NUEVAS TENDENCIAS EN DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE INVERNADEROS Teresa Soriano y Nicolás Castilla Área de Producción Agraria- Horticultura - IFAPA-Centro Camino de Purchil, Granada. Apartado 2027 – 18080 Granada [email protected]

Introducción. Evolución del concepto de invernadero Un invernadero es una construcción que delimita un compartimento de cultivo, en el cual el clima difiere del existente al aire libre, por las modificaciones que genera el material de cerramiento en los intercambios entre el suelo, el sustrato y la masa vegetal con el entorno (Villele, 1983) La función considerada principal de los invernaderos hace décadas (el aumento de las temperaturas respecto al are libre, debido al “efecto invernadero”), hoy día ha dejado de serlo en muchos casos. En el área mediterránea, por ejemplo, el interés del “efecto invernadero” queda limitado a periodos de bajas temperaturas. En algunas regiones resulta más importante el “efecto sombreo”, en época de alta radiación, o el “efecto cortavientos”, al menos en ciertas épocas del año (Castilla, 2005) El cerramiento de invernaderos con malla, en vez de hacerlo con lámina plástica, de reciente empleo en zonas de latitudes bajas con temperaturas mínimas muy benignas (Canarias,…) o en altiplanos del interior peninsular en primavera y verano, limita la radiación solar y el viento sin aumentar las temperaturas En áreas muy áridas o desérticas, el aislamiento que aporta el invernadero respecto al medio exterior (muy seco y cálido) implica una función principal del invernadero muy distinta del “efecto invernadero” (al prevalecer el aumento de la higrometría y la limitación de altas temperaturas), por lo que se habla en estos casos de un “efecto oasis” (Sirjacobs, 1988; Castilla, 2005) En este trabajo se comentan los criterios que deben regir en diseño y construcción de invernaderos en el área mediterránea española, así como las nuevas tendencias al respecto Ubicación de invernaderos En épocas pasadas, los invernaderos se situaban junto a las ciudades destinatarias de su producción. Las dificultades de transporte existentes hasta mediados del siglo XX limitaban la expansión de los invernaderos lejos de los centros de consumo Hoy día, su ubicación está influida, principalmente, por las condiciones climáticas y por el tipo de especies a cultivar, que determinan los costes de producción y la calidad de los productos, así como por los costes de transporte hasta los mercados consumidores (Castilla, 2005)

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Obviamente, también influyen otros factores técnicos (características y disponibilidad de agua, de suelo,…) y socioeconómicos (canales comerciales, mano de obra, infraestructuras,…) En Europa, en décadas recientes, el desplazamiento de la producción de hortalizas en invernaderos desde el norte al área mediterránea, de mejores condiciones climáticas, es un buen ejemplo de ello. Recientemente, inducidos por los menores costes de producción (derivados de una mano de obra abundante y barata, entre otros factores) hay un notable incremento de la superficie de invernaderos en los países norteafricanos Hoy día, resulta cuestionable la producción en invernadero en áreas geográficas que, por no reunir condiciones climáticas idóneas, obligan a una notable y costosa intervención artificial sobre los parámetros climáticos. En el norte de Europa, la prioridad fue conseguir unas condiciones microclimáticas óptimas para el cultivo en invernadero lo que implicaba, dadas sus condiciones climáticas, el empleo de unos invernaderos sofisticados (de vidrio con equipos de control climático muy costosos). En el área mediterránea se optó, hace décadas, por invernaderos de bajo coste (en comparación con los costosos invernaderos sofisticados del norte de Europa) que, aunque no optimizaban las condiciones climáticas, permitían una producción a costes competitivos (Castilla, 2005). Ahora, en el Mediterráneo, la necesidad de aumentar la calidad de la producción, está induciendo una mejora de estas condiciones climáticas (con invernaderos más eficientes y mejor equipados que los iniciales) La idoneidad de un área determinada para la producción en invernadero de cultivos hortícolas, en una primera aproximación se basa en sus condiciones de radiación solar y temperatura (Nisen et al, 1988; Castilla, 2005) Criterios de diseño y construcción de invernaderos de lámina plástica Siendo la maximización de la radiación solar el objetivo principal a conseguir al diseñar un invernadero (Bailey et al, 1990; Giacomelli et al, 1999), tanto en latitudes eelvadas, como en los ciclos otoño-invernales característicos del área mediterránea, habrá que priorizar en cada caso concreto los criterios a seguir, minimizando los elementos estructurales (para limitar las sombras) y consiguiendo unas buenas condiciones de aislamiento, que reduzcan las pérdidas de calor, a costes adecuados (Castilla, 2005) Las propiedades mecánicas y físicas de los materiales de cubierta y su disponibilidad limitan las opciones al construir un invernadero, por lo que hay cierta tendencia entre los agricultores a construir invernaderos tradicionales (Von Elsner et al, 2000), como ocurre en España con el invernadero tipo parral Los criterios más relevantes a seguir al construir un invernadero de lámina plástica son los que siguen (Zabeltitz, 1999; Castilla, 2005): Aparte de una adecuada resistencia estructural al viento (y a otras cargas: nieve,…), el invernadero debe conseguir que la lámina esté bien sujeta y tensa para evitar roturas por aleteo debido al viento. Los sistemas de sujeción deben ser simples para facilitar el cambio de lámina. El contacto de lámina con elementos estructurales

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debe limitarse en lo posible, para evitar el envejecimiento prematuro del plástico por alta temperatura El invernadero debe ser estanco para limitar su enfriamiento nocturno, en áreas de temperaturas nocturnas bajas. La ventilación debe ser efectiva con ventanas herméticas y debe evitarse la entrada del agua de lluvia (lo que no ocurre en los invernaderos tipo parral convencionales), procurando su recogida y almacenamiento para posterior empleo El volumen del invernadero debe ser grande, para mejorar su inercia térmica, facilitar el movimiento del aire interior y permitir el cultivo de especies entutoradas altas. Para evitar la caída sobre los cultivos de las gotas de agua condensadas en la cara interior de la lámina plástica de cubierta, es conveniente dotar al invernadero de una pendiente suficientemente (ángulo de 26º, al menos) y/o emplear lámina plástica antigoteo Y, como norma general ya citada, el invernadero debe maximizar la transmisión de la radiación solar, al menos en otoño e invierno, para lo cual una geometría de cubierta y orientación adecuadas son primordiales para conseguir, además, una buena uniformidad de radiación en el interior del invernadero Criterios complementarios de diseño en áreas de clima mediterráneo Las condiciones climáticas más limitantes para la producción en invernaderos en climas mediterráneos son: radiación insuficiente, bajas temperaturas nocturnas en invierno, altas temperaturas diurnas en otoño y primavera, humedades extremas y déficit de CO2 durante el día (Zabeltitz, 1999; Castilla, 2005). Por ello, además de los criterios ya citados, resulta especialmente necesario conseguir una ventilación muy efectiva, con una superficie de ventanas que puede llegar al 30% de la superficie del invernadero. La hermeticidad también se ha convertido en un requisito primordial como medida para de evitar la entrada de insectos transmisores de virosis, uno de los problemas principales del cultivo en ciertas regiones del área mediterránea en los últimos años. En esta línea es indispensable el uso de mallas anti-insecto en las ventanas, que limitan la eficiencia de ventilación y resaltan la importancia de una superficie de ventilación suficiente que, además, debe combinar aperturas laterales y cenitales. Por otro lado, deben reducirse las pérdidas térmicas durante la noche con una estanqueidad adecuada y un material de cerramiento idóneo, bloqueante de radiación infrarroja. El dotar al invernadero de un sistema de calefacción de emergencia de bajo coste puede resultar de gran interés, como se demostró en las heladas de enero de 2005 En condiciones de clima árido, resulta de interés considerar el empleo de sistemas de humidificación para reducir temperatura y aumentar la higrometría

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A la vista de todas estas directrices y criterios y, habida cuenta de que no siempre son compatibles entre sí, será necesario priorizar los criterios a seguir en cada caso concreto Maximización de la transmisión de radiación solar La orientación de un invernadero combinada con la pendiente de cubierta adecuada, es de gran influencia sobre la transmisión de radiación dentro del invernadero en los meses otoñales e invernales, cuando la radiación es más escasa. Cuando prevalece la radiación solar difusa sobre la directa (días nublados) la orientación es menos determinante de la transmisión de radiación solar La orientación norte-sur (de la cumbrera) favorece una mayor uniformidad de distribución de la radiación dentro de el invernadero que la orientación este-oeste, pero la orientación norte-sur limita la transmisión en otoño-invierno (respecto a la esteoeste), especialmente si el ángulo de cubierta no es bajo, como se preconiza para permitir el deslizamiento (sin goteo sobre el cultivo) del agua condensada en la cara interior de la cubierta Reciente trabajos han permitido desarrollar modelos de transmisión de radiación solar en estructuras de invernaderos tipo parral (Soriano et al, 2004). Una solución de compromiso, que resulta eficiente, para conseguir una buena transmisión de radiación en otoño-invierno a coste asequible se presenta en la figura 2 (Castilla, 2005) Este invernadero parral mejorado, orientado este-oeste, minimiza las diferencias en uniformidad de radiación, al ser sus módulos estrechos (6 metros), ser más alto (3,5 metros de canalón, 5 metros en cumbrera) y emplear lámina plástica difusoras de la radiación (multicapa) Además, un ángulo de cubierta en torno a 30º ha sido considerada como muy adecuado para optimizar la ventilación (Brugger et al, 2005) El creciente empleo de láminas plásticas más transmisivas (tricapa), por parte de los agricultores, la limpieza de la cubierta y la limitación del blanqueo de cubierta a las fechas imprescindibles, son algunas de las medidas complementarias de interés para maximizar la radiación en invernadero (Castilla, 2005) Elección de invernadero: opciones Limitándonos a los tipos de invernaderos más extendidos en España, la elección está entre el invernadero artesanal o el invernadero industrial El invernadero artesanal típico de nuestro país es el parral. De los invernaderos industriales, descartada la opción del invernadero de vidrio por razones de coste, normalmente se emplea el multitúnel (figura 3) cubierto con lámina flexible (a veces, con placa rígida) La tabla 1 resume los costes medios de construcción de estas estructuras en el sur de España, que oscilan desde 7,8 euros/m2 para un invernadero parral convencional de baja pendiente de cubierta, hasta 15,6 euros/m2 para un multitúnel

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Las tablas 2 y 3 resumen dos ejemplos de costes de invernaderos, dotados de equipos de control climático, para el caso de un invernadero parral mejorado y de un multitúnel, este último con el mayor nivel de equipamiento. En ambos casos, la incorporación de equipos detallada (tablas 2 y 3) es de carácter meramente orientativo, y su inclusión dependerá de cada caso concreto Bibliografía • Bailey, B.J., Richardson, G.M. 1990. A rational approach to greenhouse design. Acta Horticulturae, 281: 111-117. • Brugger, M.; Montero, J.I:; Baeza, E.; Pérez-Parra, J. 2005. Computational fluid dynamic modeling to improve the design of the spanish parral style greenhouse. International Symposium: “Greensys” Sustainable Greenhouse Systems. Acta Horticulturae 691:425-432. • Castilla, N.; 2005. Invernaderos de plástico: Tecnología y manejo. Ed. Mundi Prensa. Madrid. 457 pp. • Giacomelli, G., Ting, K.C. 1999. Horticultural and engineering considerations for the design of integrated greenhouse production systems. Acta Horticulturae, 481: 475-481. • Nisen, A., Grafiadellis, M., Jiménez, R., La Malfa, G., Martínez-García, P.F., Monteiro, A., Verlodt, H., Villele, O., Zabeltitz, C.H., Denis, J.C., Baudoin, W., Garnaud, J.C. 1988. Cultures protegees en climat mediterraneen. FAO, Roma. • Sirjacobs, M. 1988. Agro-climatological criteria for selecting the most appropiate areas for protected cultivation in Egypt. In: “Protected cultivation in the mediterranean climate.- Greenhouses in Egypt”. FAO. Rome. Italy: 5-12. • Soriano, T., Montero J.I.; Sánchez-Guerrero, M.C.; Medrano, E.; Antón, A.; Hernández, J.; Morales, M.I.; Castilla, N. 2004. A study of direct radiation transmission in asymmetrical multi-span greenhouses using scale models and simulation models. Biosystems Engineering, 88 (2): 243-253 • Villele, O. 1983. La serre, agent de modification du climat. Dans: “ L´INRA et les cultures sons serre. INRA. Paris: 21-27. • Von Elsner, B., Briassoulis, P., Waaijenberg, D., Mistriotis, A., Zabeltitz, C.V., Gratano, J., Russo, G., Suay-Cortes, R. 2000-b. Review of structural and functional characteristies of greenhouses in European Union countries: Part II: Typical Designs. Journal Agricultural Engineering Research, 75: 111-126. • Zabeltitz, C.V., 1999. Greenhouse structures. En: “Greenhouse ecosystems”. Stanhill, Enoch (Ed.). Elsevier. Amsterdam: 17-69.

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TABLA 1 COSTE MEDIO DE CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE INVERNADERO EN EL SUR DE ESPAÑA (2004) VENTILACIÓN LATERAL Y CENITAL MOTORIZADAS Euros/m2

INVERNADERO PARRAL: •

BAJA PENDIENTE CUBIERTA (ANTIGUO)

•

ALTA PENDIENTE CUBIERTA (27º/27º)

7,8 10,2

INVERNADERO MULTITUNEL: SIN IVA

15,6 INCLUYE LÁMINA PLÁSTICA

TABLA 2 COSTE DE ESTRUCTURA Y EQUIPOS DE INVERNADERO PARRAL (ALTA PTE CUBIERTA) CUBIERTA) EN EL SUR DE ESPAÑA (2004) Euros/m2 •

ESTRUCTURA

•

VENTILADORES (DESESTRATIFICACIÓN)

1,2

•

NEBULIZACIÓN (BAJA PRESIÓN)

1,8

•

CALEFACCIÓN (AIRE CALIENTE)

3,0

10,2

TOTAL

16,2

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TABLA 3 COSTE DE ESTRUCTURA Y EQUIPOS DE INVERNADERO MULTITUNEL MULTITUNEL EN EL SUR DE ESPAÑA (2004) Euros/m2 15,6 • ESTRUCTURA •

VENTILADORES (DESESTRATIFICACIÓN)

1,2

•

NEBULIZACIÓN (BAJA PRESIÓN)

5,0

•

CALEFACCIÓN (Tubo metálico) E INYECCIÓN CO2

•

PANTALLA MIXTA (Térmica y Sombreo)

11,3 5,0

TOTAL

38,1

7

8