Control de clima en el

invernadero

Almería 23 de febrero de 2016

Sistemas de Evaporación de agua: estrategias de

manejo en función de las variables climáticas y la

fenología del cultivoEvangelina Medrano Cortés

IFAPA, Centro La Mojonera

8:00 hora solarRefrigeración por Evaporación de Agua

Conceptos básicos: Demanda evaporativa del aire Transpiración del cultivo

Tipos Paneles Evaporativos Boquillas de Nebulización

Efecto sobre el aire del invernadero y sobre el cultivo

IFAPA: P. Lorenzo, M.C. Sánchez-Guerrero, E. Medrano y col. E E Cajamar: J.C. López, J.C. Gázquez y col. Universidad de Thessaly: C. Kittas, N. Katsoulas y col.

Refrigeración por evaporación de agua

Refrigeración: Eliminación del exceso de carga energética en el interior del invernaderoEvaporación de agua: El cambio de estado de líquido a gaseoso consume energía

λ Calor latente de vaporización de agua 2,5 MJ/kg

Energía absorbida por 1 kg de agua en el proceso de evaporación

Nebulización - Reduce la demanda evaporativa del ambiente- Reduce la temperatura del aire

Tipos- Paneles evaporativos- Boquillas de Nebulización

Carga energética

Ventilación

Calor sensibleCalor latente

0

5

10

15

20

5 10 15 20 25 30 35

Déf

icit

híd

rico

(g/

m3

)

Temperatura (ºC)

HR=70%

HR=40%

HR=50%

HR=60%

Déficit Hídrico (g/m3): Gramos de vapor de agua que puede admitir 1 m3 de aire en unas condiciones determinadas (Temperatura y Humedad Relativa) para alcanzar el estado de saturación.

7,7

13,8

0

5

10

15

20

5 10 15 20 25 30 35

Déf

icit

híd

rico

(g/

m3

)

Temperatura (ºC)

HR=70%

HR=40%

HR=50%

HR=60%

Déficit Hídrico (g/m3): Gramos de vapor de agua que puede admitir 1 m3 de aire en unas condiciones determinadas (Temperatura y Humedad Relativa) para alcanzar el estado desaturación.

5,1

9,2

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 5 10 15 20 25 30 35

DP

V (

kPa)

Temperatura (ºC)

HR = 40%

HR = 50%

HR = 60%

HR = 70%

Déficit de presión de vapor (kPa): Diferencia entre la presión del vapor de agua que habría cuando el aire estuviera saturado de agua (es) y la existente en el aire (e) en unas determinadas condicines.

DPV (kPa) = 0,1382 DH (g/m3) (1 kPa ~ 7 g/m3)

DPV= es – e

HR = 100 e/es

Rango de consigna

8:00 hora solar

La eficiencia de la nebulización aumenta cuanto menor es la humedad relativa en el interior del invernadero (fase inicial del cultivo) o bien cuanto más árido es el clima exterior.

Cutivo de pimiento

invernadero parral mejorado

con blanqueo

50%

40%

25%

30ºC

27ºC23ºC

HR 50%HR 100%

HR 25%

HR 10%

Diagrama

Psicrométrico

Tasa de transpiración del cultivo Clima del Invernadero

λE = a GInterceptada + b LAI DPV

( a y b coef. según cultivo)

LAI= m2 hoja/m2 suelo

0

200

400

600

800

0 1 2 3 4 5

Gin

terc

ep

tad

a(W

m-2

)

LAI

G 700 W m-2

Carga energética

Ventilación

Calor sensibleCalor latenteλE

G

Tasa de transpiración del cultivo Clima del Invernadero

λE = a GInterceptada + b LAI DPV

( a y b coef. según cultivo)

LAI= m2 hoja/m2 suelo

0

200

400

600

800

0 1 2 3 4 5

Gin

terc

ep

tad

a(W

m-2

)

LAI

G 700 W m-2

Carga energética

Ventilación

Calor sensibleCalor latenteλE

G

Paneles evaporativos

Paneles evaporativos

Paneles evaporativos

- Paneles de celulosa corrugada o fibra

- Bomba circulación de agua

- Extractor enfrentado al panel

Invernaderos herméticos: evitar la entrada de aire seco del exterior

Aumenta su eficacia con la combinación con mallas de sombreo

Ventajas:

Inconvenientes

- No moja el cultivo- Funcionamiento y control sencillos- DPV inferior a los sistemas de ventilación forzada

o natural

- Gradiente de Temperatura y Humedad - Instalación cara- Obstrucción progresiva de los paneles- Elevado gasto de agua

38 ºC

28 ºC

32 ºC30 ºC

Paneles evaporativos

Sapounas et al. 2008

(a)

(b)

Diagrama de temperaturas del aire

a) Plano horizontal 1,2 m sobre la superficie de suelo

b) Plano vertical en el centro del invernadero z=4,0 m, (24 – 30 ºC)

Velocidad del aire

z=4,0 m, (rango 0,0 – 1,0 m/s)

Paneles evaporativos

PANEL EVAPORATIVO

- Material de gran superficie y buenas propiedades de humectación

- Grosor: 100 – 200 mm

- Evitar cualquier rotura por donde pueda pasar el aire seco del exterior

- Evitar la radiación directa: zonas secas donde se pueden acumular las

sales y el polvo

- Superficie de panel: 1 m2 por cada 20-30 m2 de superficie de invernadero

Prescripciones Técnicas

EXTRACTORES

- Distancia máxima panel-ventilador: 30 – 40 m

- Distancia entre ventiladores: 7,5 – 10 m. Evitar las líneas de cultivo

- Activación cuando el panel esté completamente mojado

- Desactivación antes de que pare el flujo de agua por el panel

Boquillas de Nebulización

- Distribución de gotas de agua de pequeño tamaño en

el aire.

- Temepratura y humedad uniforme en el aire del

invernadero.

- Instalación a la mayor altura posible para aumentar la

superficie de contacto gota-aire.

- Líneas de boquillas perpendiculares al cultivo.

- Forma de la gota: presión de nebulización y tipo de

boquilla.

- Requiere alto nivel de mantenimiento: Obturación de

válvulas y boquillas.

Alta Presión

Boquillas de Nebulización

Aire - AguaBaja Presión

Alta Presión

Boquillas de Nebulización

Presión de trabajo 40 kg/cm2

Diámetro de la gota < 10 micras

Agua de buena calidad

No moja el cultivo

Tuberías de acero inoxidable

Coste elevado de instalación y mantenimiento

Aire - Agua

Boquillas de Nebulización

Presión de trabajo: aire 6-8 kg/cm2 ; agua 2-3 kg/cm2

Diámetro de la gota 10 - 20 micras

Agua de moderada calidad

Requiere la utilización de un compresor

Doble red de tubería aire - agua

Baja presión

Boquillas de Nebulización

Presión de trabajo: 3 – 6 kg/cm2

Diámetro de la gota 50 – 100 micras

No requiere agua de buena calidad

Tuberías de polietilieno

Puede mojar el cultivo

Menor coste de instalación y mantenimiento

Mayor consumo de agua

Efecto de la Nebulización sobre el aire del

invernadero y el cultivo

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

DPV (kPa)

Tra

nsp

iració

n p

or

Su

perf

icie

de H

oja

Tomate

Pepino

Lorenzo et al. 2006

0

40

80

120

160

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

λE

L(W

m-2

)

DPV (kPa)

0

100

200

300

0:0

0

2:0

0

4:0

0

6:0

0

8:0

0

10

:00

12

:00

14

:00

16

:00

18

:00

20

:00

22

:00

Transpiración (W/m2)

Testigo Nebulización

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0

200

400

600

800

1000

1200

0:0

0

2:0

0

4:0

0

6:0

0

8:0

0

10

:00

12

:00

14

:00

16

:00

18

:00

20

:00

22

:00

DPV (kPa)Radiación (W/m2)

12 de mayo

Radiación solar exterior DPV nebulización

DPV Testigo

LAI 1

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0

200

400

600

800

1000

1200

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

DPV (kPa)Radiación

(W/m2)29 de junio

Radiación exterior DPV Nebulización DPV Testigo

0

100

200

300

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00

Transpiración (W/m2)

testigo Nebulización

LAI 1,5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

70 80 90 100 110 120 130

Días desde transplante

Sombreado Nebulización

Co

me

rcia

l (k

g m

-2)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Som

bre

ado

Nebuliz

ació

n

To

tal (k

g m

-2)

Comercial

BER

Otros

CE 3 dS/m

Medrano y col. 2004

Sistema Agua

consumida

L/m2

Agua

Nebulización

L/m2

Eficiencia

hídrica

g/L

Sombreado 367 42

Nebulización 418 116 29

Lorenzo y col. 2004

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

70 80 90 100 110 120 130

Días desde transplante

Sombreado Nebulización

CE 5 dS/m

Co

me

rcia

l (k

g m

-2)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Som

bre

ado

Nebuliz

ació

n

To

tal (

kg

m-2

)

Comercial

BER

Otros

Lorenzo y col. 2004

Ca

Ca

CaCa

CaCa

Ca

Ca

Ca

Ca

CaCa

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

Ca

El Calcio se mueve principalmente

con el flujo de transpiración

DPV

Tasa Transpiración

Flujo de Ca (Mayoritario hacia las hojas)

Radiación

Tasa Crecimiento Fruto

Requerimiento Ca

Blossom End Rot (B.E.R.)Asociado a deficiencia de Ca

en la zona distal del fruto

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

Hora

DP

V (

kP

a)

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

GMT

Tª

(ºC

)

Vent. Forzada

Nebulización

Blanqueo

-7,0

-6,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

Hora

ΔT

ª =

Th

oja

-T

am

bie

nte

(ºC

)

24 de Agosto 2004 = 34 ddt

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

Hora

Tª

(ºC

)

(a)

Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja

Cultivo de pimiento

Invernaderos multitúnel

Boquillas alta presión (40 bares)

Gázquez y col. 2010

CAMPAÑA 2004/2005 Saez, 2005

COMERCIAL NO COMERCIAL BLOSSOM

VENT.FORZADA 9,5 A 1,4 B 0,9 AB

FOG SYSTEM (DPV= 1,5 kPa) 9,8 A 2,0 A 1,1 A

BLANQUEO (1/4) 10,5 A 1,2 A 0,7 B

Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja

Cultivo de pimiento

Invernaderos multitúnel

Boquillas alta presión (40 bares)Gázquez y col. 2010

20

30

40

50

60

70

80

90

6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)

Air

rel

ativ

e h

umid

ity

(% )

.

RH control

RH fog

Efecto sobre la humedad del del aire

Cultivo de pimiento

Invernaderos con malla móvil interior

Boquillas alta presión (40 bares)Katsoulas et al., 2006

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)

Vap

our

pre

ssur

e d

efi

cit

(kPa

)

VPD control

VPD fog

Efecto sobre la presión del aire

Cultivo de pimiento

Invernaderos con malla móvil interiorKatsoulas et al., 2006

0

50

100

150

200

6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)

Tra

nspir

atio

n ra

te (

W m

-2

)

.

λE control

λE fog

Efecto sobre Transpiración del cultivo

Cultivo de pimiento

Invernaderos con malla móvil interiorKatsoulas et al., 2006

20

24

28

32

36

6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)

Tem

pera

ture

(o C)

Tair control

Tair fog

Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja

Cultivo de pimiento

Invernaderos con malla móvil interior

Boquillas alta presión (40 bares)

20

24

28

32

36

6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)

Tem

pera

ture

(o C)

Tair control

Tair fog

Tleaf control

Tleaf fog

Katsoulas et al., 2006

- Reducen la temperatura y el déficit hídrico del invernadero limitando a su vez la transpiración del cultivo.

- Son muy eficientes en las primeras fases de desarrollo del cultivo.

- Compensan las limitaciones de ventilación.

- Cuando el cultivo está desarrollado, son menos eficientes y se podría sustituir por una buena gestión de la ventilación.

- En especies sensibles a deficiencia de Ca, combinar con técnicas de sombreado en la fase de desarrollo de fruto.

- Necsitan la disponibilidad de agua de buena calidad.

Las interrelaciones que se establecen entre el climagenerado con los sistemas de refrigeración porevaporación y la absorción hídrica son muy diversas.

Centro IFAPA La Mojonera

Camino de San Nicolás, nº 1. 04745. La Mojonera. Almería

Teléfono 950-156453http://www.juntadeandalucia.es/agriculturaypesca/ifapa

0

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Mean air temperature (oC)

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-1) Volos-Greece

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Mean air temperature (oC)

Me

an

so

lar

rad

iati

on

(M

J m

-2 d

ay

-1) Volos-Greece

Jan

Feb

Dec

Jun

Jul

Aug

Almeria-Spain

Jan

Feb

Dec

JunJul

Aug

Calefaccióndía/noche

Invernadero cerrado

Calefacción noche

Ventilación discontínua

Sin calefacción

Vent. Contínua

Refrigeración

Necesidades climáticas según regiones