Control climático en invernaderos

Desde siempre, la agricultura se ha visto afectada por factores externos como lluvia, viento o granizo, que hasta hace poco no se podían controlar sino empleando técnicas de riego, fertilización o cultivo bajo abrigo. Para manejar el clima dentro de un invernadero debemos tener en cuenta parámetros tan importantes como la temperatura, la humedad, la radiación y la concentración de CO2.

Sistema Humifito

1- Situación actual de la agricultura y justificación del control climático.

Desde siempre, la agricultura se ha visto afectada por factores externos como la lluvia, el viento, el granizo… que hasta hace no mucho tiempo no se podían controlar sino únicamente empleando diversas técnicas referidas al riego, la fertilización o el cultivo bajo abrigo.

Para manejar el clima dentro de un invernadero debemos tener en cuenta, aparte de la gran variabilidad que se registra a lo largo del día, parámetros tan importantes como la temperatura, la humedad, la radiación y la concentración de CO2.

Es por ello por lo que hoy día se han desarrollado modernas técnicas para el control de clima que nos permiten depender cada vez menos de los factores climáticos y que favorecen que la rentabilidad de una explotación esté directamente relacionada con nuestro esfuerzo.

2- Factores a controlar y su importancia en la producción.

Los factores climáticos que afectan a la producción agrícola son la luz, la temperatura, la humedad, la concentración de CO2, el viento y la lluvia. Cuanto más control tengamos sobre ellos, el éxito y la seguridad del agricultor en su actividad productiva se verá incrementada.

En el interior de un invernadero, los factores climáticos afectan de diferente forma sobre el cultivo, de modo que los podemos controlar incidiendo en distintos puntos; La variación de parámetros tales como la luz, la temperatura o la concentración de CO2 afecta de forma directa sobre la fotosíntesis de la planta, de modo que los procesos de respiración y división celular se ven alterados de algún modo. Por otro lado, con la aplicación de agua y de nutrientes podemos influir sobre la temperatura de las raíces y la humedad del aire, lo que implica una variación en la división y en el crecimiento celular.

Con el control de los factores climáticos obtendremos un incremento de la calidad y la producción, aumentando la rentabilidad del cultivo. Además, podremos adelantar la siembra y con ello la recolección, lo que significa que pondremos nuestros productos en el mercado antes que otros productores, es decir, cuando los precios sean más favorables; también podremos producir en épocas extremas de frío y de calor, en las que mermaba la calidad y producción.

Calefacción por agua caliente a baja presión

3- Equipos de control

Para controlar todos esos parámetros necesitamos una serie de equipos que se utilizarán en diferentes ocasiones en función de la necesidad del momento.
A continuación desarrollaremos brevemente los más importantes atendiendo al parámetro que controlan.

LUZ

La radiación solar es la fuente de energía para el crecimiento y desarrollo de las plantas y el principal insumo de la bioproductividad vegetal. Sin embargo, durante los meses de invierno, la luz constituye generalmente el principal factor limitante de la producción. Por el contrario, en verano supone un incremento de la temperatura en el interior del invernadero y del propio cultivo. Es por ello por lo que resulta importante tener constancia de la evolución de la radiación solar, midiéndose por diferentes sensores de medida:

*Luxómetro (Klux): mide la intensidad luminosa que se encuentra entre las longitudes de onda de la radiación visible pero sin diferenciarlas.
Ejemplo: Invierno: 10 Klux; Verano: 100 Klux
*Watímetro (W/m2): mide la intensidad visible a la que la planta es más sensible, principalmente el rojo. (Medidor de PAR)
Ejemplo: Invierno: 50 W/m2; Verano: 450 W/m2
*Kipp-solary: (W/m2) mide la radiación global (300-3.000 nm) y después puede dividirla en radiación visible y PAR
Ejemplo: Invierno: 100 W/m2; Verano: 1.000 W/m2

TEMPERATURA

La temperatura del aire del interior del invernadero y de las propias plantas incide de manera directa sobre el proceso de la fotosíntesis, de modo que el equilibrio respiración-transpiración se ve afectado. Es por ello por lo que las elevadas temperaturas, hecho conocido por todos, provocan pérdidas de producción y calidad.

Sin embargo, la variación de la temperatura se encuentra estrechamente relacionada con la humedad; Cuando la temperatura sube, el aire es capaz de absorber una mayor cantidad de humedad. Es por ello que un control sobre la temperatura tanto en exceso como en defecto, implica un control de la humedad.

Para regular el exceso de temperatura se pueden emplear varios medios:

1- Ventilación:

Calefacción por agua caliente a alta presión

También es muy importante la forma y orientación de las ventanas en función de los vientos dominantes (barlovento y sotavento). En la actualidad, se instalan ventanas abatibles de tubo cremallera y bandas enrollables desde arriba.

*Ventilación forzada:
Otro tipo de solución es la instalación de ventiladores helicoidales de gran caudal entorno a los 40.000 m3/h. Este sistema sirve para evacuar zonas de acumulación de calor (partes altas de invernaderos con pendiente). También es frecuente el empleo de destratificadores.

2- Pantallas de sombreo y mixtas

Hasta hace poco tiempo se utilizaba el encalado como único método para el control de la radiación solar que daba como resultado una importante reducción de la temperatura.
Hoy en día se utilizan las mallas de sombreo, pero su manejo requiere de un controlador climático para abrirla o cerrarla en función de la humedad relativa interior.

Además, en los últimos tiempos se están empleando pantallas mixtas que combinan propiedades de sombreo y de ahorro energético, ofreciendo una gran ventaja de manejo y de instalación, de modo que por el día se usan para controlar el exceso de T, y durante la noche para mantener una T mínima y ahorrar calefacción (hasta un 30%).

3- Nebulización (alta y baja presión)

En el caso del empleo de la nebulización para disminuir la temperatura en el interior del invernadero se dispone en la actualidad de varias opciones:

*Nebulización a alta presión (Fog system)
Se trata de una serie de boquillas colocadas a lo largo de tuberías timbradas para soportar presiones de trabajo de 60-70 bares (se necesita un mínimo de 40 bares de presión). Se suele colocar una cada 8-10 m2, y el caudal de agua que se vaporiza por boquilla está entorno a los 5 l/h (60-70 bares). El diseño de la boquilla es muy importante. El chorro de agua choca con un obstáculo en la boquilla de forma que provoca un cono de gotas de las cuales el 95% son menores de 20 micras de diámetro.

Calefacción por combustión directa

*Nebulización a baja presión
El sistema es similar al fog system pero la baja presión a la que trabaja (4-6 bares), provoca una gota muy grosera y suele mojar la planta.
Es eficiente en algunos cultivos en épocas muy calurosas de máxima evaporación, pero en semilleros y plantas ornamentales es muy perjudicial por las manchas que provoca la gota de agua.

*Cooling system
Consiste en colocar en un extremo un panel poroso saturado de agua (con un sistema de riego), y en el otro extremo una serie de ventiladores helicoidales de gran caudal. El aire del exterior pasa por el panel humectante, absorbe la humedad y baja la temperatura del interior del invernadero. Posteriormente, el aire húmedo y caliente es expulsado por los ventiladores.
Es bastante eficaz para pequeñas superficies. Su recorrido está limitado a 30 m, aunque en invernaderos largos se pueden colocar los ventiladores en el techo. Además, dicha eficacia depende en gran medida de la estanqueidad del invernadero, para que el aire forzado entre a través del panel, que se suele colocar a barlovento.

*Nebulización agua-aire
Es un sistema de trabajo a baja presión, en el que la rotura de la gota se hace por aire a presión. El sistema es tan eficaz como un fog system, con la ventaja de poder utilizarse para tratamientos fitosanitarios. El mayor handicap es la potencia eléctrica consumida para comprimir el aire.

Para regular el defecto de temperatura se pueden emplear varios medios:

1-Pantallas térmicas

Se trata de un método pasivo de aumentar la temperatura en el interior del invernadero.
Las pantallas deben ser móviles y estar completamente automatizadas; Lo ideal es la colocación de pantallas móviles de ahorro energético y sombreo; Durante el día protegerán al cultivo de la intensa radiación y de las elevadas temperaturas pero no han de dificultar la ventilación. Por la noche pueden aumentar la humedad relativa (sin llegar a producir condensación) en el caso de no disponer de calefacción y evitará la pérdida del calor acumulado durante el día.

Las pantallas más eficientes son las aluminizadas. En cualquier caso, se colocan de norte a sur y, frecuentemente, en combinación con un sistema de calefacción debido al ahorro energético que supone; Este ahorro energético es función de la estanqueidad del invernadero, que según fabricantes puede alcanzar un 30-50%.

2-Dobles cubiertas

Se trata de otro método pasivo cuya función es la de promover una ganancia térmica y evitar condensaciones. Consiste en la colocación de una capa de plástico, por debajo de la cubierta principal, de unas 50-100 m, separada de la cubierta de 2 a 10 cm. En el interior se aplica aire a presión, para formar un colchón de aire. El ahorro de energía que produce está entorno al 30%, además de dotar al invernadero de una mayor resistencia estructural. Sin embargo, reducen la transmisión de la luz alrededor de un 10 % al no poder ser retiradas durante el día.

En cuanto a los métodos activos de incremento de la temperatura, disponemos de ventilación y calefacción.

3-Calefacción

Los motivos por los que en determinadas circunstancias interesa aumentar la temperatura en el interior de un invernadero son las de incrementar la velocidad de crecimiento de las plantas, la de reducir la humedad relativa del ambiente y la de eliminar los riesgos de heladas.
En el caso de emplear calefacción, además de evitar la llegada a la temperatura mínima letal del cultivo se ha de intentar aportar la temperatura óptima de crecimiento, teniendo siempre presente que al no dejar de renovar el aire, habrá una pérdida de calor.

La calefacción puede realizarse por agua o aire caliente.

*Calefacción por aire caliente
Entre los sistemas de calefacción, es el que menor coste de instalación supone. La corriente de aire que produce elimina la condensación de la cara interna del invernadero y resulta ser un sistema sencillo de regulación de la temperatura, además de ser aprovechable en verano si reemplea como destratificación.

Sin embargo, la distribución de calor resulta irregular, no proporcionando uniformidad en cuanto a la temperatura del interior del invernadero se refiere. Además, la potencia térmica que puede proporcionar es limitada y el consumo de combustible es elevado. Otros puntos en su contra es que sólo calienta la parte aérea de la planta y, en caso de avería, el enfriamiento del aire se produce rápidamente.

Existen dos formas de calentar el aire, bien por combustión directa o indirecta.
Cuando la combustión se produce de forma directa, además de elevar la temperatura se realiza un aporte extra de CO2 y de humedad al ambiente, pero pueden darse casos de fitotoxicidad. Los combustibles empleados son limpios (gas natural, propano…). La gran ventaja de este sistema es la extrema sencillez constructiva. Por otro lado tenemos la calefacción por aire caliente generada por combustión indirecta de gasoil, lo que implica la necesaria evacuación de los gases generados a través de chimeneas.

*Calefacción por agua caliente
Se trata de un sistema de calefacción que se aplica al suelo mediante gran cantidad de emisores, proporcionando una muy buena uniformidad en la temperatura del aire. Además, representa un ahorro energético frente a la calefacción por agua caliente de un 10 a un 20 %, especialmente cuando son frecuentes los vientos fuertes. El incremento de temperatura conseguido también es superior y, además de la parte aérea, calienta las raíces, permitiendo una diferencia entre la temperatura de ambas inferior a los 5-7ºC.

Los inconvenientes de este sistema respecto al de aire es su elevado coste, suponiendo unas cuatro veces más. Tampoco su respuesta a los cambios de temperatura es rápida. Otro punto en su contra es la necesidad de una sala de calderas y el mantenimiento del sistema es elevado.

Calefacción por combustión indirecta

La instalación, en cualquier caso, consta de diversos elementos como caldera, quemador (de una etapa, de dos o modulares), chimenea para la extracción de los gases resultantes de la combustión, circuitos de expansión y de anticondensación, circuitos del anillo principal y de ida y retorno al campo, distribución de tuberías en el campo y almacenamiento de combustible.

CO2

De todos es conocida la importancia que para el correcto desarrollo de los cultivo es el CO2 además del agua y la luz. La planta requiere una concentración de 700 a 1000 ppm para producir óptimos de calidad y cantidad. Sin embargo, en el exterior hay entorno a 300 ppm, llegando incluso a niveles inferiores a 100 ppm en el interior del invernadero.

Al amanecer los niveles de CO2 son más o menos óptimos, pero según va consumiendo la planta va descendiendo. A partir de ese momento sería beneficioso el aporte de CO2, distribuyéndolo con una red especial ó simplemente ventilando para conseguirlo del exterior, lo que resulta insuficiente.

La fertilización carbónica que mantenga unos niveles óptimos de CO2 en el ambiente, produce aumentos de producción del orden del 15 - 25 %. Mediante el aporte de CO2 y un buen control de la ventilación podemos obtener unos niveles mínimos entre 350 y 400 ppm. Sin embargo, debido al elevado coste del CO2, junto con las necesidades de ventilar durante el día, nos lleva a mantener unos niveles mínimos óptimos. El aporte de CO2 se realizara bien mediante de un tanque de CO2 puro, repartido por canalizaciones, o aprovechando los gases de combustión de una caldera o de generadores de aire de combustión directa.

HUMEDAD

Las oscilaciones higrométricas en un invernadero son muy elevadas, produciéndose condiciones de saturación durante la noche (condensación) y bajadas muy bruscas durante el día. Por un lado, los excesos provocan el desarrollo de enfermedades; por otro, las bajadas prolongadas de humedad pueden producir situaciones de estrés en la planta.

Una buena gestión de la ventilación no es suficiente para obtener niveles de humedad óptimos, pero si la apoyamos con la calefacción (para reducir humedad) podremos conseguirlo. Igualmente, para conseguir aumentar la humedad no sólo deberemos de mantener bien regado y desarrollado el cultivo, sino que deberemos utilizar los sistemas de nebulización anteriormente mencionados en el control de la temperatura.

Uno de los sistemas que funcionan de forma idónea para incrementar la humedad en el interior de un invernadero es el humidificador Humifito que tiene dos funciones, una como aporte de humedad y otra como sistema de aplicación de fitosanitarios.

Aunque su función principal no es la de aportar humedad, si es cierto que se trata de un sistema de humidificación de baja presión económico que realiza una distribución uniforme del agua y que produce un tamaño de gota que no moja a la planta.

En lo que respecta a su función como aplicación de fitosanitarios, decir a su favor su alta eficiencia por acceder a todas las partes aéreas de las plantas, abarcar todo el invernadero en un corto espacio de tiempo, la aplicación es controlada y automatizada, empleando dosis menores de fitosanitarios y, lo más importante, disminuyendo las posibilidades de intoxicación de la persona aplicadora.