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 cultivo Evangelina Medrano Cortés IFAPA, Centro La Mojonera
8:00 hora solar Refrigeración 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 jamar: 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 invernadero Evaporación de agua: El cambio de estado de líquido a gaseoso consume energía λ lor 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 lor latente Ventilación rga energética lor sensible
Déficit hídrico (g/m3) Déficit Hídrico (g/m 3 ): Gramos de vapor de agua que puede admitir 1 m 3 de aire en unas condiciones determinadas (Temperatura y Humedad Relativa) para alcanzar el estado de saturación. 20 HR=40% 15 13,8 HR=50% HR=60% 7,7 10 5 HR=70% 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperatura (ºC)
Déficit hídrico (g/m3) Déficit Hídrico (g/m 3 ): Gramos de vapor de agua que puede admitir 1 m 3 de aire en unas condiciones determinadas (Temperatura y Humedad Relativa) para alcanzar el estado desaturación. 20 HR=40% 15 HR=50% 9,2 10 HR=60% HR=70% 5,1 5 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperatura (ºC)
DPV (kpa) Déficit de presión de vapor (kpa): Diferencia entre la presión del vapor de agua que habría cuando el aire estuviera saturado de agua (e s ) y la existente en el aire (e) en unas determinadas condicines. DPV (kpa) = 0,1382 DH (g/m 3 ) (1 kpa ~ 7 g/m 3 ) DPV= e s e HR = 100 e/e s 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Rango de consigna HR = 40% HR = 50% HR = 60% HR = 70% 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperatura (ºC)
La eficiencia de la nebulización aumenta cuanto menor es la humedad relativa en el interior del invernadero 8:00 hora (fase solarinicial del cultivo) o bien cuanto más árido es el clima exterior. Cutivo de pimiento invernadero parral mejorado con blanqueo
HR 100% HR 50% 50% HR 25% 40% Diagrama Psicrométrico 25% HR 10% 23ºC 27ºC 30ºC
G interceptada (W m -2 ) Tasa de transpiración del cultivo Clima del Invernadero λe = a G Interceptada + b LAI DPV ( a y b coef. según cultivo) 800 G 700 W m -2 600 400 Ventilación 200 G rga energética 0 0 1 2 3 4 5 LAI λe lor latente lor sensible LAI= m 2 hoja/m 2 suelo
G interceptada (W m -2 ) Tasa de transpiración del cultivo Clima del Invernadero λe = a G Interceptada + b LAI DPV ( a y b coef. según cultivo) 800 G 700 W m -2 600 400 Ventilación 200 G rga energética 0 0 1 2 3 4 5 LAI λe lor latente lor sensible LAI= m 2 hoja/m 2 suelo
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
Paneles evaporativos Ventajas: - No moja el cultivo - Funcionamiento y control sencillos - DPV inferior a los sistemas de ventilación forzada o natural Inconvenientes - Gradiente de Temperatura y Humedad - Instalación cara - Obstrucción progresiva de los paneles - Elevado gasto de agua 38 ºC 30 ºC 32 ºC 28 ºC
Paneles evaporativos (a) 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) (b) Velocidad del aire z=4,0 m, (rango 0,0 1,0 m/s) Sapounas et al. 2008
Prescripciones Técnicas 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 m 2 por cada 20-30 m 2 de superficie de invernadero 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 Baja Presión Aire - Agua
Alta Presión Boquillas de Nebulización Presión de trabajo 40 kg/cm 2 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/cm 2 ; agua 2-3 kg/cm 2 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/cm 2 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
Transpiración por Superficie de Hoja Tomate Pepino 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 DPV (kpa) Lorenzo et al. 2006
λe L (W m -2 ) 160 120 80 40 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 DPV (kpa)
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Radiación (W/m2) 1200 1000 800 600 400 200 0 12 de mayo DPV (kpa) 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Radiación solar exterior DPV nebulización DPV Testigo Transpiración (W/m2) LAI 1 300 200 100 0 Testigo Nebulización
Radiación (W/m2) 29 de junio DPV (kpa) 1200 1000 800 600 400 200 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 0,0 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 LAI 1,5 Radiación exterior DPV Nebulización DPV Testigo Transpiración (W/m2) 300 200 100 0 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 testigo Nebulización
Sombreado Nebulización Comercial (kg m -2 ) Total (kg m -2 ) Lorenzo y col. 2004 18 16 14 12 10 8 6 4 2 CE 3 ds/m 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 70 80 90 100 110 120 130 Días desde transplante Sombreado Nebulización Comercial BER Otros Medrano y col. 2004 Sistema Agua consumida L/m 2 Agua Nebulización L/m 2 Sombreado 367 42 Nebulización 418 116 29 Eficiencia hídrica g/l
Sombreado Nebulización Comercial (kg m -2 ) Total (kg m-2) CE 5 ds/m 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 70 80 90 100 110 120 130 Días desde transplante Sombreado Nebulización 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Comercial BER Otros Lorenzo y col. 2004
Radiación Tasa Crecimiento Fruto Requerimiento Blossom End Rot (B.E.R.) Asociado a deficiencia de en la zona distal del fruto El lcio se mueve principalmente con el flujo de transpiración DPV Tasa Transpiración Flujo de (Mayoritario hacia las hojas)
Tª (ºC) ΔTª = Thoja -Tambiente (ºC) DPV (kpa) Gázquez y col. 2010 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja Cultivo de pimiento Invernaderos multitúnel Boquillas alta presión (40 bares) 2,0 1,0 0,0-1,0-2,0-3,0-4,0 22 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 Hora -5,0 (a) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 Hora Vent. Forzada Nebulización Blanqueo -6,0-7,0 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 Hora 24 de Agosto 2004 = 34 ddt
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 humedad del del aire Cultivo de pimiento Invernaderos con malla móvil interior Boquillas alta presión (40 bares) Katsoulas et al., 2006 Air relative humidity (% ). 90 80 70 RH control RH fog 60 50 40 30 20 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Time (h)
Efecto sobre la presión del aire Cultivo de pimiento Invernaderos con malla móvil interior Katsoulas et al., 2006 Vapour pressure deficit (kpa ) 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 VPD control VPD fog 0.0 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Time (h)
Efecto sobre Transpiración del cultivo Cultivo de pimiento Invernaderos con malla móvil interior Katsoulas et al., 2006 Transpiration rate (W m -2 ). 200 150 100 50 0 λe control λe fog 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Time (h)
Temperature ( o C) Temperature ( o C) Katsoulas et al., 2006 Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja Cultivo de pimiento Invernaderos con malla móvil interior Boquillas alta presión (40 bares) 36 36 32 32 28 28 24 24 Tair control Tair control fog Tair Tleaf fog control 20 20 Tleaf fog 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 6:00 9:00 12:00Time (h) 15:00 18:00 21:00 Time (h)
Las interrelaciones que se establecen entre el clima generado con los sistemas de refrigeración por evaporación y la absorción hídrica son muy diversas. - 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, combinar con técnicas de sombreado en la fase de desarrollo de fruto. - Necsitan la disponibilidad de agua de buena calidad.
Centro IFAPA La Mojonera mino de San Nicolás, nº 1. 04745. La Mojonera. Almería Teléfono 950-156453 http://www.juntadeandalucia.es/agriculturaypesca/ifapa
Mean solar radiation (MJ m -2-2 day -1-1 ) Necesidades climáticas según regiones Vent. Contínua Refrigeración Ventilación discontínua Invernadero cerrado 30 Jun 28 Volos-Greece Jul 26 Jun AugJul 24 Almeria-Spain Jul 22 20 Aug 18 16 14 Feb 12 Jan 10 8 Feb Dec 6 Jan 4 2 Dec 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Mean air temperature (( o C) lefacción día/noche lefacción noche Sin calefacción