apunte. invernaderos climatización

Ing. Mara Fernanda Bernal Floricultura

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APUNTE

INVERNADEROS CLIMATIZACIN

La climatizacin de un invernadero o cultivo protegido no abarca solo la regulacin de la temperatura o de otros factores (luz, humedad, etc). Sino que implica un aspecto mucho mas amplio en donde se le da mayor importancia al rendimiento general del sistema. Aspectos de ingeniera y agronmicos biolgicos.

Clima espontneo en un invernadero

Es el que se registra en el interior de una estructura sin intervencin energtica importante.

La temperatura dentro del invernadero va a depender del balance de energa.

Formas de transmisin del calor

Conduccin: se basa en el contacto directo entre los cuerpos. El calor fluye desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que est en contacto con el primero. Por medio estacionario (slido).La propiedad fsica de los materiales que determina su capacidad para conducir el calor es la conductividad trmica.

Conveccin: se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (lquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas.

Radiacin: se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrnicas de los tomos o molculas constitutivas. Todas las superficies con temperatura finita emiten energa en forma de ondas electromagnticas

Tipos de sistemas de climatizacin

Sistemas pasivos: no implican el aporte de energa externa.

Periodos fros: doble techo, doble pared.

Para periodos clidos: ventilacin natural, sombreo.

Sistemas activos: implican el aporte de energa externa. Gasto de energa (combustible, electricidad)

Periodos fros: calefaccin por aire caliente.

Periodos clidos: nebulizacin


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CLIMATIZACIN PARA PERIODOS FROS

Reduccin de prdidas de calor

Reduccin de las superficies de intercambio calrico

Reduccin de las perdidas por unidad de superficie

Favorecer los aportes de calor.

- Calefaccin por agua caliente

- Calefaccin por aire caliente

Reduccin de prdidas de calor

Reduccin de las superficies de intercambio calrico

Invernaderos multimodulares : reducen al mximo la proporcin de laterales (sup. de laterales respecto a superficie de del invernadero).

Forma geomtrica de los Invernaderos: Los invernaderos con forma cuadrada poseen menor permetro que los invernaderos rectangulares.

Pendiente de cubierta: Los invernaderos con pendiente de techo mas elevada poseen mayor superficie expuesta a las condiciones ambientales externas, y por lo tanto mayor superficie para intercambio energtico, que uno con pendiente baja (Fig. 1).

Reduccin de las prdidas por unidad de superficie

Polietilenos trmicos

Cortinas rompevientos: para disminuir la velocidad del aire que esta en contacto con la superficie exterior del invernadero. Disminuye las perdidas por conduccin y conveccin.

Fig 1. Pendiente de cubierta


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Perdidas por renovacin de aire: Es la infiltracin de aire (y consecuente prdida de calor) por rendijas y perforaciones. Estas prdidas se limitan con una buena estanqueidad de paredes y ventanas en el invernadero para conseguir un buen hermetismo. (Fig 2).

Puertas dobles

Pantallas, doble techo y doble pared: Crea una capa de aire intermedia que provoca una aislamiento limitando las perdidas de calor (Fig 3).

Favorecer los aportes de calor

Los aportes de calor se puede efectuar en la parte area, en la parte radicular o en ambas.

En calefaccin de rganos areos el calor se transmite por conveccin o radiacin. En la calefaccin del suelo o sustrato la transmisin de calor se efecta por conduccin.

Fig 3: efecto del doble techo y la

temperatura en las perdidas de calor

Fig 2. Infiltracin de aire en invernaderos cerrados. Con viento (mayores) y sin viento (menores)


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Calefaccin por agua caliente

El equipo para este tipo de calefaccin esta compuesto por una caldera central para calentar el agua, la cual es distribuda mediante tuberas de metal en el invernadero. Este sistema transmite el calor por radiacin conveccin, por lo cual la temperatura de la superficie de las plantas suele ser mayor que la del aire circundante. Esto limita el riego de condensacin sobre la planta

Ventajas: Da un buen control de la temperatura, cambios ms graduales de temperatura (mayor inercia trmica). Sistema ms eficiente.

Desventajas: puede ser un poco lento para cadas repentinas de temperatura. Son utilizados grandes volmenes de agua. Sistema ms costoso.

Calefaccin por aire caliente

El equipo se compone de generadores de aire caliente que queman un combustible y calientan el aire que es forzado a circular por el invernadero.

Este sistema No aporta calor por radiacin por lo que no calienta el suelo en pocas fras. La temperatura de la plata suele ser inferior que la del aire, lo cual conlleva riesgos de condensacin sobre el vegetal.

Pueden ser de combustin directa o indirecta:

Combustin directa:

los productos de la combustin son enviados o se quedan en el invernadero, por lo que el combustible debe ser limpio.

Estos productos de combustin suelen tener otros gases como el etileno.

Fig 4: instalacin de sistema de calefaccin por aire caliente en invernadero


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Solo se usan en calefaccin para defensa de bajas temperaturas excepcionales.

Combustin indirecta

Expulsan al exterior los gases de la combustin

La distribucin del calor mejora notablemente si se efecta con mangas de plstico flexible perforadas

CLIMATIZACIN PARA PERIODOS CLIDOS

Reduccin de aportes de energa (calor)

Limitar la radiacin solar:

sombreo

Eliminar los excesos de energa (calor).

Aumento de las perdidas de energa:

Ventilacin natural

Ventilacin forzada

Refrigeracin activa

Reduccin de los aportes de energa: Limitar la radiacin solar

Sombreo

Limitacin de la radiacin solar como medio de evitar las altas temperaturas en invernadero.

Empleo de film plstico antitrmico, que limitan la entrada al invernadero de la radiacin infrarroja del sol sin limitar la radiacin PAR

Eliminarlos excesos de energa: Aumento de las prdidas de energa.

Ventilacin Natural

Es el intercambio de aire entre el invernadero y el exterior. La renovacin de aire permite evacuar calor en exceso y reducir la temperatura del aire, modificar la humedad atmosfrica.


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Este tipo de ventilacin esta estrechamente ligado a las aperturas del invernadero., de las cuales se considera:

Superficie de apertura

Posicin de la apertura

Para poder medir y comparar las distintas aperturas del invernadero se utiliza el ndice de apertura que est dado por la relacin entre la superficie total de apertura y la superficie de suelo cubierto. Se expresa como porcentaje. Lo ideal es que este porcentaje se encuentre entre el 25 - 30%.

La succin creada por el viento sobre la ventana ubicada al abrigo del viento contribuye a extraer el aire del invernadero como en un efecto chimenea.

Los sistemas ms eficientes son aquellos que presentan aperturas a ambos lados de la cumbrera. (Fig 5).

En invernaderos pequeos la ventilacin lateral es muy importante. En invernaderos grandes de ms de 35 m de ancho predomina la cenital

Cuantificacin de la ventilacin

Para poder cuantificar la ventilacin se considera la Tasa de renovacin de aire (R) que est dada por la relacin entre el volumen de aire intercambiado y el volumen del invernadero por hora

R= vol de aire intercambiado

vol de invernadero * hora

Fig 5. Ventilacin cenital con apertura a ambos lados. Movimiento del flujo

de aire


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La tasa de renovacin de aire aumenta con el ndice de apertura y con la velocidad del viento.

Ventilacin forzada

En este tipo de ventilacin se inyecta aire en el invernadero, empleando ventiladores

de tipo helicoidal que proporcionan grandes caudales a poca presin.

Estos equipos pueden insuflar (presin) o extraer aire (depresin). Trabajan a poca

velocidad de rotacin porque pueden afectar a las plantas. En caso de invernaderos

que poseen malla anti-insetos necesita este tipo de ventilacin; ya que la malla limita el

ingreso de aire naturalmente.

Los ventiladores se pueden ubicar en distintas

partes del invernadero. Ya sea en las

cabeceras, laterales o en el interior del

invernadero. (Fig 8).

Fig 6. Efecto de los diferentes tipos de apertura y del ndice de

apertura en la cantidad de renovaciones por hora

Fig 7. Efecto de las renovaciones

en la temperatura del invernadero

Fig 8. Ventiladores: diferentes ubicaciones


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Refrigeracin Activa

Paneles evaporantes (cooling system)

Este equipo se compone de ventiladores y paneles hmedos ubicados de forma

enfrentada en el invernadero. Uno de los laterales posee ventiladores de extraccin de

aire. El otro lateral posee paneles porosos que se mantienen hmedos. (Fig 9 y 10).

Funcionamiento: El aire exterior ingresa a travs de estos paneles, evapora el agua de

los paneles, y se enfra penetrando dentro del invernadero aire ms fro y hmedo que

el exterior. Esta tcnica permite reducciones de temperatura del orden de los 3 a 6 C.

Su eficiencia depende que el aire exterior este seco, en este caso es mas importante la

diferencia de humedad entre el aire externo e interno y no la diferencia de temperatura;

por ello son muy eficientes en zonas secas-desrticas.

Fig. 9. Equipo de panel evaporante o cooling system.

Fig 10. Paneles evaporantes instalados en invernadero


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Nebulizacin Fina

El fundamento de este sistema se basa en crear una niebla muy fina para refrigerar el

interior del invernadero. El enfriamiento del aire se produce por la evaporacin de las

micro gotas generadas por el equipo nebulizador.

Las gotas de agua deben ser lo suficientemente pequeas para que no lleguen a mojar

las plantas (0.5 a 50 ). El equipo debe estar ubicado a una altura suficiente de modo

que la gota se evapore antes de tocar la planta.

Existen equipos de baja presin (< 5 bares) que generan gotas entre 20 y 100

micrones. Y equipos de alta presin (> 70 bares) con gotas de menor tamao, entre 1 y

10 micras. En estos ltimos se debe tener cuidado en usar agua de buena calidad sin

impurezas para no se produzca el taponamiento de los aspersores.

ECUACIN GENERAL DE BALANCE ENERGTICO

En un invernadero con rgimen espontneo, puede ser necesario corregir la

temperatura. En general el clculo de balance energtico de un invernadero se

establece para el periodo nocturno.

Las necesidades energticas estn definidas, entre otros, por los siguientes factores:

ubicacin geogrfica, especie cultivada.

Q = R + q cc + q ren + q suelo

Q = prdidas energticas totales (Kcal/h. m-2)

R = prdidas energticas por radiacin trmica (Kcal/h. m-2)

qcc = prdidas energticas por conduccin - conveccin (Kcal/h. m-2)

qrenv = prdidas energticas por renovacin del volumen de aire del invernadero (Kcal/h. m-2)

qsuelo = prdida energtica a travs del suelo (Kcal/h. m-2)

R = prdidas energticas por radiacin trmica (Kcal/h. m-2)

Radiacin trmica: transferencia de calor de un cuerpo a otro de menor temperatura

mediante ondas electromagnticas a travs del medio que los separa.

R = Sd/ Sc 84 i + 27 1 i


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R = intercambio energtico por radiacin trmica

i = fraccin de insolacin

Sd= superficie desarrollada del invernadero (superficie de coberturas) (m2)

Sc = superficie cubierta (m2)

qcc = prdidas energticas por conduccin - conveccin (Kcal/h. m-2)

En los intercambios energticos por conduccin conveccin entre el interior del

invernadero y el ambiente exterior el calor pasa por unidad de superficie (m2) y por

unidad de tiempo (hora) expresndose mediante:

1. Del aire interior a la cara interna de la cobertura

2. A travs del material de cobertura. De la cara interna a la cara externa del

material de cobertura.

3. De la cara exterior del material de cobertura al aire exterior.

q cc = Sd/ Sc . K . (ti te)

qcc = prdida de calor por conduccin conveccin

Sd = superficie desarrollada (m2)

Sc = superficie cubierta (m2) para referirla a la unidad de superficie cubierta.

K = coeficiente global de prdida de calor Kcal / m-2 . c . h

Ti = temperatura interior

Te = temperatura exterior

qrenv = prdidas energticas por renovacin del volumen de aire del invernadero

(Kcal/h. m-2)

qrenv = V/ Sc . IR . . ( hint hext)

V = volumen del invernadero (m3)

Sc = superficie cubierta (m2)

IR = ndice de renovacin. Depende del estado del invernadero y la velocidad del viento

= densidad del aire 1,293 Kg/m3

Hint Hext = entalpa del aire interior exterior


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qsuelo = prdida energtica a travs del suelo (Kcal/h. m-2)

Estos clculos de intercambio son complejos y varan con:

Tipo de suelo

Humedad presente en el suelo

A efectos prcticos se puede considerar entre 5% y 10% de las prdidas energticas

totales.

BALANCE DE ENERGA SIMPLIFICADO

Q = sup. K . (ti te)

Q = Kcal / h

Sup (m2)= Superficie de laterales y techo. En algunos casos se considera el volumen

total del invernadero.

K = watt / m2 . C. Coeficiente de prdida de calor. Depende del tipo de material de

cubierta

Ti, Te = C. Diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del invernadero.

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