infraestructura para cultivos hidropónicos

Infraestructura para cultivos hidropónicos2020Autores: Mónica Flores, Elizabeth González y Víctor Escalona

Pág. 2 FIC, IDI 30474703-0 Transferencias Hortalizas

Estructura CubiertaMadera VidrioAcero Materiales plásticosHormigón Placas: policarbonato, polimetacrilato,

poliéster, etc.Aluminio Películas o films: polietileno (PE), cloru-

ro de Polivinilo (PVC), etileno vinilo de acetato (EVA).

MixtosTabla 1: Materiales utilizados en estructura y cubierta de invernaderos.

Invernaderos

La construcción de un invernadero plantea un gran número de interrogantes técnicas, prácticas y económicas, que conviene estudiar antes de tomar una decisión. No es posible lanzarse a la aventura sin una estructura que responda por completo a los propios deseos y necesidades. De ahí la importancia de plantearse con la mayor precisión posible todos los parámetros que entran en juego en esta decisión, y de paso, determinar qué tipo de invernadero será el más conveniente.

Factores a considerar:• Temperatura máxima, mínima y media a lo largo del

año.• Radiación fotosintéticamente activa (PAR).• Precipitaciones, ya sean líquidas o sólidas.• Nubosidad.• Viento (dirección predominante, velocidad,

frecuencia de ráfagas).• Disponibilidad de suelo, agua y energía eléctrica.• Disponibilidad de maquinaria agrícola.• Disponibilidad de mano de obra.• Existencia local de proveedor de insumos.• Especie que se desea producir.Al momento de tener toda la información mencionada,

se elegirá la estructura y cubierta del invernadero (Tabla 1).

Tipos de invernaderos:

Las formas de los invernaderos varían aun si se encuentran en zonas con condiciones climáticas similares. Muchas veces la forma del invernadero es escogida por tradición local pero sin duda un factor decisivo es el costo del material. Las formas más usadas son: planos simétricos dos aguas (Figura 1), techos planos asimétricos (Figura 2), arcos redondeado (Figura 3), arco redondeado con paredes verticales (Figura 4 y 5), arco en punta con paredes laterales en pendiente y arco en punta con paredes laterales (Figura 6) (FAO, 2002).

Figura 3: Invernadero tipo Túnel (FAO, 2002).

Figura 4: Invernadero Multitúnel o Techumbre Curva (FAO, 2002).

Figura 1: Invernadero Capilla (FAO, 2002).

Figura 2: Invernadero tipo Parral o Almería (FAO, 2002).


A continuación se describen los invernaderos más comunes en Chile.

Invernadero tipo capilla (Figura 7)Características:• Fácil construcción y conservación.• Adaptable a la colocación de todo tipo de plástico

de cubierta.• La ventilación vertical es fácil y con la posibilidad de

mecanización sencilla.• Instalación práctica de ventanas cenitales.• Fácil evacuación del agua de lluvia.• Permite la unión de varias naves en batería (Figura 8).• Pocos obstáculos en su estructura.• Buen reparto de la luminosidad en el interior.

Figura 8: Invernadero Multicapilla (FAO, 2002).

Figura 6: Invernaderos multicapilla. Plantinera Coopeumo.

Figura 5: Invernadero tipo Techumbre Curva. CEPOC. Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile.

Invernadero tipo túnelCaracterísticas:• Mayor capacidad de control del clima.• Reduce considerablemente el problema de la

condensación y el goteo del agua.• Buena estanqueidad a la lluvia y al aire.• Pocos obstáculos en su estructura.• Permite la instalación de ventilación cenital con

accionamiento mecanizado.• Buen reparto de la luminosidad en el interior.• Fácil instalación y montaje (Figura 9).

Figura 7: Invernadero tipo capilla con cubierta de de vidrio, Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile.

Figura 9: Invernadero macro túnel (Italia).

Una vez que se ha seleccionado el invernadero se tienen dos alternativas de manejo climático. Invernaderos fríos e invernaderos climatizados. Actualmente existen una extensa gama de equipos que permiten modificar el clima al interior del invernadero, el principal problema que conlleva la climatización es el aumento en el costo de producción.


Invernaderos fríos

Los invernaderos fríos son los más sencillos de mantener, ya que obtienen calor del sol para aumentar la temperatura interior.

Invernaderos climatizados

La infraestructura de climatización en los invernaderos está constituida por una serie de sistemas y equipos destinados a modificar las condiciones ambientales, para mantenerlas dentro de un intervalo óptimo para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Al momento de pensar en un sistema de climatización, lo más complejo es definir cuál es el más conveniente. Los factores que definirán la utilización de estos sistemas son: la estructura del invernadero, los cultivos y variedades utilizadas, periodos de producción y el sistema de comercialización.

Sistemas de calefacción

En zonas de climas fríos donde la temperatura es capaz de descender por debajo de 0°C es indispensable el uso de un sistema de calefacción para evitar la muerte del cultivo por congelamiento. También se recomienda su utilización en zonas donde la temperatura desciende por debajo de los 10°C, temperatura en la cual la mayoría de las especies hortícolas sufren daños por frío y detienen su desarrollo fisiológico.

El sistema de calefacción aportará el calor perdido por el invernadero, el cual dependen de la velocidad del viento, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, la temperatura atmosférica, el tipo de cubierta, superficie y diseño del invernadero.

Sistema de calefacción por aire caliente

En invernaderos donde se busca mantener que las temperaturas mínimas no alcancen valores extremos que pongan en riesgo al cultivo, se utilizan sistemas de calefacción por aire caliente, ya sea por combustión directa o indirecta. Estos sistemas aumentan rápidamente la temperatura, pero provocan importantes gradientes térmicas, lo cual se puede mejorar utilizando mangas de polietileno perforado (Figura 10). Estas mangas permiten distribuir el calor uniformemente en el invernadero. También se puede considerar la instalación de ventiladores de gran diámetro y baja potencia que muevan el aire de forma suave (Valera

et al., 2004).Sistema de calefacción de combustión directa:

son equipos de alto rendimiento, en los que se quema el combustible (propano o gas natural), introduciendo el aire caliente al invernadero. Este sistema presenta como inconveniente la introducción de gases tóxicos procedentes de la combustión en el invernadero.

Sistema de calefacción de combustión indirecta: son equipos muy similares al anterior, pero se les incorpora un intercambiador de calor de acero inoxidable y un conducto de expulsión de gases tóxicos, para evitar los problemas del sistema de combustión directa.

Figura 10: Calefacción con aire caliente con mangas de polietileno perforado (Sanz de Galdeano et al., 2003).

Calefacción por agua

Se utiliza en caso de alta necesidad de producir en periodos fríos, permite mantener una temperatura interior superior a la exterior por periodos prolongados de tiempo y se compone por una o varias calderas. El sistema funciona distribuyendo el agua caliente de la caldera al invernadero mediante tuberías colocadas en torno al cultivo (Figura 11).

Debido al incremento en el costo productivo que generan los sistemas de calefacción se recomienda incorporar complementos que permitan el ahorro energético.

Sistema de ahorro energético

Se puede ahorrar energía mejorando las estructuras y los sistemas de calefacción. Las modificaciones estructurales generalmente reducen la infiltración y mejoran el aislamiento térmico del invernadero, de forma permanente o sólo durante los periodos más fríos.


Figura 11: Calefacción por agua United Farms, Querétaro (México).

Pantallas térmicas.

Las pantallas térmicas son mallas de diferentes materiales que se posicionan dentro o fuera del invernadero, generando un doble techo (Tabla 2). Las pantallas térmicas reducen significativamente las pérdidas de calor en los invernaderos y el volumen de aire a calentar, por lo que se ha extendido su uso para reducir los gastos de combustible en invernaderos con calefacción.

La utilización de pantallas térmicas cerradas, sin huecos entre las fibras que constituyen la malla, también reduce la transferencia de energía por convección a través de la cubierta. Esta reducción es mayor cuanto menor es la

Materiales Transmisión-

Reflexión de luz solar* (%)

Transmisión- Reflexión

de radiación infrarroja (%)

Difusión solar (%)

Ahorro de energía (%)

Polietileno de baja densidad 84-14 42-5 80 32,5Poliéster tejido 39-58 5-2 29 42Poliéster aluminizado al 50% 37-68 18-18 32 –Poliéster aluminizado al 75% 19-68 9-27 16 –Poliéster aluminizado al 100% 0-82 0-36 0 46,5Tabla 2: Propiedades de distintas pantallas térmicas (Baille et al., 1985; Pirard et al., 1994)

emisividad de la pantalla a la radiación infrarroja, como ocurre en el caso de las pantallas aluminizadas (Tabla 2). Idealmente éstas deben ser móviles, estar abiertas durante el día para permitir la entrada de la radiación solar y cerradas antes de caer el sol para almacenar el calor dentro del invernadero.

En cuanto al sistema de confección de las pantallas se pueden distinguir dos tipos (Valera et al., 2001):

Mallas de fibras tejidas: en este tipo de mallas las propias láminas de la pantalla constituyen las fibras del tejido. La densidad de la malla y el porcentaje de sombreo depende principalmente del tamaño de los huecos.

Mallas laminares o de cintas: constituidas por una red de poliéster de gran resistencia sobre la que se sujetan las láminas o cintas que constituyen la pantalla mediante hilos monofilamentados de polietileno de alta densidad. La densidad de la malla depende de la separación entre las láminas insertadas. Las láminas pueden insertarse en forma planas o en espiral.

Según la forma en que se colocan las pantallas en relación a la estructura del invernadero se pueden distinguir varios tipos:

Pantallas suspendidas horizontalmente: la malla se extiende hasta quedar completamente plana y paralela al suelo. La altura a la que se coloca la pantalla ha de ser la máxima posible para dejar el mayor volumen de aire posible entre el cultivo y la malla permitiendo una correcta circulación del aire. El cierre de la pantalla se realiza plegando la malla (Figura 12).

Pantallas enrollables exteriores: las pantallas se colocan enrolladas sobre la cubierta del invernadero a ambos lados de la cumbrera, de forma que el cierre se realiza sobre la parte más alta del invernadero.

Pantallas enrollables interiores: la malla se coloca enrollada alrededor de una barra de mando que gira accionada por un motor, lo que permite recoger o desplegar la malla de forma automatizada. Presenta la ventaja de permitir su colocación inclinada siguiendo la pendiente de la cubierta e incluso vertical, lo cual hace un cierre total del invernadero.

El enrollado de la malla se realiza mediante motores


Figura 13: Microtúnel abierto. Plantinera Coopeumo.

tubulares, que se desplazan sobre unos perfiles de aluminio mediante unas guías de unión. Los motores son unidos a unos tubos ranurados en los que se inserta el extremo de la malla de forma que la fuerza proporcionada por el giro del motor consigue enrollar la pantalla que se traslada en sentido ascendente. Al girar en el sentido inverso es el propio peso del motor y la barra de mando el que consigue el desplazamiento descendente de la malla.

Dobles cámaras: invernadero con paredes dobles

El uso de dobles paredes o cubiertas en los invernaderos disminuye las pérdidas de calor y es un método eficaz contra las bajas temperaturas invernales, mejorando el sistema de calefacción e incluso siendo una alternativa del mismo. Su principal inconveniente es el filtro que supone al paso de la radiación. Este tipo de invernaderos se construyen incorporando una segunda lámina de polietileno de 50 ó 100 µm de espesor. Este método puede reducir las pérdidas de calor en un 40-50% (Bianchi, 1989; Gutiérrez Montes et al., 1992) y de hasta un 57% en el consumo de calefacción (Bauerle y Short, 1977). Como consecuencia se consiguen aumentos de la temperatura del invernadero de hasta 8 °C (Rosocha, 1993), así como la de las plantas (Amsen, 1981).

Microtúneles

Los microtúneles son estructuras de pequeño tamaño, cubiertas por una lámina de polietileno de 50 µm de espesor y entre 0,5 y 1 m de ancho. Se usan sólo para las primeras etapas de crecimiento, puesto que después las hojas tocan el plástico y es necesario quitarlo para que las plantas sigan creciendo (Figura 13).

Acondicionamiento por medio de ventilación para la disminución de la temperatura y aumento de la humedad relativa.

Ventilación natural: es el resultado de las diferencias de presión que se originan tanto por el viento como por los gradientes térmicos. Está muy influenciada por el enfriamiento y la evapotranspiración del cultivo. Es muy importante para mantener el cultivo en un régimen termohigrométrico adecuado, como también para restablecer la concentración de CO2 que es consumida por las plantas en la fotosíntesis.

Cada invernadero posee una configuración diferente de ventanas, pero cual sea el caso es tan importante la ventilación en el perímetro (ventanas laterales) como en el techo (cenitales).

Ventilación forzada: el uso de ventiladores puede permitir un control más preciso de la temperatura del invernadero que el que puede lograrse con la ventilación pasiva. Para ello se recomienda que la tasa de ventilación sea como mínimo de 45 a 60 renovaciones de aire por hora (Bruce, 1982).

Sombreo

Tiene como finalidad reducir la la radiación incidente y como consecuencia temperatura de la planta, y con ello disminuir su evapotranspiración.

Sombreo con aplicación de blanqueo: consiste en pintar la cubierta del invernadero con carbonato de calcio. Una dosis habitual suele ser de 15- 25 kg por cada 100 litros de agua. Es conveniente hacer una prueba previa y dejar durante unas horas, para ver si conseguimos la cantidad de sombreo deseada.

Figura 12: Pantalla térmica, CEPOC. Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile.


Figura 15: Extractores pared humeda, CEPOC. Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile.

Figura 14: Pared de celulosa pared húmeda, CEPOC. Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile. Figura 16: Nebulizadores (Sanz De Galdeano et al., 2002).

Mallas de sombreo: las mallas de sombreo suelen ser de polietileno, fibra acrílica y poliéster, con el fin de aumentar la reflexión de la radiación suelen utilizarse las metalizadas (aluminizada).

Manejo de temperatura por evaporación de agua

Existen dos sistemas utilizados tradicionalmente.La pared húmeda: consta de una lámina de celulosa

corrugada (Figura 14), a través de la cual circula agua en sentido vertical. Los extractores (Figura 15) hacen circular aire en sentido horizontal para que el aire exterior entre al invernadero. El aire atraviesa el flujo del agua, la absorbe y se evapora produciendo un descenso de la temperatura al interior del invernadero y un incremento de la humedad relativa.

Nebulización: los equipos de nebulización constan de tuberías fijas con boquillas instaladas a lo largo y ancho del invernadero lo más alto posible, donde pequeñas gotas de 2 a 60 µm descienden y se evaporan antes de tocar el cultivo para evitar que este se moje (Valera et al., 2002) (Figura 16).

AGRADECIMIENTOS

Se agradece al proyecto “Aumento del valor funcional y calidad organoléptica de hortalizas de hoja producidas en la región de O’Higgins mediante la aplicación controlada de estreses ambientales en sistemas de producción forzada y mínimo procesamiento IDI 30474703-0”. Financiado por el Fondo de Innovación para la Competitividad de la región del Libertador General Bernardo O’Higgins (Chile).

Bibliografía.

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