaporado produciendo una bajada de la temperatura. Estos sistemas requieren bombas de alta presión controladas mediante sensores de humedad controlados a través del ordenador.

- Debajo de la cubierta o en el interior. Este sistema es el más económico y dirigido más al ahorro de energía, aunque también se instalan así las telas abiertas. Dobles pantallas Cada vez se están instalando más dobles pantallas en las cubiertas de los invernaderos, es decir una pantalla clara para el verano o abierta y otra para el invierno totalmente transparente o cerrada. Así se pueden cubrir bien las necesidades del invierno y del verano. También se hace esta combinación con las de fotoperiodo, arriba la de verano y abajo la de fotoperiodo.

Humedad En este apartado se analizan diversas formas mediante combinaciones que hay de reducir humedad. Para aumentarla debemos tener en cuenta el diagrama de Mollier. Es una buena forma de bajar temperatura si el aire en principio tiene una baja humedad relativa debido al efecto de evaporación: - Fog system: Es un sistema de tuberías y boquillas que dispersando agua a presiones de 50-100 atm hace que el agua en partículas muy pequeñas vaya cayendo. Antes

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- Hidrofan: Es el mismo sistema anterior pero las boquillas en lugar de ir suspendidas en tubos están colocadas en ventiladores de forma circular rodeando el ventilador. Estos ventiladores se encargan de producir turbulencia removiendo el aire y una buena dispersión de la humedad por todo el invernadero. - Cooling system: Es un sistema que combina ventilación forzada con aumento de la humedad. Dos premisas son que el invernadero tenga un ancho máximo de 35-40 metros y que el número de renovaciones de aire mínimo sea de 60. Se coloca en una pared una línea de ventiladores de 1 m de diámetro aproximadamente. La potencia o el volumen de m3 de aire se irá calculado. Se estudia la posibilidad de que actúen según necesidades uno sí otro no, o ambos dependiendo de las necesidades de ventilación y de bajada de temperatura. En el otro lateral del invernadero se coloca una pared continua de material esponjoso duro que hace por un lado que pase el aire fácilmente y por otro va cayendo agua por toda la columna. - Generadores de aire húmedo: Son aparatos de diversas dimensiones y posibilidades de colocación que actúan mediante ventiladores de la misma forma que un calefactor de aire pero introduciendo aire frío y húmedo y distribuyéndolo. El mecanismo se basa en paredes de material muy poroso por las que el aparato toma el aire más caliente del exterior; éstas que a su vez tienen chorro continuo de agua que cae por ellas hace que el aire que aspire el ventilador al traspasar la pared sea húmedo. Éste es distribuido por el invernadero incrementando la hume-

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dad y disminuyendo la temperatura con el efecto evaporación. Con este sistema las ventanas cenitales deben permanecer algo abiertas para la salida de aire caliente por ellas. - Generadores de aire frío: Son aparatos que hacen lo opuesto al calefactor, es decir enfriar el aire; se basan en quitar el calor del aire que pasa a través de ellos. Es el sistema de los aparatos de aire acondicionado. Este sistema no es muy utilizado por ser caro. A veces el mismo aparato invirtiendo el proceso es un calefactor; a estos aparatos con doble efecto se les llama bombas de calor.

Sistemas de calefacción Hay muchos sistemas de calefacción dependiendo de las necesidades del cultivo: calefacción de aire caliente y calefacción de agua caliente. Dentro de las anteriores para calentar necesitamos combustibles. Los más utilizados son: fuel, gasoil, gas, y parafina. Salto térmico es la diferencia entre la temperatura exterior y la deseada en el interior. Cuando éste es muy grande necesitamos gran capacidad de respuesta del sistema, por eso es conveniente ir a conductos de metal que resisten más temperatura.

Pantalla térmica cerrada con sistema de transmisión cremallera tubo con cajas reductoras

Generadores de aire caliente Son aparatos con un quemador de combustible, el cual, al quemarse en la cámara de combustión produce calor y este calor es distribuido por la superficie del invernadero a través de un ventilador que lleva el aparato. Este sistema reseca mucho el ambiente y tiene mayor consumo en precio/m 2.

Debemos tener en cuenta la cantidad de tubos a poner dentro del invernadero y la altura a la que los necesitamos. La cantidad de tubos depende del número de calorías que necesitemos para calentar y la altura de instalación de los mismos variará donde nos interese más tener esas temperaturas.

Es importante la buena distribución de los aparatos en el invernadero para que no haya zonas con distintas temperaturas donde no llegue la fuerza del aparato.

Podemos tener calefacción enterrada a unos 10 cm de profundidad con grava, arena u otros materiales. También se puede colocar a ras del suelo, que es un buen sistema para bajar la humedad del ambiente.

Calefacción de agua caliente El sistema se basa en una cámara de combustión a través de la cual pasan multitud de tubos llenos de agua que se encargarán de absorber el calor producido por la combustión. Esta agua caliente a través de bombas de impulsión crea un sistema de circulación por el invernadero, volviendo los tubos a traer el agua a la caldera para repetir el proceso. Este sistema de tubos puede ser con distintos materiales: plástico coarrugado o normal, y tubería de hierro. También se pueden colocar tuberías aéreas colgadas de la estructura y dentro de este tipo tenemos la posibilidad de ponerlas fijas o móviles con variación de altura mediante sistemas mecánicos, automáticos o manuales. El efecto que producen esos tubos al ir pasando por el invernadero es ir irradiando calor; transmiten el calor que el agua va transportando al ambiente y ésta se va enfriando. Por eso el sistema se basa en una recirculación adecuada de agua por tubos, donde tiene una salida con alta temperatura y una llegada o vuelta fría para reiniciar el proceso en la caldera.

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Combustibles El fuel es el más barato dentro de toda la gama; esta es la mayor ventaja. La desventaja es que es un producto terminal del refinado del petróleo y no es muy homogéneo. Antes de ser introducido al quemador necesita ser calentado para poderse quemar bien. Tiene otro inconveniente y es que de vez en cuando sube el consumo debido a que el quemador suele parar y arrancar muy de vez en cuando. También el humo de la combustión del fuel es muy sucio, y provoca que los plásticos o cubiertas cercanas a la chimenea se oscurezcan con lo que disminuye la transmisión de luz dentro del invernadero. El gasoil es un combustible algo más caro pero más limpio que el fuel; también produce en la combustión azufre pero menos y los humos no pueden ser utilizados para introducir CO2 en el invernadero. El gas en sus distintas formas es más puro y según cantidades y localización también más barato.

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El gas necesita almacenajes especiales y costosos por su peligrosidad, éste es el inconveniente. Por esta razón cuando es muy difícil el proyecto con este combustible, el gasoil es más simple y no es tan peligroso como el gas.

proteger la estructura de las ventanas según la velocidad del viento (cerrando a medida que la velocidad pudiese ser peligrosa para dañar la estructura).

Cada combustible tiene una distinta capacidad de producir kilocalorías por kilogramo de producto. Esto también es un elemento analizable a la hora de la elección del tipo de combustible a utilizar.

Muchos invernaderos modernos tienen ventanas a ambos lados, tanto en las cenitales como en las laterales y frontales como es lógico. La salida del aire caliente es mayor en las ventanas puestas en dirección al viento que en las que no. Por otro lado es menos peligroso para la ventana que se dirige directamente al viento por riesgo estructural. Por eso cuando el viento viene directamente el ordenador cerrará más esas ventanas que las que estén en dirección contraria.

Condensadores Son aparatos que se colocan en la salida de los humos y absorben el calor que tienen los humos antes de salir del exterior. Sabemos que normalmente la salida de humos de una caldera puede ser a temperatura entre 50 y 100ºC. Este calor puede ser aprovechado dejando salir los humos a 20 ó 30ºC. Los condensadores son de muchos tipos, normalmente el calor es robado al humo mediante conductos de agua. Esta agua va a la recirculación de todo el sistema.

CO2 Sabemos que la concentración óptima de CO2 para una planta es de alrededor de 800 ppm. El aire normalmente tiene 300-400 ppm. Hay diversas formas de incrementar el CO2: quemadores de gas, subproducto combustión en calderas, y líquido. Quemadores de gas Son aparatos idénticos a los calefactores de aire pero tienen que tener un buen quemador para que se produzca una combustión perfecta, sin residuos que puedan ser tóxicos para la planta. Siempre son de gas o parafina, combustibles que no proporcionan azufre en la combustión. Estos aparatos pueden llegar a producir a veces CO2, con lo que se deben colocar sensores de este gas, ya que a ciertas concentraciones puede ser tóxico para la planta.

CONTROL TECNOLÓGICO En este apartado se describen: control de la ventilación, control del exceso de humedad, control de pantalla, control de CO2, control de calefacción y control de humedad en defecto.

Control de la ventilación La velocidad o número de renovaciones de aire dependerá de: La superficie de las ventanas, dirección de colocación de las ventanas, diferencia de temperatura dentro y fuera del invernadero, y velocidad y dirección del viento. Por esta razón el sistema informático de control debe tener en cuenta todos esos factores para: abrir la ventilación proporcionalmente según sea necesario, elegir la dirección de ventanas a abrir según la dirección del viento, evitar abrir la ventilación lateral hasta que sea necesario,

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Dos lados de ventanas

Sistema de protección de ventanas al viento El enemigo de un sistema de ventanas puede ser el viento fuerte, por esta razón el ordenador siempre debe considerar: - En caso de viento muy fuerte no se debe abrir. - Debe existir en el programa un punto de emergencia (máxima abertura de ventana con viento) en el que si la presión interior fuese mucho más alta que la exterior, la ventilación contraria a la dirección del viento abriese un 3-5 ó 10% según convenga. Esto se hace según la dirección del viento. - También el sistema de ventilación debería tener la protección de lluvia y mantener proporcionalmente cerrada la ventana según sea necesario.

Control de exceso de humedad Para controlar el exceso de humedad, los principales parámetros a tener en cuenta son la relación calefacción/ ventilación, la mínima posición de ventanas, temperatura exterior y velocidad del viento. Relación calefacción - ventilación Estos afectarán sobre la humedad. Las formas de hacer decrecer el exceso de humedad son: - Cuando hay mucha humedad en el interior y la temperatura exterior es muy baja, debemos calentar el invernadero y tener las ventilaciones un poco abiertas. Entonces mucho vapor de agua sale afuera. Si la temperatura exterior no es tan baja, este sistema no es bueno. Tiene el inconveniente del gran consumo en calefacción. La humedad varía dependiendo de las condiciones exteriores. - El sistema de calefacción de aire caliente también sirve para bajar humedad ya que el mismo efecto de calentar el aire y removerlo por los ventiladores, baja la humedad dentro del invernadero. Esta es una de las razones por las que es bueno tener dos tipos de calefacción: la de aire y después, si sigue siendo necesario, agua. Mínima posición de ventanas, temperatura exterior y velocidad viento La temperatura baja exterior hace que el vapor de agua condense en el plástico. Hay que tener en cuenta que cuanto mayor sea la temperatura exterior, menos condensación habrá en el interior. También a menores diferencias entre temperatura interior y exterior, habrá menos condensación.

CAPÍTULO 2

PLANTELES

Control de la pantalla térmica Las pantallas dentro de un invernadero pueden ser: Para sombreo y bajada de temperatura, para el ahorro de energía, y de oscurecimiento. Los ordenadores deben de poder controlar dos pantallas por departamento y éstas pueden ser combinadas normalmente de la siguiente forma: Una ahorro de energía y otra sombreo en verano, o una fotoperiodo y otra sombreo en verano. Control de la pantalla de sombra Esta pantalla se usa en los meses de calor durante el día para bajar la temperatura. En verano, la temperatura será alta y las ventanas estarán totalmente abiertas. Cuando la pantalla es cerrada, el intercambio de agua entre el interior y exterior se reduce mucho, y el calor y el vapor de agua se remueven poco. Debajo de la pantalla, la temperatura y la humedad relativa serán muy altas. Por esta razón es fundamental saber que si las telas son abiertas permitirán un mejor intercambio entre la parte de arriba de la tela y la de abajo; entonces la temperatura y humedad relativa serán menores.

Motor enrollable para ventilación lateral instalado en un invernadero tipo multitúnel

Si la pantalla es cerrada, debemos dejar la pantalla un 15-20% abierta para que haya recirculación de aire entre la parte de arriba y la de abajo. Luego, la pantalla deberá tener una posición según temperatura, humedad y luz. La luz normalmente incidirá directamente sobre la temperatura. A medida que la intensidad de luz va subiendo, el ordenador tiene distintas posiciones de pantalla cerrada hasta un máximo del 100% si es pantalla abierta y de un 85% si es pantalla cerrada. Control de pantalla de ahorro energético, temperatura exterior y luz Esta pantalla fundamentalmente sirve para reducir las pérdidas de calor durante la noche, por eso se llaman de ahorro energético. Estas pantallas aunque se usen en verano durante el día, no están hechas para bajar temperatura. Éstas se regulan en el ordenador por tiempo o por temperatura exterior. Se debe tener en cuenta que durante la tarde-noche la pantalla no se debe echar antes de que la luz baje a niveles muy pequeños, es decir, entrando la noche para que no tengamos pérdidas importantes de luz. Este efecto de cierre debe ser rápido.

Ventilación cenital en invernadero tipo parral

Sin embargo durante la mañana, al comienzo de la primera luz, la pantalla debe abrir muy despacio, para que el aire frío que tiene arriba no baje rápidamente y directamente sobre el cultivo. Esto puede producir en el cultivo un «shock térmico». El efecto será mucha condensación en el plástico que caerá encima de la planta. Por eso la pantalla se debe abrir al principio muy despacio y después más rápido. La apertura debe durar alrededor de unos 30 minutos, dependiendo de la temperatura exterior.

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COMPENDIOS DE HORTICULTURA

Pantalla térmica abierta y sistema de transmisión central por cable

Pantalla térmicas y calefacción Cuando la pantalla es cerrada el volumen total en el invernadero es reducido y la pérdida de calor es reducida. Cuando utilizamos la pantalla con el mismo sistema de calefacción, la temperatura aumenta rápidamente debido al mayor aislamiento. Cuando la temperatura exterior es baja, se produce mucha condensación en el plástico frío. Debajo de la pantalla, la temperatura estará a niveles óptimos. También la humedad debajo de la pantalla será menor que la de arriba y el efecto de la condensación en el plástico no tendrá tanta incidencia en el cultivo puesto que las gotas de agua caerán sobre la pantalla y no sobre el cultivo. Pantalla térmicas y humedad Las pantallas térmicas deben llevar miles de filamentos por m2. Éstos tienen la misión de absorber el vapor de agua procedente de la transpiración, evaporación, etc. y actúan como una esponja. Como los filamentos son muy finos, por efecto de capilaridad, la humedad sube arriba y como la tela está a temperatura más elevada que el ambiente, se produce una evaporación hacia arriba. Esto hace que el exceso de humedad está arriba de la tela. Por esta razón sería conveniente antes de abrir la pantalla por la mañana temprano, abrir las ventanas un poco, ya que si está cerrada no perderemos calor y sin embargo sí reduciremos la condensación y bajaremos la humedad relativa. Después se cerrará la ventilación y comenzaremos el proceso de plegado de la tela.

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Enriquecimiento de CO2 Hay tres formas de incrementar el CO2 en el invernadero: Con aire procedente de la caldera, CO2 en gas puro, y calefacción de aire de CO2. Para el enriquecimiento con CO2 se debe tener en cuenta que 1 m3 de gas produce 1.400 gr de agua y 1.800 gr de CO2. El nivel óptimo de CO2 depende de la intensidad de luz. A más intensidad más consumo de CO2; esto significa que el ordenador debe tener distintos niveles de CO2 según los distintos niveles de luz. Normalmente el CO2 es el subproducto de la combustión del gas, por esto en España a veces no será necesario calentar pero sí producir CO2 y debemos consumir gas, aunque la excepción a esto sería tener un depósito de CO2 en gas puro. El inconveniente de este último es que es muy caro. En España quizá lo mejor sería abrir las ventilaciones durante la mañana lo antes posible al menos para que la concentración de CO2 no baje de las 300 - 400 ppm aunque sabemos que no es el óptimo. Si durante el final de la noche hemos estado introduciendo CO2 en el invernadero procedente de la caldera o de los calefactores, entonces a primera hora podemos tener una buena concentración.

Control de calefacción Los sistemas usados son: Por aire, agua, o una combinación de ambos.

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PLANTELES

Pantalla térmica cerrada con un sistema de transmisión cremallera tubo con cajas reductoras

Por agua La temperatura del agua en tubo tiene unas condicionantes: Protección de la parte de la planta cercana al tubo, prevención de que el suelo quede demasiado reseco, protección de cables, tubo y otros materiales que estuviesen en contacto como macetas, etc. Incluso en calefacción por tubos se podría tener en un mismo departamento dos secciones de tubos según temperatura que queramos incrementar. El ordenador entonces puede actuar sobre el mismo quemador de la caldera y también sobre las válvulas de distribución del agua y recogida de la fría para poder proporcionar la temperatura deseada, haciendo que trabaje a más carga o menos dependiendo de la necesidad de calor. Esto permite un ahorro de combustible. El control del quemador dependerá de la temperatura de la caldera (según requieran los tubos) y de la temperatura demandada en el invernadero. Por aire El ordenador actúa sobre estos calefactores a marcha o paro. Para que esto no sea constantemente se pone una temperatura máxima y mínima en un intervalo de 2 a 4ºC. Con esto se consigue que los calefactores trabajen un mínimo de 5 a 10 minutos y no estén constantemente funcionando y parando. Combinación de aire y agua Cuando la temperatura del invernadero es muy baja, los dos sistemas deben funcionar. Cuando la temperatura llega por ejemplo a 16-18ºC solamente el sistema de agua conti-

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nuará trabajando. Para esta consideración debemos tener en cuenta la temperatura exterior, altura del invernadero y altura de la planta ya que con el aire lo que hacemos es remover y calentar todo el aire del invernadero, pero los tubos calientan más el aire cercano a los tubos que el que está lejos.

Control de humedad en defecto Cuando el sistema detecta el déficit de humedad pondrá en marcha los distintos sistemas para incrementarla para alcanzar el óptimo de la planta. Ya hemos comentado en otros apartados el diagrama de Mollier y la relación con la temperatura.

Aparatos utilizados para medir Los sensores que el ordenador utiliza para tomar los datos se dividen en: interiores y exteriores. Los interiores pueden ser: humedad y temperatura; y los exteriores pueden ser: lluvia, luz, dirección del viento, velocidad del viento, temperatura y humedad exterior. Es necesario que el ordenador tenga en cuenta los datos exteriores para poder comparar y saber qué hacer con los aparatos que tienen en el interior, sobre todo con la ventilación y la pantalla térmica. El ordenador debe entonces combinar la influencia sobre el invernadero de: - La influencia exterior sobre el invernadero. - La influencia de las plantas ( CO2, transpiración, evaporación, etc.) - Los equipos que tenemos en el invernadero para control de clima.

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COMPENDIOS DE HORTICULTURA

Los flujos que hay en un invernadero con el exterior son fundamentalmente: Radiación solar, calefacción, convección con el exterior y radiación, intercambio de aire, transpiración, evaporación de agua en el invernadero, y condensación.

NAVARRO, J.A. 1998. «Evolución de invernaderos de Almería». Horticultura 133: 13- 18.

Uso de los ordenadores

FRANQUET, J.M. (1995). «Cálculo estructural de los túneles-invernaderos». Asoc. De Ing. Agrónomos de Cataluña.

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Además de poder programar nuestras variables óptimas de clima para que el ordenador intente conseguirlas lo máximo posible, el ordenador debe también tener la capacidad de memorizar los datos y establecer gráficos comparativos con los distintos invernaderos y distintas variables o parámetros medibles.

MATALLANA, A. & y MONTERO, J.I. (1995). «Invernaderos. Diseño, construcción y ambientación». Ed. Minde Prensa S.A. 209 pp.

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BIBLIOGRAFÍA NONNAST, R. (1993). «El proyectista de estructuras metálicas» Ed. Panalpina,S.A. 167 pp.

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BERNAT, C., ANDRÉS, J.J. & MARTÍNEZ, J. (1987). «Invernaderos, construcción, manejo, rentabilidad». Ed. Aedos: 194 pp.

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