Climatización de invernaderos

El correcto desarrollo de los cultivos depende principalmente de que factores ambientales tales como la temperatura, humedad relativa, luz y CO2 se encuentren en su rango óptimo. Las diferentes prácticas llevadas a cabo para la adecuada climatización de invernaderos favorecen que estos parámetros se encuentren dentro de los límites.

Parámetros a controlar

La temperatura (T) es el parámetro de mayor importancia que climáticamente hay que controlar. En la Tabla 2 se muestran las temperaturas en función de las necesidades y limitaciones de la especie que se cultive.

  Tomate Pimiento Berenjena
T mínima letal 0-2 -1 0
T mínima biológica 10-12 10-12 10-12
T óptima 13-16 16-18 17-22
T máxima biológica 21-27 23-27 22-27
T máxima letal 33-38 33-35 43-53

Tabla 1 – Exigencia de la temperatura (°C) en solanáceas (Pérez et al., 2007)


Fig. 1 – Ventana cenital para el control de la temperatura y la humedad relativa

El calor se transmite en el interior del invernadero por conducción, convección, infiltración y radiación:

  • La conducción es producida por el movimiento de calor a través de los materiales de cubierta del invernadero.
  • La convección es producida por el movimiento de calor de las plantas, suelo y estructura del invernadero.
  • La infiltración es producida por el intercambio de calor del interior del invernadero y el aire frío del exterior a través de las juntas de la estructura.
  • La radiación es producida por el movimiento de calor a través del espacio transparente.

La humedad relativa (HR) es la relación existente entre la cantidad de vapor de agua que tiene una masa de aire y la cantidad máxima que podría tener. La humedad relativa óptima para las solanáceas se encuentra alrededor del 50-60%. Por otro lado, es importante saber también que la relación existente entre la humedad relativa y la temperatura es inversa.

Cuando la HR es excesiva, las plantas reducen la transpiración y su crecimiento disminuye. También aumenta la susceptibilidad de éstas a enfermedades de origen criptogámico. Por el contrario, si la HR es baja, la transpiración aumenta, pudiendo incluso deshidratarse la planta. En ambos casos el proceso de cuajado se complica.

La iluminación dentro del invernadero es un factor que repercute directamente sobre el proceso de fotosíntesis realizado por las plantas. Para conseguir una mayor luminosidad hay que cuidar aspectos como:

  • Transparencia de la cubierta.
  • Orientación del invernadero.
  • Ángulo máximo de la radiación que incide sobre la cubierta.
  • Acolchado correcto.
  • Malla de sombreo.

La concentración de CO2 está involucrada en la función de la clorofila en las plantas. Por tanto, si se desea que la actividad fotosintética sea óptima, debe encontrarse alrededor del 0.1 – 0.2%.

La presencia de este gas es muy variable a lo largo del día. Durante las últimas horas de la noche o en las primeras de la mañana, los niveles de CO2 se incrementan (500ppm), pero conforme avanza el día van descendiendo (a 100ppm se paraliza la fotosíntesis) como consecuencia del incremento de la actividad fotosintética. La tasa de absorción de dióxido de carbono es proporcional a la cantidad de luz recibida, de ahí la importancia del enriquecimiento en CO2 (900ppm) en las horas centrales del día.

Si las plantas están estresadas por cualquier razón como podría ser la temperatura o la radiación, es preferible no usar CO2 adicional, manteniendo los niveles en 300ppm aproximadamente únicamente mediante la ventilación natural. Al igual ocurre cuando es necesario abrir las ventanas. En este caso, se pierde más CO2 del que se utiliza. Por esta razón, el enriquecimiento con CO2 se hace principalmente durante los meses fríos.

Calefacción de invernaderos

Los aportes de calor pueden realizarse al suelo (conducción), a la parte aérea de la planta (convección o radiación) y a ambas.

Calefacción por convección

  • Calefacción aérea por agua caliente: Circulación de agua caliente (60-80°C en circulación, 80-90°C en caldera) por una red de tuberías de acero (25-40mm de diámetro) a 10cm sobre el suelo. Se caracteriza por proporcionar una temperatura al invernadero uniforme.
  • Calefacción por aire caliente: Circulación de aire caliente mediante el uso de tubos perforados próximos a las plantas. Provoca un rápido aumento de la temperatura y genera importantes gradientes térmicos sobre el cultivo. Sin embargo, la distribución del calor es deficiente. Los sistemas más utilizados son 1) aerotermos, 2) generadores de aire caliente de combustión directa e 3) indirecta.
  • Transmiten a la atmósfera del invernadero, mediante un ventilador, el calor de un cuerpo caliente (intercambiador de calor por el que circula agua caliente proveniente de una caldera).
  • El elemento calefactor se alimenta con combustible. Los gases liberados en la combustión quedan en la atmósfera del invernadero pudiendo causar fitoxicidad si ésta es deficiente.
  • Están compuestos de una cámara de combustión y un intercambiador de calor con ventilador. El intercambiador de calor separa el aire caliente de los gases de combustión, los cuales se extraen al exterior mediante una chimenea.

Calefacción por conducción

Proporciona una temperatura adecuada en la zona radicular del cultivo. Para ello, requiere de un suelo conductor (suelo húmedo) en el que pueda colocarse un aislante en profundidad para limitar las pérdidas.

  • Calefacción de suelo: Se utiliza una caldera central que aporta calor al suelo mediante la circulación de agua caliente por intercambiadores de calor (tubos de polipropileno con un Ø=15-30mm por los que circula agua a T<40°C) que se deben colocar a una profundidad equivalente a la mitad del espesor de la capa de suelo que se desea calentar y con una distancia entre los mismos similar a la profundidad establecida.
  • Calefacción del sustrato: Se utilizan tubos de polietileno o polipropileno de unos 25mm que se pueden colocar debajo o encima del sustrato. Por estos intercambiadores circula agua caliente, con una temperatura que depende de la colocación del intercambiador. Bajo el sustrato: 1 intercambiador/contenedor de sustrato pudiendo alcanzar temperaturas de 25-30°C.
    Sobre el sustrato: ≥1 intercambiador/contenedor de sustrato pudiendo alcanzar temperaturas de 30-40°C.

Calefacción por convección y radiación

Están compuestos por una fuente de calor constituida por una caldera central (fuera del invernadero) y una red de distribución aérea por la que circula agua caliente (Tagua > Tambiente invernadero). Generalmente esta red se sitúa cerca de las plantas. De este modo, la eficiencia del sistema es mayor, permitiendo que la temperatura del agua sea menor.

Control de la temperatura mínima sin gasto energético

Las alternativas para aumentar las temperaturas mínimas de forma pasiva son las siguientes:

  • Pantallas térmicas: Elementos que extendidos a modo de cubierta sobre los cultivos tiene como principal función ser capaz de variar el balance radiactivo. Provocan un aumento de la temperatura mínima nocturna del invernadero, cultivo y suelo, debido a la menor pérdida de radiación de onda larga por la noche y por renovación de aire. Provoca también una disminución en la transpiración nocturna del cultivo, por lo que se reduce el calor consumido por evapotranspiración. Por último, resulta un complemento esencial de los sistemas de calefacción ya que reduce el gasto energético. Adicionalmente proporciona cierta protección frente a posibles quemaduras solares y al exceso de temperatura.
  • Mantas térmicas: Consisten en una lámina de filamentos continuos de polipropileno soldados térmicamente (Figura 2).


Fig. 2 – Colocación de manta térmica

Se coloca sobre el cultivo para favorecer la germinación y el desarrollo vegetativo inicialmente ya que incrementan la temperatura. Acumulan el calor durante el día, conservando unos 4°C por encima de la temperatura ambiente durante la noche.

  • Doble cubierta: Colocación interior de una película plástica separada unos centímetros de la cubierta principal utilizando aire a presión. De este modo, se consigue un mayor ahorro energético sobre todo en invernaderos calefactados. El inconveniente reside en la disminución de la transmisividad.

Refrigeración de invernaderos

Temperaturas excesivamente elevadas causan daños en la morfología y en los distintos procesos fisiológicos de las plantas. Para aminorarlos se puede recurrir a :

Sombreo

Dentro de los diferentes sistemas de sombreo, se pueden diferenciar los estáticos de los dinámicos.

  • Encalado (Estático): Blanqueo de la cubierta del invernadero a base de Carbonato cálcico (CaCO3) o Hidróxido de calcio (Ca(OH)2) como se muestra en la Figura 3 y 4.

    

 

 

 

 

Fig. 3 y 4 – Blanqueo de la cubierta de un invernadero

Esta práctica tiene una serie de inconvenientes relacionados con la permanencia de la cal, la imposibilidad de ajuste del grado de sombreo y la falta de homogeneidad tanto en la aplicación como en la limpieza del blanqueo.

  • Mallas de sombreo (Estático): Reducen la temperatura del invernadero y la transpiración del cultivo, debiendo transmitir la mayor cantidad de radiación fotosintéticamente activa y reflejar la máxima cantidad de radiación de infrarrojo corto proveniente del sol. Si la colocación de las mallas se ha en el exterior, la reducción de la temperatura será mayor. En caso contrario, se absorbería la radiación solar y se convertiría en calor dentro del invernadero, el cual debería ser evacuado mediante ventilación.

El inconveniente del uso de mallas de sombreo reside en que provoca en las primeras horas del día y las últimas de la tarde, así como en los días nublados, un sombreo excesivo, reduciendo por tanto la fotosíntesis.

  • Cortinas móviles (Dinámico): Son mallas de sombreo móviles que permiten un uso más eficiente de la radiación disponible. Estas cortinas están dotadas de un sensor de radiación fotoactiva.
  • Riego de la cubierta (Dinámico): Consiste en la aspersión de agua por medio de un equipo instalado en la cumbrera, creando una película de agua que fluye sobre la pared.

Ventilación

La ventilación consiste en la renovación del aire dentro del invernadero, de manera que se actúa sobre la temperatura, humedad, contenido en CO2 y oxígeno que hay en el interior del mismo. La ventilación puede llevarse a cabo de forma natural o forzada.

  • Ventilación natural: Se consigue mediante la colocación de ventanas tanto en las paredes (ventanas laterales, Figura 5) como en el techo del invernadero (ventanas cenitales, Figura 1). Una ventana cenital resulta a efectos de aireación hasta ocho veces más efectiva que una lateral de igual superficie. Las ventanas deben ocupar entre 18-22%.


Fig. 5 – Ventana lateral

  • Ventilación forzada: Se establece una corriente de aire mediante ventiladores extractores, en la que se extrae aire caliente del invernadero. El volumen extraído es ocupado inmediatamente por aire del exterior. Con este sistema únicamente se puede conseguir una temperatura idéntica a la exterior pero proporciona un mayor control.


Fig. 6 – Ventilación forzada

Refrigeración por evaporación de agua

Cuando el agua pasa de estado líquido a gaseoso absorbe calor. Si se dispone de un equipo capaz de vaporizar agua, la vaporización absorberá calor del aire del invernadero y por tanto, bajará la temperatura. Destacan los siguientes sistemas:

  • Cooling System: Consiste en una pantalla de material poroso que se satura de agua por medio de un equipo de riego. La pantalla se sitúa a lo largo de todo el lateral o frontal del invernadero. En el extremo opuesto se instalan ventiladores. El aire pasa a través de la pantalla porosa, absorbe humedad y baja su temperatura. Posteriormente es expulsado por los ventiladores.
  • Fog System: La nebulización consiste en distribuir en el aire un gran número de partículas de agua líquida de tamaño próximo a las 10µm como se observa en la Figura 7.


Fig. 7 – Nebulización fina

Debido a su reducido tamaño, su velocidad de caída es muy pequeña, de modo que permanecen suspendidas en el aire del invernadero el tiempo suficiente como para evaporarse sin llegar a mojar los cultivos.

Fertilización Carbónica

El método más sencillo para evitar que la concentración de CO2 dentro del invernadero descienda, es manejar la ventilación para renovar la atmósfera interior. De este modo, se consiguen las 300ppm que hay normalmente al aire libre. Las alternativas para mantener un nivel alto de CO2 en el invernadero son las siguientes:

  • Gases de combustión de la instalación de calefacción: Consiste en la recuperación de los gases de la combustión de la calefacción e introducirlos en el invernadero. Los principales inconvenientes de estos sistemas residenen que las necesidades máximas de fertilización carbónica se requieren cuando el sistema de calefacción se encuentra con menor actividad.
  • Generadores de CO2: Estos sistemas queman combustibles como propano o gas natural y están diseñados para maximizar la producción de CO2 y minimizar la de otros productos secundarios de combustión.
  • Inyección de CO2 almacenado en bombonas: Consiste en instalar un sistema de elementos dosificadores que distribuyen el CO2 procedente de las bombonas. En este caso debe valorarse el gasto que supone el suministro continuo de dichas bombonas y su rentabilidad en función de cada invernadero y el producto que se obtenga.