Durante la última década, se han estudiado estrategias de control climático que consideran distintas variables del ambiente invernadero, sus factores externos y el tipo de cultivo que se instale. Conocerlos en detalle permite desarrollar obras de este tipo con mejores resultados y de manera adecuada.
Heriberto Torres.
Un invernadero es una estructura diseñada específicamente para cultivar plantas, hierbas, flores y vegetales. Puede ser simple y hecho de bolsas de basura, o sofisticado con paredes reflectadas, HPS de alto poder con temporizador automático o con luces de crecimiento metálicas de halógeno y mesas hidropónicas con pH perfectamente balanceado.
A pesar de la instalación, el invernadero necesita ventilación. Esto puede ser tan simple como hacer hoyos en las paredes del invernadero o tan complejo como instalar ventiladores de entrada de aire y de escape; pero influyen varios factores para determinar la colocación de los sistemas.
El ambiente invernadero es un espacio aislado del ambiente natural, delimitado por una cubierta traslúcida. Los materiales que la pueden conformar son película plástica, cristal o policarbonato. Este tipo de cubiertas actúan como válvulas de un sólo sentido y permiten que las ondas cortas de luz entren, restringiendo la salida de ondas largas. Así, cuando la energía radiante del Sol la recibe el invernadero, principalmente por el suelo y las plantas, no puede salir de él a través de las cubiertas y es cuando el interior se calienta.
La mayor parte del calor que se quedó atrapado en un invernadero es producto de la falta de ventilas, pues estas cubiertas son impermeable al paso del aire, lo que ocasiona un ambiente relativamente cerrado, donde las condiciones ambientales, como Intensidad luminosa, temperatura, humedad relativa y concentración de CO2, sufren cambios adversos para la planta y, en algunos casos, cambios extremos como altas temperaturas y alta humedad relativa.
La radiación solar es la principal responsable del calentamiento de la superficie terrestre y, por tanto, del calentamiento del aire durante el día. Este fenómeno natural atraviesa las cubiertas traslúcidas de los invernaderos y permanece ahí, según la permeabilidad del material. De esta manera, los componentes gaseosos del aire y la humedad lo absorben. En general, la fotosíntesis neta de una planta se realiza en forma óptima entre los 22 y los 28 grados centígrados.
El aire en el exterior se calienta y eleva constantemente, para que después se remplace vía corrientes de convección; pero dentro del invernadero el suelo calienta el aire del interior, el cual, al ser escaso, se calienta con facilidad. La cantidad de energía radiante que recibe por m²/ s en la parte superior de la tierra es de 1.4 kJ o 1.4 kW/m², a la que se le denomina constante solar; sin embargo, la atmósfera atenúa esta potencia solar y en algunas regiones de EUA la cantidad se reduce a 0.18 kW/m².
En general, existen en México diversos problemas que enfrentan los invernaderos:
 Parámetros por considerar para instalar un sistema de ventilación en invernaderos |
Alta radiación solar
• Altas temperaturas
• Baja humedad relativa durante el día
• Alta humedad relativa al amanecer y al atardecer
• Escasa ventilación
• Concentración de CO2 limitada
Ahora bien, una correcta ventilación proporcionará a los cultivos las medidas necesarias para su óptimo crecimiento, por lo que la influencia de estos factores las afectará directamente. Mantener un control sobre ellos hará que el productor no sufra pérdidas económicas por la muerte de plantas.
Ventilación natural
Es el movimiento del aire a través de las estructuras abiertas, mediante la utilización de las fuerzas naturales que producen el calentamiento del aire, la velocidad, la presión y otros elementos. Este tipo de ventilación no requiere el uso de energía eléctrica para su funcionamiento, únicamente utiliza la diferencia de presiones que existen entre el interior y el exterior. El uso de este tipo de ventilación permite el control de la humedad y la temperatura a bajo costo.
Con el objetivo de tener un buen intercambio de aire, se recomienda que el cálculo de las ventilas laterales y cenitales durante el proceso de diseño del invernadero se basen en el área cubierta.
Cuando ambas ventilas (laterales o cenitales) se mantienen abiertas en un día con calma, se pueden dar hasta 48 cambios por hora (0.68 cambios por minuto), lo cual es ligeramente inferior a las recomendaciones, ya que se recomienda que la ventilación técnica presente 60 cambios por hora.
 Regulación. Con las paredes húmedas se circula agua a través de un relleno semimpermeable para controlar el calor |
Enfriamiento de un invernadero en condiciones herméticas
En este sistema se emplean extractores de aire, con el objetivo de mantener la temperatura fresca. Consiste en instalar en una pared del invernadero una pared húmeda y, en la pared opuesta, extractores de aire. Esto permite que el aire entre en el invernadero que pasa por la pared húmeda entre sus orificios; de esta manera, el aire se satura de humedad, la cual al entrar en el invernadero atrapa el calor que se encuentra en el aire, provocando la reducción de la temperatura.
Son diversos los materiales con los que puede hacerse esta pared húmeda; sin embargo, lo importante es que ofrezca una gran extensión de área. Otra modalidad de este sistema es instalar extractores de aire en el techo, lo que permite tener humedad en ambas paredes.
 Exactitud. La ventilación natural exige el cálculo adecuado de las ventilas, según el área cubierta |
 Apoyo. Los ventiladores-extractores permiten incrementar la velocidad de extracción |
Climatización de invernaderos
La mayoría de las localidades, con excepción de aquellas en altitudes muy por encima del nivel del mar, experimentan periodos de intenso calor que son adversos a los cultivos de invernadero.
Las temperaturas en el interior del invernadero suelen alcanzar entre 6 y 11 °C más altas que las del exterior, a pesar del uso de ventiladores. A lo largo de una pared (a la que se le llama muro, panel o pared húmeda) del invernadero se hace circular agua a través de un relleno semimpermeable. Este relleno se coloca, generalmente, en una posición vertical y se compone de grava o papeles especiales. En el otro extremo del invernadero se colocan ventiladores-extractores.
El aire caliente del exterior es forzado a pasar por el muro. El agua del muro a través del proceso de evaporación absorbe el calor de los alrededores inmediatos, incluyendo el aire que en ese momento pasa hacia el interior. Así, el aire que entra en el invernadero puede ser entre 6 y 14 °C más frío que la temperatura exterior si la humedad relativa es baja.
 Aislamiento. La colocación de materiales aislantes en los muros permite mantener las condiciones de temperatura |
Es posible medir la velocidad de extracción de aire en metros cúbicos de aire por minuto (m3/min). En condiciones normales, se considera suficiente una velocidad de extracción de 2.44 m3/min por m2). Esto se aplica en invernaderos que se sitúan a menos de 300 m2 de interior, de 5 mil pies-bujía y a una elevación de temperatura de 4 °C del panel a los ventiladores.
La velocidad de extracción del aire del invernadero se debe incrementar en proporción a la altitud sobre el nivel del mar. El aire disminuye su densidad, con lo que se vuelve más ligero a mayor altitud. La capacidad del aire de extraer el calor solar del invernadero depende de su peso y no de su volumen. Así, un mayor volumen de aire debe extraerse del invernadero a mayores altitudes para tener un efecto equivalente de enfriamiento.
El Cuadro 1 expone los factores (F elev) que se emplean para corregir la velocidad de extracción del aire por altitud.
| Cuadro 1. Corrección por altitud (MSNM) | |||||||||
| Altura | <300 | 300 | 600 | 900 | 1200 | 1500 | 1800 | 2100 | 2400 |
| F (elev) | 1 | 1.04 | 1.08 | 1.12 | 1.16 | 1.2 | 1.25 | 1.3 | 1.36 |
| La altitud es la distancia vertical a un origen determinado, considerado como nivel cero, para el que se suele considerar el nivel medio del mar. En meteorología, la altitud es un factor de cambios de temperatura, puesto que disminuye, como media, 0.65 °C cada 100 metros de altitud en las latitudes medias (en las zonas templadas) | |||||||||
La velocidad de extracción del aire también depende de la intensidad luminosa en el invernadero. A medida que aumenta la aportación de calor por el Sol, éste incrementa, requiriéndose una mayor velocidad de extracción del aire. Los factores (F luz) para ajustar dicha velocidad se enlistan en el Cuadro 2.
| Cuadro 2. Corrección por intensidad luminosa interior máxima (FT-bujía) | |||||||||
| Intensidad | 4000 | 4500 | 5000 | 5500 | 6000 | 6500 | 7000 | 7500 | 8000 |
| F (luz) | 0.8 | 0.9 | 1 | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 |
| Se define como la cantidad de flujo luminoso que emite una fuente por unidad de ángulo sólido. Su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es la candela. | |||||||||
El nivel óptimo para los cultivos, en general, tiene una intensidad de 5 mil pies-bujía y se puede lograr con el manejo de técnicas de sombreado. La energía solar calienta el aire conforme pasa del panel a los extractores. Usualmente, se tolera un aumento de hasta 4 °C a lo largo del invernadero. Para reducir este incremento en temperatura, será necesario aumentar la velocidad de movimiento del aire a través del invernadero. En el Cuadro 3 se en listan los factores (F Temp) usados para este ajuste.
| Cuadro 3. Variación de temperatura del muro húmedo al extractor (°C) | |||||||
| Dif. de temp. | 5.5 | 5 | 4.5 | 4 | 3.5 | 3 | 2 |
| F (temp) | 0.7 | 0.78 | 0.9 | 1 | 1.2 | 1.45 | 1.7 |
| Es la cantidad de calor que retiene el aire frío del muro húmedo al momento de dirigirse al extractor | |||||||
El muro húmedo y los extractores deben colocarse en paredes opuestas. Estas paredes pueden ser los frentes o las laterales. La distancia entre el muro húmedo y los extractores es el factor más importante. Lo mejor es una distancia de 32 m. Cualquier distancia mayor implica el uso de un equipo más elaborado y costoso. Cuando la distancia es menor de 30 m, el movimiento lateral del aire se vuelve lento, lo que implica la necesidad de extractores de mayor dimensión (anchos), lo que encarece también el sistema. La fórmula para calcular las necesidades de extracción es: NE= L x A x 2.44 (para condiciones a nivel del mar) o F inv. = F. altura X F. luz X F. temperatura (para una situación diferente).
| Cuadro 4. Distancia del muro húmedo al extractor (metros) | |||||||||
| Distancia | 6 | 9 | 12 | 15 | 18 | 21 | 24 | 27 | 30 |
| F (vel) | 2.22 | 1.8 | 1.55 | 1.4 | 1.28 | 1.2 | 1.12 | 1.02 | 1 |
| Tabla extractores | |||
| Tamaño | HP | RPM | m3/min |
| 60 cm(24”) | ¼ | 675 | 121 |
| 1-Mar | 740 | 140 | |
| ½ | 845 | 168 | |
| ¾ | 970 | 198 | |
| ¼ | 445 | 125 | |
| 75 cm(30” ) | 1-Mar | 485 | 166 |
| ½ | 560 | 206 | |
| ¾ | 640 | 248 | |
| 1 | 690 | 275 | |
| 1-Mar | 380 | 156 | |
| 90 cm(36” ) | ½ | 440 | 194 |
| ¾ | 500 | 253 | |
| 1 | 545 | 321 | |
| 1 ½ | 625 | 375 | |
| ½ | 350 | 221 | |
| 105 cm(42” ) | ¾ | 400 | 286 |
| 1 | 430 | 361 | |
| 1 ½ | 625 | 375 | |
| 120 cm(48” ) | ½ | 350 | 221 |
| ¾ | 400 | 286 | |
| 1 | 430 | 361 | |
| 1 ½ | 495 | 445 | |
| 2 | 545 | 515 | |
| ¾ | 335 | 310 | |
| 135 cm(54” ) | 1 | 365 | 367 |
| 1 ½ | 415 | 491 | |
| 2 | 455 | 575 | |
| 3 | 525 | 688 | |
| 1 | 305 | 356 | |
| 150 cm(60” ) | 1 ½ | 350 | 521 |
| 2 | 385 | 602 | |
| 3 | 440 | 777 | |
| 4 | 525 | 966 | |
| 1 ½ | 300 | 545 | |
| 2 | 330 | 685 | |
| 3 | 380 | 853 | |
| 5 | 450 | 1080 | |
Capacidades de extractores
Definirán la extracción de aire que se requiere dependiendo de las dimensiones
Finalmente, estas medidas ayudarán a determinar el tipo de ventilación que se necesitará en los invernaderos y evitará que los cultivos protegidos enfrenten situaciones de estrés.
El diseño y la instalación son factores de suma importancia por tomar en cuenta durante su vida útil. Proporcionarles un mantenimiento adecuado hará que su rendimiento sea mayor.
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Heriberto Torres Navarro
Ingeniero Agrónomo especializado en Fitotecnia por la Universidad Autónoma Chapingo. Es Maestro en Ciencias en Horticultura. Las líneas de investigación que maneja son el diseño y construcción de invernaderos, así como el cultivo de distintas flores de ornato y cultivos protegidos. Actualmente, es profesor investigador del departamento de Fitotecnia en la Universidad Autónoma Chapingo.
1 comentario
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