La temperatura afecta directamente las funciones de fotosíntesis, respiración, permeabilidad de la membrana celular, absorción de agua y nutrientes, transpiración, actividades enzimáticas,...etc.
Las reacciones biológicas de importancia no pueden desarrollarse si la temperatura del invernadero está por debajo de 0ºC, o por encima de 50ºC. El límite inferior corresponde al punto de congelación del agua y el superior a la desnaturalización de las proteínas. La temperatura óptima varía según las especies, pero casi siempre está comprendida entre 10º y 25ºC. Las plantas pueden tolerar temperaturas más bajas durante períodos cortos de tiempo, pero debe evitarse el acercarse a este valor letal.
En cuanto a las bajas temperaturas, los cultivos tienen un valor umbral más elevado que el punto de congelación del agua, umbral que determina para cada especie la temperatura mínima por debajo de la cual las plantas cesan de crecer normalmente (ya sea cualitativa o cuantitativamente). No existe un acuerdo común entre los distintos autores sobre la manera de determinar el valor umbral entre las distintas plantas cultivadas, pero no es este un tema a tratar aquí. Como mera indicación las fresas tienen su umbral alrededor de 7°C y los tomates alrededor de 12°C.
Si el cultivo dispone de suficiente luz, (véase el apartado 4.2.) la temperatura es el factor de mayor influencia en las tasas de crecimiento y desarrollo de las plantas. Los experimentos muestran que la tasa de crecimiento de la planta aumenta con la temperatura hasta llegar a un nivel deseado óptimo.
En invierno las condiciones climáticas de la mayoría de las zonas mediterráneas, excluyen el cultivo al aire libre de plantas con necesidades de calor (por ejemplo, el tomate). Por este motivo los agricultores usan los invernaderos y los abrigos.
El cultivo extratemprano y extratardío sólo puede lograrse en base a la reducción de pérdidas de calor, principalmente por la noche (aumentando la hermeticidad del invernadero, usando paredes dobles o pantallas térmicas), o calentando artificialmente con fuentes de energía tradicionales o no convencionales como la energía solar, geotérmica, etc.
En ambos casos el agricultor se enfrenta al problema de la rentabilidad.
¿Cuál es el límite que marca la rentabilidad de la inversión en materiales especiales, pantallas o energía solar o fósil?. Los agricultores del Mediterráneo deben intentar mejorar las condiciones térmicas de sus invernaderos si quieren obtener el máximo rendimiento de sus inversiones. La mayoría de los sistemas de calefacción diseñados para los invernaderos de vidrio, sirven también para los de plástico, pero también existen otros sistemas de bajo costo y menor sofistificación que dan resultados positivos en la región mediterránea.
El invernadero debe calentarse si la temperatura exterior cae por debajo de la temperatura que necesitan los cultivos. Las necesidades de calor del invernadero pueden calcularse según la siguiente expresión:
4-1-1 (1)
Las necesidades específicas de calor por metro cuadrado de suelo de invernadero, se calculan por:
4-1-1 (2)
En dónde:
K'(W/m2K) es el coeficiente global de trasmisión de calor
AH(M2) es el área de la superficie del invernadero
AG(M2) es la superficie del suelo del invernadero
ti es la temperatura requerida dentro del invernadero
ta es la temperatura media de las mínimas en el exterior
El coeficiente global K', depende del material de cubierta, de la hermeticidad del invernadero, del sistema de calefacción, del sistema de riego, de la velocidad de viento, de la cantidad de nubes que cubran el cielo y de la precipitación.
Para los invernaderos de plástico se pueden usar los siguientes valores, que varían según la hermeticidad del invernadero considerando una velocidad del viento media, de 4 m/s:
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Película simple |
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Película doble: |
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Para las temperaturas exteriores medias de mínimas, se deben tomar valores registrados en estaciones meteorológicas próximas. En Hannover, Alemania, tal es de -14°C, mientras que en muchas regiones mediterráneas la temperatura media de las mínimas toman un valor próximo a 0°C.
Ejemplos: necesidades de calor de un invernadero con película simple y temperatura interior de 12° C.
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ta = - 14°C |
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ta = 0°C |
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A continuación se muestran los coeficientes globales de pérdida de calor de una serie de materiales de cubierta:
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MATERIAL |
Wm-20C-1 |
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Vidrio sencillo |
6 0 - 8,8 |
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Doble vidrio, cámara de 9 mm. |
4,2 - 5,2 |
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Doble acrílico SDP 16 |
4,2 - 5,0 |
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Triple acrílico S3P 32 |
3,0 - 3,5 |
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Doble policarbonato, cámara 10 mm. |
4,7 - 4,8 |
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Doble policarbonato, cámara 16 mm. |
4,2 - 5,0 |
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Plástico |
6,0 - 8,0 |
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Doble plástico |
4,2 - 6,0 |
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Doble plástico IR opaco + cortina |
2,5 - 3,0 |
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Vidrio + cortina térmica de polietileno |
6,4 |
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Vidrio + cortina térmica de PVC |
4,7 |
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Vidrio + cortina térmica de EVA |
5,1 |
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Vidrio + cortina térmica de burbujas |
4,9 |
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Vidrio + cortina térmica de plástico, film no tejido |
4,1 - -4,8 |
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Vidrio + cortina térmica de doble plástico, burbujas |
3,4 - 3,9 |
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Vidrio + cortina térmica de film aluminizado y burbujas |
3,2 |
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Vidrio + cortina térmica de film aluminizado sencillo |
3,4 - 3,9 |
La calefacción artificial sólamente se recomienda en aquellas zonas mediterráneas sometidas a temperaturas invernales especialmente bajas, o en la producción de cultivos especiales.
Como ejemplo para ilustrar el problema y dar una idea de la inversión necesaria (sin incluir el equipo de calefacción), en Grecia se estima que para mantener 13ºC en un invernadero de polietileno a lo largo de toda la campaña, se necesita usar 12 litros de fuel por metro cuadrado en Ierapetra (Creta), 18 litros en Kalamata (Peloponeso Sur) y 24 litros en Tesalónica (N de Grecia).
Los sistemas de calefacción comúnmente usados en los invernaderos de vidrio, se utilizan rara vez en los de plástico, puesto que las estructuras de los últimos son demasiados ligeras para soportar las tuberías de calefacción de acero. Además tal sistema representa un porcentaje excesivo en el precio total de la construcción. El mercado ofrece un amplio rango de equipos de menor costo que sirven para aplicar calor con inversiones mucho más reducidas.
- Sistema de calefacción antiheladas
Muchos calefactores que utilizan carbón, madera, gas natural, gasoil y materiales orgánicos como combustibles, pueden usarse como calefacción temporal antiheladas. Tienen el inconveniente de que no mantienen la temperatura con uniformidad dentro del invernadero y que si se usan en una atmósfera confinada (sin chimenea para dar salida a los gases de combustión), pueden dañar los cultivos. Si se utilizan puntualmente estos calefactores son muy útiles, puesto que son económicos y usan combustibles disponibles en todas partes.
- Sistemas de calefacción por agua
Este sistema, que es útil para la producción invernal y del resto del año, utiliza agua a temperatura entre 60 y 80ºC, que circula en tubería de acero de 1 o 1,5 pulgadas de diámetro. Se estima que el 45 % de la energía cedida, es en forma de radiación. Alrededor del 25 % llega al suelo y el resto se dirige hacia arriba o hacia los laterales y por tanto puede perderse rápidamente si el plástico de cubierta es muy trasparente a la radiación infrarroja larga. El sistema es caro de instalación, causa pérdidas de calor radiante y a menudo conduce al aumento de la humedad relativa en la proximidad del cultivo, debido a la ausencia o reducción del movimiento de aire. Algunos agricultores han empezado a utilizar un sistema en el que el agua fluye a través de tuberías de plástico de 25 a 32 mm de diámetro, situadas entre las hileras de cultivo o enterradas en el suelo a escasa profundidad. Las características del sistema son:
- Al estar el calor aplicado en la base, la temperatura del aire del invernadero es mucho más uniforme en comparación con la calefacción tradicional por tubo caliente colgado del techo. No hay apenas gradiente vertical de temperatura y en consecuencia no hay que sobrecalentar la cumbrera del invernadero para tener la temperatura deseada al nivel de las plantas.
- Para calentar el suelo se puede utilizar agua entre 30° y 40°C (nunca más de 50°C) y por tanto es una forma de aplicación de energías alternativas como la geotérmica, calor residual industrial y solar de baja temperatura. El utilizar calor a baja temperatura es también conveniente en aquellas instalaciones cuya fuente energética sea un combustible de cualquier tipo, puesto que los sistemas de baja temperatura disipan menos energía que los de temperaturas elevadas.
- Los costos de bombeo de agua son mayores. Debido a que la caída de temperatura del agua de calefacción en el invernadero es menor en los sistemas a baja temperatura, se precisa bombear mayor cantidad de agua para ceder la misma cantidad de calor.
- Se pueden usar materiales económicos como el polietileno en lugar de tuberías más caras de acero o aluminio.
- En general, los sistemas de calefacción de suelo representan un ahorro de energía. Frente a los aerotermos se puede ahorrar el 10 % con velocidades de viento débiles y hasta un 15-20 % con velocidades de viento superiores a los 30 km/hora.
- Los sistemas de calefacción de suelo son insuficientes para calentar los invernaderos de zonas frías. En estos países se precisa de algún sistema de calefacción complementario por aire y se emplean cortinas térmicas, dobles cubiertas, etc. para ahorrar el máximo de energía. El precio de la instalación es claramente más elevado que el de la calefacción por aire caliente. Por este motivo en los países de inviernos suaves se suele preferir la calefacción por aire como sistema antiheladas y como apoyo térmico puntual, el suelo caliente se utiliza para el cultivo de plantas que necesitan el apoyo intensivo de la calefacción.
El sistema más simple de cesión de calor al suelo es el de tuberías enterradas. Consiste en un conjunto de tubos, generalmente de polietileno de 12 a 25 mm de diámetro, enterrados a una profundidad tal que los aperos agrícolas no puedan dañarlos. Si se desea aumentar la cesión de calor se pueden poner los tubos en la superficie o enterrados a pocos centímetros de manera que sea fácil retirarlos al hacer las labores. Se hace circular agua en circuito cerrado desde la fuente de energía (paneles solares, caldera,...) a los tubos, de dónde, una vez cedido el calor, retorna a la fuente energética.
Si las tuberías están enterradas en el suelo, no es aconsejable emplear agua a más de 40°C pues en los suelos arcillosos se puede formar una costra seca aislante que dificulta la transmisión de calor.
- Sistemas de aire forzado
Estos equipos se usan para evitar la instalación de la caldera con sistemas aéreos de tubos, particularmente en las empresas productoras de menor tamaño. El aire se calienta por contacto directo con los productos de combustión y se distribuye desde el quemador hasta el invernadero por una serie de conductos, véanse las figuras 62 y 63. Este sistema produce gradientes de temperatura horizontales y verticales; el gradiente vertical está comprendido entre 2º y 3º C por cada metro de altura y por tanto la temperatura cerca del techo puede ser de 5 a 10º C superior a la temperatura en la zona del cultivo.
En las figuras 62 y 63 las tuberías de plástico van tendidas sobre el suelo, pero dependiendo del tipo de cultivo, podría ser mejor colocar los conductos de aire sobre las plantas, por ejemplo a 1,75 o 2 m. de altura.
La diferencia en temperaturas entre la zona próxima al quemador y el otro extremo del invernadero es menor si se usan tuberías perforadas de PE para distribuir el aire. Para mejorar la uniformidad, el diámetro de las perforaciones deben aumentarse (y el espaciado de esas perforaciones debe disminuirse) en proporción a la distancia del quemador o del conducto principal.
Los conductos de plástico son ligeros, flexibles, fáciles de instalar y pueden fijarse en la posición que más le convenga al cultivo. Al final del período de calefacción pueden enrollarse y almacenarse. Para mejorar su eficacia y al mismo tiempo calentar el suelo, los conductos deben apoyarse en el suelo con los orificios de salida de aire apuntando hacia abajo. Debe ponerse cuidado en no exponer a las plantas a la corriente de aire caliente descargada por el sistema de calefacción. El mezclar el aire caliente con el aire del invernadero elimina cualquier tipo de riesgo.
Este sistema compite con el sistema tradicional de calefacción por tubería metálica y es útil tanto para un apoyo térmico temporal o para aumentar la temperatura del invernadero varios grados por encima de la exterior, de una manera continua. Tiene el efecto secundario de aumentar la evaporación y la dificultad en controlar el bióxido de carbono, puesto que aumenta considerablemente el movimiento de aire. Se aconseja que la velocidad del aire sea inferior a 5 m/s.
Este sistema económico funciona con cualquier tipo de combustible, ya sea carbón, fueloil, o gas natural y se adapta tanto a invernaderos grandes con una caldera central e intercambiadores de calor locales como a invernaderos pequeños con quemadores individuales.
Fig. 62. Sistema de
calefacción con intercambiador agua-aire y distribución de aire
con tubos de plástico perforados.
Fig. 63. Caldera de gas o
gasoil con sistema de distribución de tubos de plástico perforados
- von Zabeltitz, 1986-.
Una de las fuentes de energía más prometedoras, puesto que es renovable, económica y fácil de obtener es la energía solar. Puesto que el invernadero es en si mismo un colector solar enorme, los científicos han estudiado distintas maneras de utilizar el calor sobrante disipado por la ventilación.
Todos los invernaderos son en si mismos estructuras solares.
Cualquier sistema eficaz de calefacción solar de invernaderos tiene tres componentes principales: el colector, el sistema de almacenamiento y el sistema de distribución.
El colector convierte la radiación solar en energía útil calentando agua o aire. Existen dos tipos principales de colectores solares externos: los concentradores y los colectores planos. Los colectores de concentración son muy caros puesto que necesitan poder moverse, en sentido horizontal y vertical para seguir el movimiento solar. Los colectores solares planos absorben la radiación solar por medio de una superficie oscura protegida por láminas de vidrio o plástico y convierten la radiación solar en calor. (Puesto que los colectores planos tradicionales son demasiado caros para su uso hortícola, la investigación se ha dirigido al diseño y desarrollo de colectores plásticos de bajo costo).
La calefacción del invernadero por medio de colectores solares externos tiene una serie de desventajas:
- El sistema es difícil de integrar en el invernadero.
- Los materiales y la mano de obra son una carga financiera considerable.
- Los colectores y los invernaderos pueden competir entre si en la captación de energía solar.
Una serie de Institutos de investigación, han llevado a cabo estudios para que el invernadero sea el mismo colector solar, lo cual ahorra obviamente la inversión en colectores exteriores. De esta manera los costos de construcción son menores, no se necesita tierra adicional y la trasmisión de calor del colector al invernadero o almacén sufre menos pérdidas.
Hasta el día de hoy no se ha diseñado ningún método económico para almacenar el calor del aire o agua a baja temperatura, para su uso subsecuente durante la noche.
Para el almacenamiento de calor estacional, los materiales sólidos como las rocas, piedras,..., pueden ser útiles, pero para períodos más cortos de tiempo, el agua es mucho más conveniente y el volumen de almacenamiento es solo de 1/4.
También se pueden usar sales de cambio de fase (CACl2, Na2Cr2O7, etc.) pero a pesar de que reducen el volumen del almacén, son demasiado caras.
Si el invernadero tiene mesas de cultivo, el sistema de almacén con piedras puede ponerse debajo de ellas, (véase la Fig. 64). El guardar el calor colectado en depósitos de agua o de piedras, ya sea dentro o fuera del invernadero, es costoso debido al precio de la construcción y del aislamiento necesario. Además, la distribución de calor también es cara, puesto que implica el uso de bombas de agua, ventiladores y equipos de control.
Fig. 64. Sistema de
almacenamiento en base rocosa de banquetas.
Fig. 65. Estanque solar
cubierto con invernadero.
También se están investigando las aplicaciones de los estanques solares para la calefacción económica de invernaderos (Fig. 65). Al añadir sal al agua, se aumenta la capacidad térmica, se reducen las pérdidas de calor y se logra la ventaja de colectar y almacenar la energía térmica en verano y en invierno. Al final del verano, el agua de la zona inferior del estanque puede alcanzar la temperatura próxima al punto de ebullición. Desafortunadamente los precios son prohibitivos y la difusión del gradiente salino de la zona inferior a la superior del estanque, esto es de la zona de mayor concentración a la de menor concentración, dificulta la aplicación práctica de este sistema que sigue siendo experimental.
Hoy día hay muy pocos sistemas solares que puedan ser económicamente rentables. Muchos sistemas están todavía en fase experimental y se continúan los esfuerzos para desarrollar un sistema que colecte el máximo de energía al menor costo y con la máxima eficacia.
Un sistema muy simple que puede tener futuro, unifica los sistemas de colección, almacenamiento y distribución en uno solo. Consiste en una serie de tubos de polietileno trasparente, de 30 cm. de diámetro y 100 de circunferencia, que se llenan de agua y se tienden entre las hileras del cultivo sobre una lámina de polietileno negro, que a su vez descansa en una película con burbujas de aire, (véase la Fig. 66).
Los tubos tienen un espesor de 200 a 250 micras y deben cubrir al menos el 35% de la superficie del suelo del invernadero y contienen aproximadamente 80 kilos de agua por metro cuadrado de invernadero. El agua capta la radiación solar, almacena el calor y lo cede posteriormente durante las horas más frías del día. En Grecia se utiliza este sistema desde el comienzo de octubre hasta el final de mayo, incluso en las regiones más al N del país. En esta región la energía solar recogida en una Ha es equivalente a 180.000 litros de gasoil, esto es 740 litros por día y Ha. Se obtiene un aumento de 4°C. de la temperatura mínima del aire en invernaderos de láminas simples de PE y de 6°C en invernaderos de lámina doble.
El sistema permite salvar heladas de hasta -7°C en invernadero de pared sencilla y de hasta -11°C en invernaderos de pared doble. Para instalarlo en una ha se precisan 2.500 kg de PE y 300 Kg de lámina de PE negro de 30 a 40 micras de espesor, además de 3.500 m. cuadrados de película con burbujas y 100 días de trabajo. El costo de los materiales y de la mano de obra en Grecia en 1985, era de aproximadamente 7.000 dólares USA por Ha. En las condiciones ambientales de Grecia, se ha comprobado que se mejora significativamente la precocidad, calidad y producción total de la mayoría de cultivos hortícolas.
En otras regiones de Túnez, se está trabajando en el ensayo de tuberías-conductos de plásticos planos de polietileno negro de 150 micras. Los resultados indican que incluso en las regiones más al S del Mediterráneo, la calefacción solar no es siempre suficiente durante el invierno. Para permitir realizar las labores culturales con facilidad, la superficie de bolsas no debe superar el 50 % del suelo y por consiguiente, es preciso disponer de captadores adicionales en el exterior del invernadero o de sistemas de calefacción que actúen en los momentos de mayor demanda, para mantener la temperatura de agua almacenada a un nivel mínimo.
En España también se han ensayado las bolsas de agua como colectores solares pasivos. El primer trabajo de investigación se hizo en Almería en 1979 utilizándose bolsas de PE negro y abandonándose el ensayo ante el escaso resultado obtenido (Castilla y cols., 1985). En la zona de Barcelona se probaron bolsas transparentes dentro de túneles de 2 m de altura máxima para el cultivo de fresa. La media de las mínimas aumentó en 2°C en comparación con el testigo. (Montero y cols., 1988). A pesar de ser un buen sistema antiheladas los agricultores españoles no han recibido con agrado esta técnica, principalmente porque consideran que la ocupación del suelo con bolsas supone molestias no compensadas con el beneficio de la defensa contra heladas en zonas donde rara vez se alcanza la temperatura de 0° C.
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Nota: |
El agua calentada por colectores solares y procedente de energía geotérmica, residuos industriales,..., generalmente se caracteriza por su temperatura relativamente baja (entre 20° y 40° C). Por consiguiente la superficie de intercambio de los radiadores con el aire del invernadero, debe aumentarse considerablemente, para ceder el calor necesario. Ello ocupa demasiado espacio en el invernadero. Por este motivo se utilizan los denominados acolchados radiantes de PVC o de polietileno o las alfombras radiantes de polipropileno o elastómeros y también se usan tuberías anilladas, apoyadas sobre el suelo y/o enterradas en el suelo. |
A. Energía geotérmica
A priori, una de las fuentes más interesantes de energía para calentar invernaderos es la geotérmica. El agua caliente de fuentes naturales o de pozos profundos se usa actualmente como fuente energética en países mediterráneos, como Francia, Grecia, España, Bulgaria,... Los principales obstáculos son los siguientes:
- El alto grado de concentración de sales que produce obturaciones en las tuberías.
- La falta de suelo agrícola en aquellas zonas donde se ha encontrado agua caliente.
- El costo de los estudios sistemáticos hidrogeológicos y la profundidad de los pozos.
Recientemente se han diseñado algunos sistemas de distribución del calor, especialmente pensados para el uso de la energía geotérmica. Uno de los más sencillos y efectivos procede del N de Grecia.
Se hace circular el agua caliente en tuberías de polietileno trasparente de 250 micras, apoyadas en el suelo entre las hileras (Fig. 67). El diámetro y el número de tubos, depende de la temperatura del agua: Si es superior a 50°C, el diámetro de los tubos es de 9,5 a 12,5 cm. Si está comprendida entre 30 y 50°C, el diámetro será entre 12,5 y 19 cm. La composición química de los tubos depende de la temperatura del agua: sólo se puede usar PE si ésta es inferior a 60°C, por encima de este valor se debe utilizar PP. En general los conductos de calefacción enterrados en el suelo son menos eficientes (temperaturas del suelo demasiado altas, zonas aislantes de suelo alrededor de los tubos).
A veces se utilizan también, tuberías de PE negras de 25 mm de diámetro, para distribuir el calor de la energía geotérmica en el invernadero.
B. Utilización de calores residuales
Si existe una zona hortícola en la vecindad de unidades industriales de gran tamaño, como pueden ser las centrales generadoras de electricidad, el calor residual producido por las mismas puede ser una fuente energética para los invernaderos. A menudo la temperatura del agua residual está comprendida entre 20° y 30° C y su reutilización presenta dificultades por la escasez de temperatura.
De acuerdo con la experiencia derivada de los ensayos llevados a cabo en países industrializados, pensamos que tal fuente energética, no se puede usar con facilidad en la región mediterránea, a excepción de algunas zonas del S de Europa. A veces la mayor barrera para el uso de calor industrial de bajo grado, no es la necesidad de creación de nuevas zonas hortícolas y el lograr que la población se desplace a estas zonas para desarrollar el cultivo, sino que los factores ecológicos, como el miedo a encontrar residuos nucleares en los cultivos es la mayor dificultad.
El controlar el exceso de calor es uno de los mayores problemas en la producción bajo invernaderos en la región mediterránea. Incluso en invierno en días claros, la temperatura sube por encima del nivel deseado y durante el verano la temperatura puede subir por encima de los 50° C. Los invernaderos mal ventilados, no permiten tener cultivos en su interior desde la mitad de junio a la mitad de septiembre si están localizados en la región Surmediterránea. En zonas áridas o semiáridas este período puede extenderse de 15 de mayo hasta comienzos de octubre. En las regiones del Mediterráneo N, es posible y deseable mantener cultivos en el invernadero incluso en los meses de verano.
El exceso de temperatura causa daño en la morfología y en los distintos procesos fisiológicos de las plantas, como son la formación floral, la quemadura de hojas, la mala calidad del fruto, el exceso de transpiración, el acortamiento de la vida del cultivo, la reducción de la fotosíntesis neta debido al exceso de respiración...
En un día claro de verano el nivel de la radiación solar, puede alcanzar el valor de 1,5 calorías por cm2 y minuto. Incluso cuando la cubierta vegetal está plenamente desarrollada y puede utilizar el 50 % de la radiación solar en la evapotranspiración, la temperatura sube por encima de los niveles deseados. Si la cubierta vegetal es incompleta, la evapotranspiración se reduce y el aumento de temperatura es mayor. En ambos casos debe emplearse alguna técnica para reducir la temperatura y mejorar las condiciones de producción.
Según el principio de la conservación de energía se cumple que, si las condiciones exteriores de radiación solar, temperatura, humedad y velocidad de viento no varían, los ingresos de energía se igualan a las salidas de energía del invernadero y por tanto:
(Radiación solar dentro del invernadero) +
(Calor cedido desde la cubierta al invernadero) =
(Energía consumida en evapotranspiración) +
(Energía disipada por la ventilación) +
(Calor consumido por los equipos de evaporación)
Por consiguiente los cuatro factores principales que permiten reducir la temperatura son:
- La reducción de la radiación solar que llega al cultivo (blanqueado, sombreo, etc.)
- La evapotranspiración del cultivo.
- La ventilación.
- La refrigeración por evaporación de agua (nebulización, "cooling system" etc.)
Ya que estos factores están ligados por la ecuación del balance de energía si uno de ellos cambia también cambian los demás. Por eso es difícil comparar los resultados de experimentos diferentes, puesto que el efecto del sombreo, sobre la temperatura del invernadero, por citar un ejemplo, depende de la tasa de transpiración del cultivo, de la tasa de ventilación del invernadero y de la existencia o no de los equipos de evaporación y de la intensidad de la radiación solar.
El ingeniero suele recurrir a modelos de cálculo que tienen en cuenta todos estos factores y que permiten predecir el clima del invernadero en función del clima exterior, superficie de ventanas, material de sombreo, etc. No es objeto de este libro el describir los procesos de cálculo y por tanto se describirán las distintas técnicas de refrigeración y los resultados de los experimentos de reducción del nivel térmico.
El intercambio de aire entre el interior y el exterior del invernadero incide de una manera clara en el clima de cultivo. No solamente cambia el balance de energía, por lo tanto la temperatura del aire, sino que también afecta al contenido de vapor de agua y de anhídrido carbónico.
Ventilación natural
La ventilación natural, también llamada pasiva o estática, no utiliza energía auxiliar sino que tiene su motor en dos factores.
1. Distribución de presiones en la superficie de la estructura debido al viento, que crea zonas de presión positiva y negativa en la cubierta.
2. Diferencia de temperatura y por lo tanto de presión entre el invernadero y el exterior.
La resistencia que opone la ventana al flujo del aire, función de la geometría de los orificios de entrada y salida y también del número de Reynolds cuando los efectos de viscosidad tienen importancia, reduce la tasa de ventilación.
El efecto eólico tienen más importancia que el efecto térmico. En los invernaderos de Holanda 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.
La mayoría de los invernaderos mediterráneos tienen sistemas de ventilación muy sencillos con ventanas laterales enrollables. (Fig. 68). En estas condiciones es difícil que el clima interior sea aceptable si la anchura del invernadero supera los 20 m.
La ventilación cenital complementa extraordinariamente la ventilación lateral. Si el invernadero tiene al menos el 5 % de superficie de ventanas en el techo (porcentaje referido a la superficie del suelo) y el 10 % de ventanas en el lateral, la anchura de los invernaderos no presenta problemas de exceso térmico cuando el invernadero está lleno de plantas. Si está vacío, en días soleados de verano, debe aumentarse esta recomendación mínima de ventanas.
El estudio de la ventilación natural ha progresado notablemente. Se dispone buena información sobre el modo en que el cultivo y las mallas anti-insectos afectan al movimiento del aire. También está en fase avanzada de desarrollo la instalación de ventanas eficaces en el techo de los invernaderos del mediterráneo.
Ventilación mecánica o forzada
El uso de ventiladores permite un control más preciso de la temperatura del invernadero que el que puede lograrse con la ventilación pasiva. Con todo, en climas mediterráneos no es frecuente encontrar equipos de este tipo por el precio de la instalación y por el consumo de electricidad.
La ASAE (American Society of Agricultural Engineers) establece una serie de normas para el diseño y control de los sistemas de ventilación forzada que se resumen en este apartado. Se recomienda que la tasa de ventilación sea como mínimo de 3/4 a un cambio total de aire por minuto.
El volumen de aire a evacuar debe corregirse en función de diversos factores. Uno de ellos es el factor velocidad Fv. Para invernaderos en los que la distancia entre la ventana de entrada hasta el extractor mecánico sea inferior a 30 metros, se debe aumentar el volumen por el factor:
(4-34)
dónde D es la distancia ventana-extractor en metros. Así se logra una velocidad de circulación del aire más eficaz en la zona de cultivo.
Otras recomendaciones de la ASAE son:
- Los ventiladores deben hacer circular el caudal de aire previamente calculado a la presión estática de 0'03 kilopascales.
- La distancia entre dos ventiladores contiguos no debe ser superior a 7.5 metros para asegurar la uniformidad en el flujo del aire.
- Siempre que sea posible se deben situar los extractores a sotavento de los vientos dominantes en verano. Si necesariamente es preciso instalarlos a barlovento, se debe aumentar el volumen a ventilar por cada extractor en un 10 %.
- Debe haber una distancia mínima sin obstáculos a la salida del aire de 1.5 veces el diámetro del ventilador. Los ventiladores se pueden situar en el techo si hay interferencias en los laterales.
- Para evitar entradas de aire indeseadas cuando los ventiladores no estén en funcionamiento, las aperturas de entrada deben tener rejillas motorizadas que abran hacia fuera y sólo se abrirán cuando los ventiladores entren en funcionamiento. Las rejillas de salida también abrirán hacia afuera movidas por la presión de los ventiladores.
- La superficie de las ventanas de entrada será al menos 1,25 veces el área de los ventiladores.
- Las aspas deben estar protegidas con tela metálica de alambre de 1.5 mm de grosor mínimo y aperturas de 13 mm. Esta especie de pantalla debe estar al menos a 100 mm de distancia de cualquier parte móvil para prevenir accidentes.
- Es preferible controlar el volumen de aire renovado en varias fases. Para ello se pueden utilizar ventiladores de dos velocidades o conectar distinto número en función de la temperatura del invernadero.
- Los instrumentos de medida y control deben estar completamente protegidos de la radiación solar, alojados en cajas pintadas con material reflectivo, o al menos blanco. Se debe asegurar que circule aire alrededor de los controles a velocidad entre 3 y 5 m/s. Para ello se pueden instalar ventiladores eléctricos que extraigan el aire de la caja que contenga a los sensores.
Este sistema se basa en el principio, de que cuando el agua se evapora absorbe calor del aire que lo rodea. Para ello se hace pasar el aire a través de una pantalla porosa saturada de agua. El aire refrigerado por evaporación, cruza el interior del invernadero y sale por el otro extremo.
Este sistema se caracteriza por que:
- consume gran cantidad de electricidad y de agua.
- su eficacia depende del nivel de la humedad del aire exterior.
- se ahorra agua, incluso en el caso de que sea necesario utilizar algún equipo adicional de nebulización.
- permite utilizar agua salina o de baja calidad sin obstruir los poros de la pantalla evaporadora.
- la distribución del aire debe evitar la producción de gradientes altos de temperatura dentro del invernadero.
- se recomienda mantener el agua a temperatura fresca en un tanque enterrado.
- el sistema debe ser eficaz, incluso en días en los que la velocidad del viento sea alta y su eficacia debe ser independiente de la dirección del viento.
- el precio de la instalación depende en primer lugar del costo de los ventiladores.
Pueden distinguirse dos sistemas, (véase la Fig. 69), los de presión negativa y los de presión positiva.
Fig. 69. Sistema de refrigeración de ventilador y pantalla evaporadora.
Los sistemas de presión negativa (A) consisten en una pantalla evaporadora en un lado del invernadero y unos ventiladores que succionan el aire, que están situados en la cara opuesta. Este método crea gradiente de temperatura, entre las zonas de entrada y salida del aire. Debido a que la presión del aire en el interior del invernadero es inferior a la presión exterior, el aire puede entrar a través de roturas y boquetes, conjuntamente con el polvo.
Los ventiladores fuerzan al aire a circular a través de las pantallas y después entran en el invernadero, el aire puede distribuirse por medio de tubos plásticos perforados.
Si se instalan las pantallas en el espacio comprendido entre dos invernaderos adyacentes, se pueden combinar la refrigeración por evaporación y la ventilación natural (Fig. 70).
Fig. 70. Combinación de
refrigeración con sistema de presión positiva (impulsión de
aire a través de pantalla evaporadora) y ventilación
natural.
Las pantallas pueden instalarse en posición vertical u horizontal (Fig. 71). La posición horizontal tiene la ventaja de que frena el proceso de obturación. Si se hace pasar más agua de la que se necesita para la evaporación, también se reduce la obturación puesto que la pantalla queda lavada.
Fig. 71. Posición horizontal y vertical de las pantallas evaporadoras.
Si la humedad relativa exterior es elevada, la eficacia del sistema es muy pequeña.
Recomendaciones útiles:
1) Es conveniente hacer la instalación de manera que se aproveche la dirección del viento dominante. Las pantallas húmedas deben situarse en la cara del invernadero que reciba al viento y los ventiladores en la cara opuesta.
2) Para mejorar la uniformidad de la temperatura se recomienda:
- Sellar todos los agujeros y roturas de la estructura
- Limitar la distancia máxima entre ventiladores y pantallas a 40 m.
- Aumentar el número de ventiladores, para tener un flujo de aire más eficaz.
- Si el invernadero tiene una longitud superior a 40 m., se recomienda situar las pantallas en ambos extremos y los ventiladores en el techo en la parte central.
- Instalar boquillas nebulizadoras para añadir más humedad al ambiente.
3) Puesto que cerca de las pantallas el aire puede ser demasiado frío se recomienda, en estos casos, dirigir la corriente de aire frío a las zonas superiores del invernadero.
4) Debe mantenerse constante la presión de agua para tener siempre húmedas las pantallas.
5) Es conveniente que los extractores de un invernadero mantengan una distancia de 15 m con la pantalla evaporadora de otros invernaderos adyacentes, pues de lo contrario el aire expulsado de uno de ellos penetrará en los restantes.
6) Los extractores de los invernaderos próximos no deben estar enfrente unos de otros. O bien se instalan alternando sus salidas o si están enfrente se debe mantener una separación mínima de cuatro veces su diámetro.
7) Según lo recomendado por la American Society of Agricultural Engineers el volumen de agua a aportar a las pantallas evaporadoras horizontales es como máximo 0.2 litros/segundo por m2 de pantalla y para pantallas verticales, el caudal a aportar y el volumen del depósito que recoge el agua no evaporada y posteriormente recirculada debe ser:
|
Tipo |
Caudal mínimo litros/min por metro lineal pantalla |
Volumen depósito agua (l/m2 de pantalla) |
|
Fibras 50-100 mm grosor |
4 |
20 |
|
Fibras 50-100 mm(climas áridos) |
5 |
20 |
|
Celulosa 100 mm grosor |
6 |
30 |
|
Celulosa 100 mm grosor |
10 |
40 |
8) La bomba de riego de las pantallas puede estar controlada por un termostato y un humidostato conectados en serie. El humidostato sirva para controlar posibles excesos de humedad. Ambos controles deben instalarse en una caja protegida de la radiación y en corriente de aire aspirada a una velocidad mínima de 3 m/s.
Las figuras 72 y 73, muestran las casos de evaporación de agua e intercambio de aire, en relación con la temperatura exterior y la humedad relativa. La temperatura interior es de 30ºC. Las cifras de masa de agua evaporada y de intercambio de aire se dan por metro cuadrado de suelo de invernadero. Si la humedad relativa está por encima del 30 % se necesitan grandes cantidades de agua y de aire. Por ejemplo, si la humedad relativa es del 20 % y la temperatura exterior es de 45ºC, se precisan 1,8 kg de agua y 210 m3 de aire por metro cuadrado de invernadero.
Fig. 72. Evaporación de
agua en función de la temperatura exterior y humedad
relativa.
El cálculo de la potencia de los ventiladores se hace de la misma manera que se explicó en el apartado 3.1.2. de ventilación forzada.
La potencia eléctrica es:
4(-3)
siendo:
Va = tasa de ventilación en m3/m2×s
p = pérdida de presión a través de la pantalla y del invernadero (N/m2)
Nu = al rendimiento del ventilador
Las pérdidas de presión a través de la pantalla, están comprendidas entre 20 y 50 pascales, eso es de 2 a 5 mm de agua. El rendimiento del ventilador es próximo a 0,7.
La potencia es:
Durante el tiempo de funcionamiento, la potencia eléctrica es de 3,3 W por m2 de superficie de suelo del invernadero. Si el sistema funciona durante 9 horas al día, el consumo es de 30 W/h×m2.
Fig. 73. Renovaciones de aire a
través de mantas en función de temperatura exterior y humedad
relativa.
Comparado con el sistema de ventilación forzada, el sistema de evaporación consume el 75% más de electricidad (30 W/h/m2, en vez de 18 W×h/m2).
Como se ha dicho antes, el flujo de agua debe ser mayor que la cantidad de agua evaporada para prevenir la precipitación de sales en la pantalla. Tanto los depósitos minerales, como los insectos y suciedad filtrados en la pantalla, disminuyen el flujo de aire y en consecuencia reducen la eficacia del sistema.
Los equipos de evaporación de agua por medio de microaspesores o toberas, son otros sistemas de refrigeración por evaporación, que se utilizan comercialmente en la horticultura.
Cada gramo de agua evaporada produce una cantidad de frío de 600 frigorías. Si se desea diseñar, un sistema de refrigeración por evaporación, los distintos parámetros en juego son:
- El volumen total del invernadero.
- El número de intercambios de aire a la presión estática de 3mm (45 a 60).
- La superficie de las pantallas y el número de ventiladores (distancia media entre ventiladores 7 m).
Como indicación la potencia de los motores que mueven las aspas, varía de 3 a 5 W/m2 de superficie cubierta.
Debido al alto costo de las instalaciones, los sistemas de evaporación sólo se usan en la producción de flores o plantas de alto valor añadido.
La ventaja principal del sistema del ventilador y pantallas es su capacidad de refrigerar el invernadero a un costo razonable. También tiene la ventaja adicional de aumentar la cantidad de agua en la atmósfera del invernadero sin aumentar en exceso la humedad. En consecuencia el cultivo no sufre por estrés hídrico ya que el déficit de saturación es demasiado bajo. A pesar de que el sistema de evaporación de agua es más caro que la ventilación libre o forzada, es el único sistema que permite la producción de plantas bajo invernadero en regiones áridas, donde la temperatura es muy alta y la humedad muy baja.
En la región norte del Mediterráneo este sistema es menos aconsejable.
A. Pantallas de sombreo
En algunos casos la cubierta del invernadero se quita durante los meses más cálidos del año y se reemplaza por una malla de sombreo y la estructura resultante se denomina umbráculo en español, ombrieres en francés y shading unit en inglés. Esta protección reduce considerablemente los efectos del viento y disminuye la radiación que llega al cultivo.
Puesto que la reducción de luz es permanente y la protección al frío es nula, este método queda restringido a:
- Regiones en las que la insolación es muy fuerte en verano y la temperatura nocturna no es demasiado baja.
- La protección de cultivos que no pueden tolerar ciertos límites de radiación, debido a su sensibilidad a la misma, como algunas variedades de plantas ornamentales. Para la protección de las plantas en sus primeros estadios.
Los umbráculos deben tener las siguientes características:
- Deben permitir el poner y quitar las mallas de sombreo, de manera que cuando la insolación no sea excesiva, en invierno, pueda volverse a poner la cubierta trasparente.
- No deben impedir la mecanización y las labores agronómicas.
Se construyen dos tipos de umbráculos:
- Estructuras fijas de gran superficie.
- Túneles móviles.
Las unidades de sombreo fijas, son parecidas al invernadero tipo parral, pero con estructuras más ligeras y más altas y cubiertas de materiales que puedan quitarse y ponerse, (especialmente las mallas de polietileno extruido, que se sujetan en una serie de alambres tensados sobre el marco).
Los umbráculos móviles se hacen con cables y alambres tensados a una distancia de un metro entre ellos y a una altura de 30 cm sobre el suelo. La película de polietileno es reemplazada por una malla no rígida, que no absorbe agua y que no permite el desarrollo de hongos y parásitos.
El mayor inconveniente de este sistema, es el costo de quitar la cubierta y tender la malla de sombreo. Ambos materiales pueden usarse durante varios años, pero para ello el sistema de sujeción debe estar diseñado adecuadamente. Las mallas deben almacenarse en buen lugar y deben revisarse las posibles rasgaduras.
B. Sombreo
Como regla general el sombreo es complementario de la evaporación de agua y de la ventilación, cuando estas técnicas no mantienen la temperatura interior dentro de límites razonables.
a) El método más común es pintar la cubierta con una mezcla de un producto de carbonato cálcico y un agente humectador.
La aplicación de la pintura es empírica y por tanto el porcentaje de reducción de luz depende de la formulación de la mezcla y de la cantidad aplicada, pero orientativamente en el N de Europa se ha medido que la energía incidente se reduce en un 50 %. Si se mezcla un Kg de producto con cuatro litros de agua. Esta cifra también es aplicable a la región mediterránea. Se recomienda añadir algún tipo de cola para que la lluvia no elimine el producto blanqueante.
b) Otros productos más o menos sofisticados se han utilizado o están en proceso de desarrollo, por ejemplo:
- Una sustancia que se aplica sobre la película de plástico y cuando se humecta, por ejemplo cuando llueve, se convierte en transparente.
- Otro material de sombreo desarrollado en Grecia también se convierte en trasparente, cuando recibe humedad y reduce el contenido de humedad del invernadero en días nublados, debido a sus componentes higroscópicos.
c) La aspersión de agua por medio de un equipo instalado en la cumbrera, puede también reducir la temperatura interior, los distintos ensayos llevados a cabo no dan resultados homologables en reducción de temperaturas, puesto que los experimentos eran de distinta naturaleza. La misma técnica se usa en el N de Europa, dando resultados muy satisfactorios en cuanto a la reducción del riesgo de heladas y de daños por baja temperatura.
d) El agua con colorantes se ha dejado de utilizar en Europa, por la complejidad del equipo. Unicamente se usa para el invernadero solar, en los que el agua coloreada una vez que ha absorbido la energía solar, se reutiliza durante la noche para la calefacción. No es un sistema comercial.
e) En algunos casos, por ejemplo, en el cultivo de plantas ornamentales de gran valor, los agricultores utilizan pantallas móviles que se extienden y repliegan dentro del invernadero.
En cuanto al efecto del blanqueo sobre las temperaturas del aire, los datos son escasos y difíciles de comparar entre sí, ya que la aplicación de la cal tendrá distinta acción según el tipo de invernadero sobre el que se utilice. Por ejemplo, un invernadero bien ventilado notará menos el efecto del encalado que otro más hermético.
En Almería se han registrado descensos de 2° C. con el empleo de cal, en estructuras tipo parral de 22 m de anchura y ventilación lateral. Esta reducción térmica no es espectacular, pero tampoco es despreciable.
En Argentina merece destacarse el trabajo de Francescangeli y cols. (1992) que compararon el efecto del blanqueado aplicado en dos densidades: 95 y 34 g de cal hidratada en disolución de 1 kg de cal por 5 l de agua. En general, las diferencias de temperatura entre el testigo y los invernaderos blanqueados fueron de 2 a 3°C con las ventanas totalmente abiertas (18 % de superficie respecto al suelo). La reducción media de temperatura de la planta del tomate fue de 4.6ºC para en blanqueado denso y 3,3ºC para el liviano. El blanqueado afectó mucho más a la temperatura del suelo desnudo. La superficie logró un descenso térmico de 8 ó 9°C estando el invernadero totalmente abierto. Este hecho puede ser muy importante durante las primeras fases de desarrollo del cultivo.
En cuanto a la capacidad de refrigeración del sistema de riego de la cubierta, los pocos datos disponibles difieren entre sí. Cohen (1983), midió que la reducción de la temperatura del techo fue de 8° C., pero el ambiente y las hojas de tomate solo bajaron su temperatura en menos de 1°C. Francescangeli (1992), tampoco registró descensos apreciables con esta técnica. El trabajo de Pallara y Sancilio (1988), es más optimista en cuanto al uso del riego del techo puesto que en su caso la media de las máximas fue 3,5°C menos que las del testigo de comparación y en casos extremos se midió menos temperatura dentro que fuera del invernadero. Pallara, añadió colorante al agua pero su trabajo no específica de que tipo ni en que cantidad.
Una vez más es difícil comparar experimentos realizados sobre invernaderos diferentes, con distinta ventilación y con distinto cultivo. Por eso insistimos en la técnica del balance de energía como método general de cálculo aplicable a cada caso particular.
En nuestra opinión el riego de la cubierta en verano es una técnica no libre de problema (desarrollo de algas, formación de depósitos sobre el plástico, entrada de agua al invernadero si la película está sujeta con clavos o alambres) y que no supera en reducción de temperaturas a los sistemas clásicos de blanqueado o sombreo.
C. Consideraciones a tener en cuenta en el sombreado del invernadero
Hoy día se parte de la base de que el aumento de la temperatura de las plantas o del ambiente que las rodea, causa más daño al cultivo que el exceso de luz visible. El exceso de calor, a menudo va acompañado de problemas en el suministro de agua, que impide el que las plantas puedan tener su temperatura dentro de límites razonables. Por consiguiente, la pantalla ideal de sombreo debe tener las siguientes características:
a) Debe ser selectiva. No es suficiente que corte parte de la radiación solar, sino que esta parte, debe ser del efecto infrarrojo próximo y no del visible, puesto que este último es indispensable para la fotosíntesis. El sombreo no debe ser sinónimo de falta de luz, puesto que tal falta es más perjudicial al crecimiento del cultivo cuando la temperatura es elevada. La selectividad debe ser el primer factor de calidad de la pantalla de sombreo. Por desgracia hasta ahora (1993), no se ha producido un tipo de pantalla selectiva, que sea al mismo tiempo económica, a pesar de que se han dedicado muchos esfuerzos al desarrollo de este material.
b) No debe ser de color, puesto que cualquier material coloreado corta un porcentaje mayor del espectro visible. La fracción absorbida se corresponde con su color complementario (por ejemplo la pantalla naranja o verde absorbe mayor cantidad de azul y desequilibra el espectro de la luz que llega al cultivo). Además la pérdida adicional de luz visible ocurre normalmente por absorción, lo que tiene el inconveniente de aumentar la temperatura del invernadero.
c) Debe reflejar más que absorber la parte de radiación solar que detiene. Si la pantalla refleja la radiación, no se calienta y por tanto no aumenta la temperatura de la estructura.
d) Debe poder regular la intensidad de luz. Las mallas de sombreo con mecanismo de extensión y repliege automático, tienen la ventaja de suprimir el exceso de radiación incidente, pero si el control de la apertura y cierre se hace por medio de un termostato, en lugar de por un sensor de luz, no se optimiza el uso de radiación fotosintética.
e) Debe ser móvil. Incluso en la región mediterránea una pantalla que corte una parte importante de la radiación solar (del 60 al 80 %) no se puede dejar extendida todo el día y durante una serie de meses, puesto que reduce la tasa de fotosíntesis. La malla de sombreo debe poder extenderse sólo cuando la energía solar sea excesiva.
f) Debe instalarse fuera del invernadero. Este factor es especialmente importante si la pantalla absorbe la radiación solar, pero las pantallas generalmente se colocan dentro, puesto que también se usan como pantallas térmicas durante la noche.
g) No debe reducir la ventilación. Si el invernadero tiene ventilación cenital, la malla de sombreo instalada dentro del invernadero reduce en gran manera la tasa de renovación de aire.
h) Debe ser de costo razonable.
La Fig. 74, muestra los porcentajes de trasmisión, reflexión y absorción de radiación solar e infrarrojo largo de una serie de pantallas utilizadas para el sombreo. Los constituyentes básicos son PE, EVA, poliésteres, materiales acrílicos o mezcla de resinas.
Como puede comprobarse la mayoría de los materiales no cumplen los requisitos señalados anteriormente: muchos absorben más que reflejan la radiación solar, tienen colorantes, no son selectivos, no permiten ajustar la intensidad de luz y son de difícil instalación dentro de los invernaderos mediterráneos.
En los últimos años se ha desarrollado un producto nuevo que mejora a los anteriores. Está hecho de una película trasparente cubierta con tiras reflectantes de aluminio o productos similares, como por ejemplo el cromo. Según sea el número de tiras reflectantes, se logra una pantalla de distintos porcentajes de sombreo.
En relación con el uso de las pantallas, es preciso tener en cuenta los siguientes puntos:
1. El porcentaje de sombreo mencionado en los prospectos comerciales, rara vez se corresponde con las determinaciones de laboratorio.
2. Todos los materiales son menos trasparentes a la radiación difusa que a la radiación solar directa.
3. La intensidad de colorante de la pantalla no tiene una relación directa con el porcentaje de sombreo. El ojo humano es un mal medidor de las propiedades ópticas de una pantalla.
La mayoría de los invernaderos mediterráneos no tienen calefacción y por tanto es de vital importancia el mantener el calor que el invernadero capta de una manera natural.
Si el invernadero tiene calefacción artificial controlada por un termostato, una manera de ahorrar energía es la de reducir la temperatura requerida durante el día y la noche hasta el límite económico, esto es, hasta el punto en el que el ahorro energético no se equilibra con las pérdidas causadas por la disminución de la producción o de la precocidad. Por desgracia no se conoce con precisión los requerimientos térmicos de todos los cultivares y la curva de disminución de producción en función de la disminución de la temperatura. Otra manera de ahorrar energía es la de escoger dentro de cada especie, aquellos cultivares que sean menos exigentes en calor. El desarrollo de variedades de bajas necesidades térmicas es una de las líneas de investigación que merece recibir la máxima atención.
Si el invernadero no tiene calefacción artificial, la única manera de evitar las caídas bruscas de temperaturas nocturnas es el conservar el máximo del calor solar recibido durante el día. Para ello aparte de lograr que el invernadero sea más hermético, se pueden emplear distintas técnicas entre las que merecen destacarse la instalación de paredes dobles y de pantallas térmicas.
En el Mediterráneo N la temperatura mínima nocturna puede caer por debajo del punto de desarrollo de los cultivos, a pesar de utilizar la técnica de la pared doble que reduce las pérdidas de calor en un 30 o 40%. Además el rendimiento puede descender, ya que la segunda lámina de plástico reduce la luz disponible.
La manera más sofisticada y más eficaz de instalar una pared doble, consiste en inflar con aire la cámara formada por las dos películas. La cámara de aire es una barrera efectiva al flujo de calor, siendo la distancia óptima de separación entre las dos láminas de 2 a 10 cm. En este caso se puede alcanzar un ahorro energético del 45% cuando el invernadero tiene calefacción y si no tiene calefacción la temperatura mínima nocturna es de 2 a 3° C. más alta que en el invernadero cubierto con una sola lámina de polietileno.
Fig. 75. Cubierta de doble
pared de polietileno inflada con aire a presión.
Esta técnica es una mejora costosa pero eficaz del método anterior: la segunda película cuyo material tiene mejores propiedades aislantes que el polietileno, se extiende por la noche y se recoge durante el día, para dejar pasar la radiación solar.
El sistema es más caro puesto que requiere el mecanismo de apertura y cierre, la preparación y el cosido de la pantalla y su instalación, que será más o menos complicada en función del número de pilares y obstáculos que tenga la estructura del invernadero.
Fig. 76. Descripción del
sistema de fijación de una pantalla térmica en un invernadero
arqueado (ROBERTS,USA).
La eficacia de la pantalla, esto es, el aumento de la temperatura mínima en invernadero sin calefacción, depende de la calidad del material, la hermeticidad de la instalación, la cantidad de radiación solar recogida durante el día, las horas de apertura y cierre de la pantalla,... Los principales problemas unidos al uso de la pantalla son el costo, el sombreo de las plantas cuando la pantalla está recogida y la subsecuente reducción de producción, la acumulación de condensación de agua sobre el material, el aumento de humedad debido a la reducción de ventilación y en climas fríos el descenso brusco de temperatura cuando la pantalla se recoge durante las primeras horas de la mañana.
Propiedades de una pantalla térmica ideal:
Para que el material aislante sea ideal debe cumplir los siguientes requisitos:
a) Debe reflejar en vez de absorber el infrarrojo lejano. Si la pantalla refleja el infrarrojo lejano, que es emitido por las plantas, el suelo, la calefacción artificial, no aumenta su temperatura y por tanto trasmite menos calor hacia el exterior.
b) Ser móvil. Si el material es fijo siempre ocasiona una pérdida adicional de luz, que a menudo excede el nivel de tolerancia. Véase apart. 4.2. Si el material es opaco a la radiación, debe poder recogerse tan pronto como amanezca.
c) Debe ser buen aislante térmico, esto es, tener un valor K muy bajo e instalarse de manera que se eviten las fugas de aire entre las zonas de cultivo y la zona exterior a la pantalla.
d) Ser económica. El precio de las pantallas térmicas no tejidas es generalmente inferior a la de los materiales tejidos, pero la vida útil suele ser más larga.
Las pruebas e experimentos llevados a cabo en distintas zonas de la región mediterránea, demuestran que las pantallas térmicas sólo son económicas si se utilizan en invernaderos con calefacción. En invernaderos con cubiertas de polietileno sin calefacción las pantallas aumentan la temperatura nocturna tan sólo en 2 o 3°C. Si se quiere alcanzar mayor diferencia entre la temperatura interior y exterior, se debe recurrir al uso adicional de cubiertas dobles.
Además de las técnicas ya citadas existen otras de carácter complementario, cuya eficacia en cuanto a la conservación de calor es difícil de estimar, puesto que dependen de las condiciones particulares de cada invernadero. Entre estas técnicas cabe citar las siguientes:
1) El aislamiento de todas las partes opacas del invernadero, en particular los canales de recogida de agua, que son buenos trasmisores de calor.
2) El aislamiento de la pared N por medio de películas de polietileno de burbujas de aire o de cualquier otro material con bajo coeficiente K.
3) La protección de los vientos fríos por cortavientos que no sombreen los cultivos Véase 3.4.1.
4) Si es posible el aislamiento del suelo del invernadero y en las regiones más frías de las cimentaciones
5) La aspersión de agua sobre el techo en los períodos más fríos, (véase la Fig.77)
6) La aspersión de agua sobre la pantalla térmica dentro del abrigo.
7) El mantener humedad suficiente dentro del invernadero.
Otra manera de proteger los cultivos dentro del invernadero es la construcción de túneles bajos, ya sean permanentes o temporales, dentro de la estructura.
Fig. 77. Aplicación de
agua en la cubierta del invernadero (por la noche).
Referencias:
GRAFIADELLIS M. (1976). "The control of air temperature in plastic greenhouses". First Agric. Res. Symposium Bi: 302-309 (in Greek).
GRAFIADELLIS M. (1982). "The construction of an external plastic solar collector for heating greenhouses". First national congress on the use of renewable sources of energy. Volume A:185-196. Thessaloniki, Greece (in Greek).
GRAFIADELLIS M. (1982). "The construction of a collector distributor of energy in greenhouses". First national congress on the use of renewable sources of energy, Volume A: 177-184. Thessaloniki, Greece (in Greek).
GRAFIADELLIS M. et al. (1985). "A study of different greenhouse heating systems". Research Report I: 1-40 of Agricultural Research Center of Northern Greece, Thessaloniki, Greece.
GRAFIADELLIS M. (1985). "Development of two systems for heating greenhouses with geothermal energy". Research Report I:41-57 of Agricultural Research Center of Northern Greece, Thessaloniki, Greece.
GRAFIADELLIS M. (1985). "Development of a passive solar system for heating greenhouses". Proceedings of the second national congress on renewal sources of energy HEG 9-16. Thessaloniki, Greece.
La importancia del papel que juega la luz en la producción hortícola está fuera de duda. Los invernaderos deben conectar el máximo de radiación solar durante todo el día en invierno y durante el resto del año deben aprovechar la radiación de la mañana y de la tarde, para lograr un balance térmico favorable y activar la fotosíntesis al trasmitir parte del espectro visible.
Ya se han discutido en detalle las maneras de lograr la máxima trasmisión de luz de los invernaderos localizados en latitudes medias (mayores de 50º).
La pendiente del techo, la forma del invernadero y la orientación de la estructura son los factores clave.
En el N de Europa a mayor inclinación de la cubierta, mayor trasmisión de radiación. Además la orientación de E a O aumenta la cantidad de energía colectada en invierno.
En la región mediterránea, comprendida entre la latitud del Cairo (30º) y la de Aviñón (45º), el problema no es tan importante como en Bélgica o en Holanda.
La luz global recogida por una superficie horizontal el día 15 de diciembre ( solsticio de invierno), cuando el día es claro y la nebulosidad es la promedio, nos conduce a hacer las siguientes observaciones: La insolación potencial de la latitud de Niza es exactamente el doble que la de Bruselas o de la zona O de Holanda.
En Argel, Almería y Málaga es tres veces mayor que en Bruselas. En Agadir y el Cairo es más de 4 veces mayor.
Tabla 13. Iluminación solar global (sol y cielo) bajo cielo claro recibida el 15 de deciembre en función de la latitud (W.h./m2.d) nebulosidad media y superficie horizontal. Según Nijskens.
|
Latitud |
52° |
43.5° |
42° |
37° |
35.5° |
30° |
23° |
|
|
Bruselas |
Avignon |
Roma |
Argel |
Creta |
Cairo |
Meca |
|
Sol |
419 |
1166 |
1331 |
1954 |
2130 |
2875 |
4265 |
|
Cielo |
399 |
470 |
492 |
564 |
587 |
699 |
859 |
|
TOTAL |
818 |
1636 |
1823 |
2518 |
2717 |
3574 |
5124 |
La figura 78 muestra el potencial de luz para las condiciones de turbidez media (COEFICIENTE DE TURBIDEZ 3,20) del día 15 de diciembre de un conjunto de ciudades y zonas.
Las cifras de iluminación potencial mínima (día 15 de Diciembre) en la región mediterránea, fluctúa desde 1.636 vatios hora en Aviñón y Niza a 3.174 vatios hora metro cuadrado y día, en el Cairo si el día es claro. La relación entre ambos valores es de 1 a 2,2. Las variaciones reales de insolación son mayores puesto que unas regiones son más húmedas que las otras ( pluviometría de 1.500 a 1.800 mm en Tánger, de 300 a 500 en Almería y Málaga).
D. Klapwijk (1982) estudió el efecto que tiene la orientación y la pendiente del invernadero en la trasmisión de luz. Según este autor en Holanda latitud N de 52º, la luz tiene una influencia apreciable en el desarrollo del cultivo del tomate en otoño e invierno, conforme disminuye la luz aumenta la influencia, pero este efecto desaparece desde el 21 de marzo hasta el 31 de septiembre. En Holanda la tasa de crecimiento del tomate, disminuye linealmente desde el punto que recibe gran cantidad de luz ( 21 de marzo a 21 de septiembre ) hasta el punto en que reciben muy poca (21 de diciembre). Entre el 21 de marzo y el 21 de septiembre la tasa de crecimiento permanece constante a pesar de que la insolación sufre grandes cambios. Según este autor, la radiación recibida en Holanda a partir del 21 de marzo, parece ser el valor umbral a partir del cual las variaciones de luminosidad juegan un valor secundario.
La iluminación potencial en un día claro, el 15 de marzo, medido en superficie horizontal en condiciones de turbidez media en Holanda es de 3.694 vatios hora metro cuadrado y día, esta es la misma que se registra en el Mediterráneo S en el solsticio de invierno. En el Mediterráneo N no se alcanza este valor, pero la falta de luz es mucho menor que en Holanda y se extiende durante un período de tiempo más corto.
La trasmisión de luz del invernadero es un factor secundario en relación con otros como:
- El grado de suciedad de la cubierta plástica. El polvo puede disminuir la penetración de luz en un 30 a un 50 % y reducir seriamente la fotosíntesis, la naturaleza del plástico y sus cualidades electrostáticas son factores más fundamentales que la forma y la orientación de la estructura.
- Las maneras de controlar las pérdidas de calor, especialmente si se utilizan plásticos dobles. El uso de la segunda película instalada de manera permanente o de la pantalla térmica durante las primeras horas de la mañana, pueden llegar a doblar las perdidas de luz.
- El material de la estructura. Al comienzo del cultivo bajo plástico (1.955) e incluso hoy en aquellas regiones en las que se llega a implantar esta técnica, el propio productor hace su invernadero a veces con materiales de segunda mano. La madera produce más sombra que la estructura metálica y todo el conjunto de la estructura puede producir excesivas pérdidas de luz.
Los cortavientos hechos con árboles o arbustos, pueden sombrear al invernadero.
También merece la pena destacar que el factor de trasmisión de los materiales de cubiertas de invernadero y de las pantallas térmicas sobre el sombreo, es menor para la radiación difusa que para la directa. La diferencia puede ser de 7 al 10 % de acuerdo con las características del material. Además los valores de radiación registrados bajo cielo cubierto son menores que bajo cielo claro en aproximadamente el mismo porcentaje. Como resultado el factor de trasmisión en tiempo cubierto puede ser el 80 o el 90 % del valor medido en tiempo soleado.
Finalmente como ya se ha mencionado la orientación de las filas o hileras de cultivo, tiene más importancia en cuanto al uso de la luz por las plantas, que la forma y orientación del invernadero.
La humedad es uno de los factores medioambientales que influyen en el cultivo bajo invernadero. La influencia de la humedad no ha sido investigada con la misma profundidad que la de otros factores ambientales, quizás debido a la dificultad del control y de la medida precisa de esta variable.
El aire del invernadero es enriquecido con vapor de agua por evaporación desde el suelo y por transpiración de las plantas.
Durante la noche la evapotranspiración tiene poca importancia debido a que la transpiración queda reducida por causa del cierre de estomas y la evaporación del suelo es insignificante porque el déficit de presión de vapor es pequeño. Conforme la temperatura decrece en el invernadero y puesto que la humedad relativa h.r. varía inversamente con la temperatura para un contenido absoluto de vapor de agua constante en el aire, la h.r. aumenta y puede alcanzar valores próximos a la saturación.
Durante el día por efecto de la calefacción solar, la humedad absoluta del aire aumenta puesto que la apertura de los estomas hace aumentar la transpiración. Al mismo tiempo la humedad relativa puede disminuir con el aumento de la temperatura y en muchos casos puede alcanzar valores muy bajos, especialmente si el invernadero está bien ventilado. El cultivo tiene una influencia clara en la humedad ambiental: El tomate puede evaporar en condiciones óptimas hasta 15 gr de agua por metro cuadrado y minuto, esto es aproximadamente un litro por cada metro cuadrado y hora.
En relación con la humedad en el invernadero deben destacarse los siguiente puntos:
1. Definición y dependencia de la humedad
2. Influencia de la humedad en el clima del invernadero
3. Control de la humedad
Las plantas tienen que transpirar agua para trasportar nutrientes, para refrigerarse y para regular su crecimiento. La transpiración depende del déficit de saturación entre los estomas y el aire.
Cuando los déficits de saturación son demasiado altos o demasiado bajos influyen en la fisiología del cultivo y en su desarrollo.
Si la humedad ambiental es demasiado alta, el intercambio gaseoso queda limitado, reduciéndose la transpiración y por consiguiente la absorción de nutrientes.
Si la humedad ambiental es demasiado baja se cierran los estomas y se reduce la tasa de fotosíntesis.
La humedad alta puede dificultar la polinización puesto que el polen húmedo puede quedar pegado en los órganos masculinos.
La humedad ambiental puede favorecer el desarrollo de enfermedades. Si la temperatura del cultivo cae por debajo de la temperatura del rocío del aire, se condensa el agua y se favorece el desarrollo de enfermedades por hongos.
El aire húmedo es una mezcla de vapor de agua y de aire seco. Para caracterizar el contenido de vapor de agua en el aire se utilizan las siguientes índices:
- Humedad relativa (h.r.) = presión de vapor actual/presión de saturación. Se expresa en %.
La h.r. se define como el cociente de la presión de vapor actual y la que habría si el espacio estuviese ocupado por vapor en condiciones de saturación.
El concepto de h.r. es el más utilizado en relación con la humedad del aire, porque es fácil de medir pero no tiene significado si no se expresa al mismo tiempo la temperatura ambiental.
- Humedad absoluta = masa de vapor de agua/volumen (kg/m3)
La humedad absoluta es el peso del vapor de agua en un volumen dado de aire y se expresa en kg de vapor de agua por metro cúbico de aire seco.
La humedad absoluta y relativa dependen de la temperatura. A 15º C un metro cúbico de aire puede contener 13 gr de agua y a 35º C, 39 gr de agua.
- Contenido en agua = masa de vapor de agua/masa de aire seco (g/kg)
El contenido de agua es independiente de la temperatura.
Las plantas reaccionan fisiológicamente a: déficit de presión de vapor d.p.v.= presión de saturación - presión de vapor actual
Otro índice similar es la diferencia de contenido de agua = contenido de agua en saturación - contenido de agua actual.
Para una temperatura dada, el déficit de saturación de vapor de agua D.S.V. varía con la humedad del aire.
Si la temperatura es de 20ºC y la h.r. es del 60 % el poder de evaporación es doble que cuando las condiciones son de 20ºC y 80 % de h.r. (d.p.v.= 7,02 y 3,51 mm de mercurio).
Si la h.r. es del 60 %, el d.p.v.es 7,02 mm de mercurio si la temperatura es de 20ºC y 12,74 mm de mercurio si es de 30ºC. Por consiguiente la tasa de evaporación es el doble para la temperatura de 30º que la de 20ºC, si la h.r. es en ambos casos del 60 %.
Si la temperatura del aire es de 20º C y su h.r. 60 %, su d.p.v. es de 7,02 mm de mercurio. Si la temperatura del aire aumenta hasta 30º C. sin variar el contenido absoluto de vapor de agua, el d.p.v. aumenta desde 7,02 hasta 21,32 mm. de mercurio y por tanto la tasa de transpiración se triplica.
La temperatura del punto de rocío es el valor que marca la formación de condensación. La diferencia entre la temperatura de rocío y la temperatura actual del aire se denomina diferencia de punto de rocío. A mayor diferencia de punto de rocío, menor es el peligro de condensación de agua en el cultivo.
Al discutir la humedad relativa en el invernadero es necesario considerar cómo este factor varia de una manera natural en respuesta a las otras condiciones ambientales.
Si la masa de aire del invernadero se mantiene a una temperatura superior a la de la temperatura del material de cubierta, la humedad relativa es inferior a la de saturación. Esto puede ilustrarse sobre una carta psicrométrica, (ver Fig. 79). Según la figura, el aire a 21,1ºC y al 90 % de humedad relativa (punto a) es refrigerado hasta la temperatura de 10ºC. Por debajo de la temperatura de 17,5 ºC (punto b) se produce la deshumidificación (línea bb×) Si este aire es después recalentado hasta alcanzar 21, 1 ºC, sin adición de humedad, la humedad relativa es 49 % (punto c)
Si el aire húmedo del invernadero está en contacto con una superficie fría de temperatura inferior al punto de rocío del aire, se produce la condensación: La condensación tiene lugar en las superficies más frías. Por ejemplo la condensación se produce en los plásticos de cubierta incluso durante el día, en invernaderos cerrados, si la temperatura exterior es inferior a la interior. Como resultado se produce el proceso de deshumidificación del aire.
Si hay suficiente ventilación apenas hay diferencia entre la humedad relativa del aire de los invernaderos de vidrio. La diferencia es que la condensación se produce en forma de gotas en los materiales plásticos mientras forma una película continua sobre el vidrio. La mayor desventaja en el uso de materiales plásticos para cubrir invernaderos es el alto nivel de concentración de condensado en forma de gotas con la posterior caída sobre el cultivo.
Fig. 79. Ilustración
psicrométrica esquemática de un proceso de
deshumidificación y refrigeración con posterior
recalentamiento.
Se ha comprobado que la condensación reduce de una manera significativa la transmitancia térmica de algunos materiales de cubierta como el polietileno, debido a la absorción de las pérdidas de radiación.
La reducción de trasferencias de calor radiante no es completa porque la película de plástico no queda recubierta de una manera uniforme por las gotas de condensado. Los datos experimentales demuestran que el área efectiva ocupada por las gotas es del 70% cuando la condensación es abundante y del 25% cuando es ligera. El movimiento de aire producido por ventiladores eléctricos reduce o elimina totalmente la formación de condensación.
En condiciones de cielo despejado durante la noche a veces la temperatura del aire cae abruptamente después de la puesta del sol, debido a las alta pérdidas por radiación que ocurren antes de que se forme condensación sobre el material de cubierta. La formación de condensación es otro mecanismo de transmisión del calor del aire de los invernaderos hasta su cubierta.
Cuando el aumento de la humedad relativa del invernadero se aproxima al punto de saturación generalmente se producen problemas de desarrollo de enfermedades en las hojas, pero si la humedad es menor del 75% estos problemas son de menor importancia.
Se ha hecho un experimento para comprobar la incidencia de las enfermedades por hongos en el tomate, cultivado en tres regímenes de humedad:
A) sin control de la humedad relativa; B) con control de la humedad relativa hasta el 90% y C) control de la humedad relativa hasta el 75%. En el tratamiento A se observó una infección considerable de Cladosporium fulvum, siendo muy inferior en el tratamiento B y prácticamente inexistente en el tratamiento C. Se observaron resultados similares en la incidencia de Botrytis cinerea.
En el cultivo del tomate, también se ha observado la aparición de problemas de desarrollo anormal del color del fruto, roturas del mismo y aparición de manchas asociados con la baja polinización por causa de la humedad relativa baja. La humedad relativa baja también afecta de un modo adverso a la fertilización floral en el tomate, melón y judías verdes, induce el aborto de flores y causa el aumento del amargor en los frutos de pepino. Los experimentos en cámara de ambiente controlado, en los que únicamente se cambia el factor humedad muestran que la atmósfera húmeda aumenta de una manera considerable la eficacia del uso del agua, pero también produce modificaciones morfogenéticas. Bajo atmósfera húmeda la superficie foliar se ve reducida, los órganos vegetativos de almacenamiento se desarrollan más tarde o no se desarrollan, la floración y la fructificación se retrasan, la senescencia foliar ocurre antes y los estomas permanecen abiertos, durante un período de tiempo más prolongado permitiendo la difusión continua del CO2.
El factor principal que regula la humedad dentro de invernaderos sin calefacción en períodos fríos, es la formación de condensación en las caras internas de la cubierta. Si bajo estas condiciones no se añade humedad, la condensación da como resultado el descenso de la humedad relativa. Si la masa de aire se mantiene a un nivel térmico superior a la temperatura de las cubiertas, la humedad relativa será inferior a la saturación. La Fig. 79 ilustra este hecho. Los experimentos llevados a cabo en EEUU muestran que la humedad de un invernadero es normalmente menor del 90 % en los períodos fríos debido a la condensación en las superficies frías. En los invernaderos mediterráneos no hay certeza de que esto ocurra también.
A menudo la condensación se forma en las plantas causando infecciones y difusión de enfermedades. En los invernaderos sin calefacción este problema puede evitarse por:
- El aumento de la temperatura del aire y de las plantas.
- La mejora de la distribución del calor entre las plantas utilizando pantallas térmicas.
- Instalando sistemas de riego que ahorren agua.
En los invernaderos plásticos sin calefacción, la condensación puede reducirse de la siguiente manera:
- Para aumentar la temperatura del cultivo se pueden utilizar materiales de cubierta de baja transmitancia al infrarrojo o paredes dobles.
- Para reducir la humedad absoluta del aire se pueden utilizar acolchados plásticos y riego por goteo en vez de por inundación.
- Para evitar la caída del condensado sobre el cultivo se pueden utilizar productos con tratamiento antigoteo.
- Para reducir la zona de alta humedad ambiental se pueden defoliar las partes bajas de los tallos del tomate, para favorecer la circulación de aire y en caso de que se disponga de calefacción por aire, distribuir este en las bases de las plantas por medio de tubos perforados de plástico.
Se puede mantener un intercambio de aire permanente del interior y el aire exterior, de menor contenido de humedad, ventilando durante la noche a pesar de que se aumentan las perdidas térmicas por ventilación y evaporación de agua.
Si el ambiente es cálido se pueden señalar tres tipos de problemas diferentes asociados a la humedad:
1. Elevada humedad nocturna cuando no hay calefacción solar y cuando la temperatura externa es próxima o superior a la temperatura interior deseable.
2. Condiciones de alta humedad cuando el sol calienta el invernadero, pero no lo suficiente como para no tener que ventilar.
3. Baja humedad cuando el sol calienta el invernadero como para tener que ventilar.
La humedad relativa del invernadero tiende a hacer subir los niveles de saturación cuando la temperatura del aire exterior se aproxima o excede al aire interior y el potencial de condensación es nulo. En estas condiciones la humedad relativa se controla por ventilación hasta que cae por debajo del nivel requerido.
Si el aire exterior tiene un nivel elevado de humedad relativa, la ventilación debe complementarse con la calefacción artificial. Se ha comprobado que cada aumento de la temperatura del aire de un grado genera una caída próxima al 5% en la humedad relativa.
Durante los períodos cálidos la humedad relativa en el invernadero cae por debajo de los niveles deseados, para aumentarla se pueden usar las siguientes técnicas:
- Sombreo, (el descenso de la temperatura del aire va compensado con el aumento de la humedad relativa).
- El riego por aspersión del suelo, de las plantas y de los materiales de cubierta con agua, con lo que se consiguen dos beneficios: aumentar la humedad y disminuir la temperatura.
- Mejorar el movimiento del aire. Con ello se consigue aumentar la evapotranspiración y la humedad relativa de los invernaderos cerrados.
- Utilizar pantallas de evaporación y ventiladores eléctricos. De esta manera se evapora agua y aumenta la humedad relativa.
- Quemar gas para producir CO2 con lo que se añade humedad al aire interior.
- Utilizar nebulizadores que hacen bajar la temperatura y aumentan la humedad relativa.
El CO2 es el nutriente más importante de los cultivos, puesto que contiene aproximadamente un 44 % de carbono y una cantidad similar de oxígeno.
El aire es la única fuente de CO2 para las plantas y su contenido no excede el 0,03 % (300 ppm). Para producir 10 gramos de materia seca por metro cuadrado por día, el cultivo de tomate consume 2 litros de CO2, lo que corresponde aproximadamente con el resultado de la combustión de 0,03 de metros cúbicos de gas natural (aproximadamente 30 metros cúbicos de gas y 1.000 metros cuadrados de cultivos).
A pesar de la importancia del CO2, se ha prestado poca atención a la denominada nutrición carbónica. Se sabe que la velocidad de crecimiento de la planta decrece abruptamente cuando la concentración mínima de CO2 desciende por debajo de 300 ppm y además la mayoría de los cultivos producen mucho más cuando la concentración de CO2 disponible excede de este nivel. Se estima que la tasa de crecimiento del tomate bajo condiciones normales de luz disminuye el 80 % cuando la concentración de CO2 disponible cae por debajo de 100 ppm y aumenta el 20 % cuando la concentración alcanza 1.000 ppm.
Otro hecho importante es que la concentración en un invernadero con cultivo de tomate y buen grado de hermeticidad pasa al amanecer y en menos de dos horas de 300 ppm hasta menos de 100 ppm.
Según la bibliografía especializada, las cucurbitáceas tienen un comportamiento parecido. La bibliografía contiene las distintas relaciones entre la intensidad de luz disponible y la cantidad de CO2 absorbido por las plantas. Por citar un ejemplo, al tomate le basta la intensidad de 1500 lux, nivel de iluminación bajo, para utilizar las 300 ppm de CO2 contenidas en el aire: por encima de este nivel de luz el crecimiento de los cultivos aumenta si se añade cualquier cantidad de CO2.
También se ha dicho que debe suministrarse CO2 incluso si la insolación es baja, "siendo el incremento de CO2 sustitutivo de la falta de luz". Hay otra explicación para justificar el interés de añadir CO2 a bajos niveles de iluminación: cualquier incremento de la concentración de CO2 lo hace más accesible a la planta, facilita los intercambios entre el aire exterior y la cavidad subestomática.
El problema del enriquecimiento con CO2 en la región mediterránea es el siguiente: tan pronto como amanece (es decir, en cuanto que hay luz), independientemente de que el invernadero esté o no esté abierto, la concentración de CO2 es escasa y las plantas no fotosintetizan a su tasa óptima. La carencia de CO2 aumenta con el grado de estanqueidad del invernadero y depende también del tiempo que se tarde en abrir las ventanas: las plantas corren el riesgo de no poder alcanzar su punto de compensación, esto es, respiran más de lo que fotosintetizan.
Debería investigarse la manera de establecer un método para suministrar CO2 económicamente durante un período de tiempo, por ejemplo durante la mañana, en lugar de tratar de mantener un nivel determinado de CO2 (600, 900 ó 1200 ppm) como se hace en los países industrializados. Es importante que el agricultor tome conciencia de que las plantas necesitan CO2 de la misma manera que necesitan N, P y K, incluso cuando el invernadero está ventilado.
A pesar de que los autores no están totalmente de acuerdo, parece que el suministro de CO2 es siempre una fuente de mejora del cultivo. Queda por saber cual es el punto ECONOMICO, esto es, cuando se compensa el costo de añadir el gas con el aumento retributivo del cultivo.
Al contrario de lo que ocurre en el centro de Europa, el invernadero mediterráneo no necesita sensores ni reguladores de CO2. Estos equipos son demasiado caros, pues superan de lejos la cifra de 1000$ USA. Además, los agricultores deben hacer frente a los problemas técnicos derivados, sin olvidar entre ellas la irregularidad o falta de suministro eléctrico.
Se recomienda instalar quemadores pequeños con combustibles puros que generen solo CO2 y H2O, sin olvidar que otra fuente de CO2 es la fermentación de la paja usada como acolchado.
Puesto que la pureza de los productos generadores de CO2 no es homogénea, o puesto que tales productos no existen en todos los países, no se pueden establecer recomendaciones válidas para todos los casos. No obstante, debe recordarse que puesto que la concentración de CO2 es menor cuando el invernadero está cerrado, es decir cuando la temperatura exterior es baja, el instalar quemadores pequeños de fuel o de butano puede ser muy provechoso y además el calor generado siempre beneficiará las condiciones ambientales. Es decir, el suministro de CO2 no debe considerarse como una técnica en sí mismo, sino como un producto derivado de la calefacción, ayudándose mutuamente una técnica y otra.
