tesis control de ventilacion forzada

Ingeniera Electronica

Trabajo de Tesis

Control de Temperatura En un invernadero

Presenta:

Nombre1 Apellido1 Apellido1Numero de matrcula: 1234567890

Asesor:

JJKProfesor de tiempo completo del ITSPR

Poza Rica, Veracruz, noviembre 2013

cITSPR noviembre 2013. Derechos Reservados. El autor otorga al ITSPR el permiso dereproducir y distribuir copias de este reporte en su totalidad o en partes.

Control de Temperatura En un invernadero

ResumenActualmente, se ve la necesidad controlar el ambiente en el que crecen tus plantas, paraello se utilza los invernaderos Esta estructura ayuda a mantener el calor, que es necesariopara plantas tropicales y plantulas; la humedad, requerida para que varios vegetales, comolos pimientos, prosperen; y ayuda tambien a mantener alejados animales, pestes y ninospequenos.

Puede tambien regular la cantidad de agua que reciben tus plantas, por lo que lassequas e inundaciones rara vez son un problema.

Pueden extender la estacion de crecimiento. Esto es especialmente deseable en climasfros en los que las epocas favorables para el crecimiento de las plantas duran pocos meses,lo que no alcanza para que algunos vegetales puedan ser cosechados.

Palabras Clave: invernadero, plantas tropicales, plantulas,estacion de creciento.

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Indice general

1. Introduccion 11.1. Cronograma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3. Plantamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4. Justificacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.5. Hipotesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.6. Objetivo General y Especficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.6.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.6.2. Objetivos Especficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.7. Organizacion de la Tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Sistemas De Control De Invernadero 72.1. Definicion De Un Sistema de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2. Surgimiento y Evolucion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3. Aplicacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.3.1. Elementos Basicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3. Invernadero 153.1. Definicion De Invernaderos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.2. Aspectos Principales Que Definiran el Exito De Un Invernadero . . . . . . 173.3. Armazones de Invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.4. Materiales de Cubierta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.4.1. Polietilenos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.4.2. Cristal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.5. Mallas de sombreos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.6. Pantallas Termicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.7. Tipos De Invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.7.1. Invernadero Tipo Plano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.7.2. Invernadero Tipo Raspa y Amagado . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.7.3. Invernadero Tipo Tunel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.7.4. Invernadero Tipo Capilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.8. Elementos internos en invernaderos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.8.1. Sistemas de Ventilacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.8.2. Ventilacion Natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.8.3. Ventilacion Forzada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.8.4. Refrigeracion Por Evaporacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

iii

3.8.5. Sistema de Calefaccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4. Sistemas De control 354.1. Refrigeracion de un Invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.2. Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.3. Humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.4. Iluminacon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.5. CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5. Construccion del invernadero y Sistema de Control 435.1. Contruccion del sistema de Control de Temperatura . . . . . . . . . . . . . 43

5.1.1. LM35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435.1.2. LM358 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.1.3. Simulacion del circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.2. Construccion del Invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465.2.1. Material utilizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.2.2. Construccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

iv

Captulo 1

Introduccion

1.1. Cronograma

Figura 1.1: Cronograma utilizado en esta tesis.

En la Fig.1.1 se muestra el cronograma de actividades que se siguio para realizar nues-

tro proyecto.

1

2 CAPITULO 1. INTRODUCCION

1.2. Antecedentes

Los primeros invernaderos de horticultura neerlandeses fueron construidos alrededor

de 1850 para el cultivo de uvas. Se descubrio que el cultivo en invernaderos con calefac-

cion y con el mas alto nivel de cristal incrementaba el rendimiento. Las plantas crecan

mas rapidamente cuando se les daba mas luz y cuando el entorno calido era constante.

Esto significa que en los Pases Bajos se pueden cultivar otros productos que solamente se

podra cultivar en pases calidos si no hubiera invernaderos. En Westland se enarenaron

las tierras morrenicas arenosas aridas.

La arena fue llevada a las turberas y arcillas mojadas y, por lo tanto, se creo un buen

subsuelo para la horticultura. Finalmente se creo la concentracion de horticultura e inver-

naderos mayor de todo el mundo en Westland. Esto fue por la influencia moderadora del

agua circundante, la gran cantidad de luz solar cerca de la costa, la cercana de grandes

concentraciones de habitantes y las innovaciones del sector de construccion de invernade-

ros.

Las tormentas de 1972 y 1973 fueron la razon de llevar a cabo investigaciones cientficas

tecnicas y sistematicas en la construccion de invernaderos. Conjuntamente con pioneros

de la industria y comercio, se redacto la primera normativa para la construccion de inver-

naderos neerlandesa, NEN 3859. Desde entonces se han hecho muchas mas investigaciones

que han resultado en modelos de aritmetica (por ejemplo la construccion de invernaderos

Casta) con el que los requisitos en cuanto a la calidad son traducidos en un diseno arqui-

tectonico. Estos modelos aritmeticos son modificados y ajustados continuamente y son

una de las razones por la que los invernaderos neerlandeses tienen tan buena reputacion.

Principalmente se construyen dos tipos de invernaderos en los Pases Bajos: el inverna-

dero tipo Venlo y el invernadero tipo nave ancha con sus muchas opciones. Es sobre todo

el cultivo lo que determina el tipo de invernadero que es el mas adecuado. Los cultivadores

de materiales de propagacion y de plantas de macetas sobre todo eligen el invernadero

tipo nave ancha mientras que los cultivadores de flores y hortalizas prefieren sobre todo

1.3. PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA 3

el invernadero tipo Venlo.

Los ultimos diez anos, los invernaderos incrementan mas y mas en altura, se les dan

ventanas de ventilacion mas grandes (mas luz) y las naves son mas grandes (mas espacio

para el cultivo y para trabajar). Este desarrollo es alimentado por la regla que dice que

un por ciento mas de luz es un por ciento mas de rendimiento! Por lo tanto una instalacion

de pantallas para el control climatologico es imprescindible. Se hace una distincion entre

pantallas horizontales y pantallas verticales enrollables; el tipo de tela de la pantalla es

determinado por la funcion (oscurecimiento o ahorro de energa) y el cultivo.

Mas recientemente hemos tenido la profesionalizacion restante de la industria de cons-

truccion de invernaderos. Para el futuro sano de la horticultura y de los invernaderos

neerlandeses y la industria de construccion de invernaderos neerlandesa, una normativa

para la construccion a nivel europeo es de esencial importancia. La normativa para la

construccion de invernaderos sera finalizada en poco tiempo y sera vinculante para toda

Europa. Los intereses de los Pases Bajos son defendidos en la comision normativa europea

por TNO Bouw de Delft.

Los Pases Bajos tienen una posicion dominante en la horticultura a nivel mundial. La

especializacion amplia de los constructores de invernaderos y suministradores tiene que

ver con el hecho que los Pases Bajos tienen mas invernaderos que cualquier otro pas. Los

Pases Bajos cuentan con mas de 10.000 hectareas en invernaderos en donde el mercado

de recambio tiene prioridad. El invernadero de cristal es el artculo de exportacion neer-

landes por excelencia. Ochenta por ciento de los invernaderos de cristal afuera de Europa

proviene de los Pases Bajos

1.3. Plantamiento del problema

En los sistemas de invernadero una de las problematicas muy comunes es el control de

su temperatura y su ventilacion como sabemos dentro de el se realiza el efecto invernadero

ocasionando que su temperatura aumente y dependiendo del tipo de plantas que se desea


cultivar es la temperatura que se deba tener dentro del invernadero.

Para ello se propone un sistema de ventilacion forzada, el cual como su nombre lo

indica ventilara el invernadero hasta la temperatura deseada.

1.4. Justificacion

Este trabajo se realizara con la finalidad de implementar un sistema de control para

la ventilacion de un invernadero en el cual utilizaremos un circuito electronico que nos

permite tener la temperatura deseada, con el fin de mantener el cultivo en optimas con-

diciones, y obtener un resultado satisfactorio en la produccion y una buena calidad de la

misma.

1.5. Hipotesis

La ventilacion forzada ayudara a mantener una temperatura adecuada y eficiente en

el invernadero, de acuerdo al tipo de cultivo.

1.6. Objetivo General y Especficos

1.6.1. Objetivo General

Realizar el sistema de control electronico para la ventilacion en un sistema de inver-

nadero.

1.6.2. Objetivos Especficos

Mantener la temperatura adecuada para un sistema de invernadero, para conservar

nuestro cultivo en buen estado.

1.7. ORGANIZACION DE LA TESIS 5

Lograr la produccion y desarrollo de nuestro tipo de plantas dentro de un ambiente

estable, controlando nuestra temperatura, con la finalidad de protegerlas.

1.7. Organizacion de la Tesis

Capitulo 1: Se expone el cronograma que se sigio durante la elaboracion de esta tesis.

Tambie se plantean los antecedentes, el plantamiento del problema, la justificacion, la

hipotesis y los objetivos generales y especificos.

Capitulo 2: Se Exponen los diferentes tipos de sistemas de control para un invernadero,

la evolucion que a ido surguiendo por la necesidad de de controlar las diferentes variables

que afectan a un invernadero.

Capitulo 3: Se presentan los diferentes tipos de invernadero y sus caracteristicas, los

aspectos que definen los aspectos mas importante que se tienen que tomar encuenta para

que el invernadero tenga exito.

Capitulo 4: En este capitulo se presenta los diferentes tipos de sistemas de control que

se pueden tomar encuenta para que las plantas tengan un exito mayor.

Capitulo 5: Se muestran los paso en la elaboracion del control de temperatura y la

construccion del invernadero.

Captulo 2

Sistemas De Control De Invernadero

2.1. Definicion De Un Sistema de Control

Cuando se escucha la expresion sistema de control para invernaderos, se piensa

en poder manipular todas las variables que influyen en el funcionamiento adecuado de

un invernadero mediante un dispositivo o un elemento electronico, ya sea mediante una

computadora o un sistema comercial creado por una empresa internacional. Sin embargo,

no siempre nos damos cuenta que nuestro invernadero es unico y que las soluciones que

podamos requerir aun no han sido creadas en forma comercial. La unica solucion posible

es la de crear un sistema de control propio que satisfaga nuestras demandas y las del

invernadero.

Sistema: Combinacion de partes reunidas para obtener un resultado o dar solucion en

forma un conjunta a un problema.

Control: Funcion administrativa que ayuda a gestionar un proceso en base a planea-

cion, organizacion, prevencion y senalizacion.

Invernadero: Construccion de vidrio o plastico en la que se cultivan plantas, cuidando

condiciones o aspectos que pudieran afectar y/o aumentar factores necesarios para un

optimo crecimiento de un cultivo.

Tomando en cuenta las definiciones anteriores se conforma una definicion para: sis-

7

8 CAPITULO 2. SISTEMAS DE CONTROL DE INVERNADERO

tema de control para invernaderos, que se puntualiza de la siguiente forma:

Un sistema de control para invernaderos es un grupo de dispositivos e instalaciones ne-

cesarias para administrar las variables que influyen en el cultivo dentro de la zona conocida

como invernadero, mediante la prevencion, atencion y senalizacion de eventos no deseados.

La definicion anterior sera aceptada por una gran variedad de procesos, pero debemos

enfocarnos en dar una definicion para sistema de control de temperatura en invernade-

ros, en donde ya se delimita el sistema para la regulacion de una sola variable como lo

es la temperatura, quedando la definicion de la siguiente manera:

Un sistema de control de temperatura en invernaderos, es un conjunto de elementos

destinados a indicar la elevacion y disminucion de temperatura en una zona limitada lla-

mada invernadero, y no solo indicarla si no que tambien tenga la capacidad de modificarla

para mantenerla en un intervalo adecuado para el cultivo.

La mayora de los sistemas de control para invernaderos involucran el control de tem-

peratura, pero aunque esta sea la variable mas importante que involucra a invernaderos,

no es la unica variable que puedan modificar o regular los sistemas de control para estos

recintos.

Dentro de los invernaderos se encuentran variables como: humedad, niveles de CO2,

radiacion solar, PH del agua, riego, entre otra infinidad de aspectos que pueden tomarse

en cuenta, dependiendo del metodo de cultivo y del tipo de vegetales que se produzca

dentro del invernadero.

Claro este, que entre mas variables controle un sistema, su complejidad y costo seran

mas elevados.

2.2. SURGIMIENTO Y EVOLUCION 9

2.2. Surgimiento y Evolucion

A traves de la historia, el ser humano se ha visto en la necesidad de alimentarse; ya sea

por actos de caza o de agricultura, o bien, por intercambio y comercializacion de alimentos.

En un comienzo la humanidad era quien se haca cargo de cultivar sus alimentos en

grandes extensiones de tierra abierta, y as consegua todo lo necesario para sobrevivir,

aunque las siembras sufran de las inclemencias y danos climaticos.

Esto ocasionaba que no siempre se consiguiera los alimentos que se queran, o de una

optima calidad e incluso se tena que esperar la estacion adecuada del ano para empezar

a cultivar.

La agricultura se remonta a tiempos prehistoricos, donde nuestros antepasados se vean

amenazados por la escases de caza o la recoleccion de alimentos. Se produce un cambio

gradual de la caza a la agricultura, creando las sociedades sedentarias y pobladas que

dejaron de ser nomadas.

Conforme pasaron los anos, distintas sociedades y pueblos se inclinaron por la cons-

truccion de grandes jardines y zonas de cultivos, pero aun seguan dependiendo de factores

ambientales, los cuales en todo momento decidiran el exito del cultivo o podra significar

la desaparicion del pueblo.

Pronto fue necesario disponer de sitios adecuados para proteger los cultivos del fro,

en invierno, y del sol y el calor, en verano. Los primeros invernaderos se construyeron de

estructuras de madera y vidrio, los cuales satisfacan las necesidades antes citadas.

Fueron construcciones utiles pero poco duraderas. La humedad y el calor facilitaban

la descomposicion rapida de la madera y en pocos anos las instalaciones quedaban arrui-

nadas.


Con el paso de los anos se desarrollaron nuevos materiales y plasticos que solucionaban

el problema de la durabilidad de los primeros invernaderos; ademas estos materiales otor-

gaban nuevas ventajas en relacion al manejo de la temperatura interna en el invernadero.

Solo era cuestion de tiempo para que la tecnologa y la electronica fueran implemen-

tadas en invernaderos. La necesidad de controlar las variables climaticas dara lugar a la

utilizacion de componentes electronicos que eliminaran el trabajo manual de activacion

de sistemas de ventilacion o la ventilacion manual.

Inicialmente la electronica en invernaderos era basica, los primeros sistemas cons-

truidos eran conocidos como bucles de control independiente. En estos se empleaba

calefactores, ventiladores, nebulizadores, etc., pero al manejar las variables por separado

la activacion o desactivacion de cada componente mecanico o electronico afectaba a las

otras variables.

Cada variable fsica como la temperatura y humedad depende una de la otra y al

tratar de eliminar o controlar cada variable por separado sera imposible. Lo mejor era

tratar de entender la correlaci on entre cada una de las variables y utilizar un sistema

de control que tratara la temperatura como un elemento unico pero que en su control se

pudiera usar los 6 dispositivos mec anicos que afecten la temperatura y humedad.

Los sistemas comerciales obligan al horticultor a utilizar un unico elemento mecanico

de control de temperatura y no un elemento que controle la temperatura y humedad.

Conforme la electronica desarrollaba circuitos encapsulados se redujo considerable-

mente el tamano de los equipos. Las nuevas tecnologas utilizan microprocesadores, mi-

crocontroladores y otros tipos de dispositivos que simplifican el diseno e incrementan la

confiabilidad, ademas de reducir el costo y el tiempo de diseno de los equipos o sistemas

a implementar.

Como ya se expuso anteriormente, el primer problema de los sistemas de control de

temperatura era el uso de los esquemas llamados bucles de control independienteque

2.3. APLICACION 11

solo activaban un unico dispositivo mecanico o electronico. Se requeran sistemas que

controlaran la variable de la temperatura pero no solo sistemas que se conformaban con

activar/desactivar un solo tipo de dispositivo mecanico, esto impeda que el operador se

dedicara a otra actividad que no fuera exclusivamente la de cuidar los valores de tempera-

tura en el interior del invernadero. Lo que se pretenda era dejar de usar un sistema para

la comparacion de los niveles de temperatura, otro sistema para la toma de decisiones al

modificar los niveles altos o bajos de temperatura y un sistema mas para activa/desactivar

los dispositivos mecanicos.

El segundo problema de los sistemas de control de invernaderos fue el denominado

.excesivo cableado y largas distancias. Los tpicos sistemas de control tenan la necesidad

de contar con una unica unidad central de procesamiento de datos por cada sensor de

temperatura, es decir, cada sensor tena un cableado hacia la central de datos, pero el

principal problema radicaba en la lejana entre los sensores y la Unidad Central.

Esto agravaba problemas en el incremento de la sensibilidad a interferencias electro-

magneticas, degradacion de senales electricas (teniendo que hacer uso de dispositivos como

amplificadores y/o repetidores de senales), mayor mantenimiento de lneas, etc.

Es claro que siempre se podra mejorar el funcionamiento de los sistemas de control uti-

lizados en invernaderos, pero lo verdaderamente importante es la incorporacion de nuevas

tecnologas y dispositivos que disminuyan el costo del sistema, poniendo en entredicho si

se justifica el gasto monetario en un sistema de control que pudieran estar sobrado para

la aplicacion o no cumple con lo que realmente se requiere.

2.3. Aplicacion

Los sistemas de control de temperatura tienen un sin fn de aplicaciones. Se podra

enumerar varios procesos que necesitan de un sistema de control de temperatura, pero

como ya se comento antes, sera ilogico pensar que cualquier sistema de control de tem-


peratura puede ser util para todo proceso o lugar determinado.

En este caso se limita a un sistema que controle la temperatura dentro de un inver-

nadero, pero no con esto se tiene la seguridad que el sistema funcione adecuadamente en

las distintas zonas geograficas o sea instaladas en las distintas variaciones de estructuras

de tipos de invernadero. La intencion es crear un sistema de control de temperatura en

invernaderos que pueda adaptarse con relativa facilidad a la estructura, sea ligero, no ocu-

pe gran cantidad de espacio y que sea optimo para la zona geografica local, considerando

las temperaturas maximas y mnimas letales de los tpicos cultivos cosechados en la region.

2.3.1. Elementos Basicos

No todos los sistemas de control en invernaderos suelen tener un estandar en cuanto

a las partes que este debe tener o los procesos que debe de solucionar.

Analizando sistemas comerciales y no comerciales se encontro que la mayora de los

sistemas cuentan con los siguientes elementos, En la fig.2.1 se muestran estos elementos.

1. Unidad central: Es la que se encarga de analizar los datos recolectados por los

sensores. Por lo general son utilizados los PLCs (Controlador logico programable),

microprocesadores, microcontroladores, FPGAs (Field Programmable Gate Array),

ordenadores, entre otros.

2. Sensores: Son los encargados de convertir las variables o condiciones fsicas en senales

electricas que puedan ser analizadas por la Unidad Central. El sensor es uno de los

elementos mas importantes, ya que proporciona en tiempo real la situacion que en-

contramos en el invernadero. Existen sensores para medir diferentes condiciones de

un invernadero y dependiendo de los parametros obtenidos por estos, los sistemas

definen si hacen uso de indicadores o marcan la activacion de los dispositivos de

control para empezar a nivelar las condiciones del invernadero.

2.3. APLICACION 13

3. Dispositivos mecanicos: As se le llama a los dispositivos encargados de nivelar las

variables sensadas. Por lo general son calefactores, ventiladores, nebulizadores, ra-

diometros, anemometros, contadores de caudal, manometros, humificadores, dispo-

sitivo de bombeo de agua y fertilizante, electrovalvulas, etc.

4. Dispositivos de control: Por medio de este bloque, el usuario le indica a la central

las funciones que debe realizar cuando las temperaturas estan fuera de lo indicado o

de los lmites considerados como sanos para la especie cultivada. Comunmente este

dispositivo se ve suprimido al utilizar una Unidad Central, pero algunos sistemas

usan solo la Unidad Central para ver los datos recolectados, y no hacen la activa-

cion/desactivacion de los dispositivos.

5. Indicadores: Son los encargados de mostrar al usuario los niveles de las variables

sensadas; ademas, estos pueden dar aviso si las condiciones adecuadas son sobre-

pasadas o se encuentran fuera de lo recomendado. Se pueden utilizar pantallas de

cristal lquido (LCDs), alarmas sonoras, leds, focos, monitores, entre otros.

6. Fuente de alimentacion: Es la que proporciona la energa a todo el sistema para su

correcto funcionamiento.

Existiran sistemas de control para invernaderos que tendran estos componentes basi-

cos, algunos mas e inclusive menos. Algunos otros sistemas sugieren emplear conexiones

inalambricas o conexiones a internet para el manejo de datos, pero el uso de estas tecno-

logas es a decision del productor, si necesitara de estas u otras tecnologas mas avanzadas.


Figura 2.1: Esquema Basico de un sistema de control para invernaderos.

Captulo 3

Invernadero

3.1. Definicion De Invernaderos

La palabra invernadero se define como: .Estructura o construccion de armazon metali-

co, plastico o madera, que complementa su funcionamiento con el uso de telas plasticos

o segmentos de vidrio. Los invernaderos dan la posibilidad de cultivar cualquier especie

vegetal dentro, dotandola de condiciones optimas para su reproduccion y crecimiento.

Los invernaderos proporcionan una barrera para las condiciones climatologicas externas

logrando condiciones ambientales diferentes en el interior. Ademas de los factores clima-

tologicos, se puede controlar el acceso de agentes biologicos y fsicos que puedan afectar

al adecuado desarrollo de la especie que se encuentra en el interior del recinto.

Los invernaderos aprovechan el efecto producido por la radiacion solar, que al atravesar

un vidrio u otro material traslucido calienta los objetos que hay dentro. Esta utilizacion de

la radiacion solar se le conoce como efecto invernadero, que produce el agua y el dioxido

de carbono al absorber la radiacion infrarroja proveniente del sol provocando un aumento

de temperatura dentro de un espacio determinado.

Todas las plantas tienen exigencias muy concretas en cuanto a temperatura para su

desarrollo vegetativo. Es por esto, que al aire libre es necesario realizar la siembra en

aquellas epocas en que las temperaturas sean las mas adecuadas, tanto para germinacion,

como para el desarrollo de las plantas. Si las siembras o plantaciones se realizan en un

medio artificial, en el que la temperatura ambiente es la adecuada para el brote de se-

15

16 CAPITULO 3. INVERNADERO

millas y desarrollo de los cultivos, estas creceran normalmente y daran fruto cuando se

encuentren en un ambiente termico adecuado para la especie. Los invernaderos crean este

clima artificial, elevando la temperatura respecto a la del exterior, defendiendo a la planta

del fr o o calor, acelerando la producci on.

Las ventajas del uso de invernaderos son:

Rapido crecimiento y aumento de calidad del cultivo.

Menor consumo de recursos hidrologicos y fertilizantes.

Proteccion de las condiciones meteorologicas extremas.

Control de clima interno.

Mejor uso del suelo.

Produccion fuera de epoca.

Mejor control de insectos y enfermedades.

Posibilidad de obtener mas de un ciclo de cultivo al ano.

Son muchas las ventajas que se obtienen al usar un invernadero. Claro que todas

aumentaran o disminuiran segun el tipo (forma) de invernadero con el cual se cuente,

as como el uso de aditamentos y t ecnicas que puedan ayudar a una mayor produccion.

La utilizacion de nuevas tecnologas otorga un sin fn de ventajas, pero por otro lado,

tambien implica inconvenientes o desventajas importantes:

Alta inversion inicial.

Alto costo de operaci on.

Requiere personal especializado, de experiencia practica y conocimientos teoricos.

3.2. ASPECTOS PRINCIPALES QUE DEFINIRAN EL EXITO DE UN INVERNADERO17

Por lo general se tiene claro el funcionamiento del invernadero as como las ventajas

que estos dan, pero el hecho de pensar que con la simple estructura es suficiente para

obtener un cultivo optimo es un grave error. Con un buen diseno, adecuada construccion,

sistemas electronicos de control, ayuda especializada y la aplicacion de conocimientos

propios, sera mas facil resolver los problemas que se presenten y as justificar la inversion

de un invernadero para un negocio determinado.

3.2. Aspectos Principales Que Definiran el Exito De

Un Invernadero

Se pueden mencionar un sin fn de aspectos necesarios para que un invernadero real-

mente cumpla con su objetivo, pero se estara saliendo del contexto y dejando atras el

diseno del sistema de control de temperatura en invernaderos. No esta demas dar un pe-

queno vistazo y adentrarse un poco al funcionamiento de los invernaderos para tener un

panorama general y poder desarrollar un sistema que solucione la mayora de los proble-

mas reales que se presentan dentro de los invernaderos.

Ubicacion geologica: Contar con una extension territorial en la cual se piense que es

posible instalar un invernadero no es suficiente; es mas importante la ubicacion y los

recursos que pueda proporcionar la geografa de la zona. Las condiciones climaticas

de la zona son especialmente relevantes cuando se trata de instalar un invernadero

de cualquier tipo, pero muy en especial en invernaderos que no cuenten con siste-

mas electronicos de control de temperatura. En muchos casos se requiere de zonas

libres de heladas o con heladas ocasionales suaves. En zonas con riesgo de helada

ocasional, se tendr a que disponer de algun medio de calefaccion artificial o de una

mayor proteccion con materiales de cubiertas termicas. Resultan determinantes las

temperaturas mnimas que corresponden normalmente a temperaturas nocturnas,

difcilmente modificables por el invernadero sin ningun tipo de sistema de control de

temperatura. A diferencia de las temperaturas nocturnas, las temperaturas diurnas

son mas faciles de disminuir o aumentar sin metodos automatizados. Las tempe-

raturas nocturnas puede ser lo mas complejo para controlar y en cierta medida


seran la causa para utilizar sistemas de control, pero claro que siempre existe la po-

sibilidad de decidir si es adecuado instalar sistemas de control en el invernadero o no.

Orientacion a vientos dominantes y salida del sol. La ventilaci on en invernaderos

es uno de los aspectos mas importantes al momento de modificar las temperaturas

existentes en el interior del recinto. Existen basicamente dos maneras al momento de

ventilar el interior del invernadero, estas pueden ser en forma forzada y no forzada.

La ventilacion forzada es la realizada por componente mecanicos y otro dispositivos,

mientras que la ventilacion no forzada es haciendo el uso de las ventanas laterales

o cenitales de la estructura del viento. La salida del sol es otro aspecto de interes

que afecta directamente la temperatura del invernadero, La salida del sol puede ser

un factor decisivo al momento de captar la mayor cantidad de radiacion solar, que

significara una mayor obtencion de temperatura.

Instalaciones necesarias: No solo se deben considerar los factores fsicos de la geo-

grafa; las ventajas de operacion tambi en son necesarias, es decir, los invernaderos

requieren de una gran cantidad de habitaciones o construcciones aledanas a la nave

(invernadero). Por ejemplo, ciertos sistemas de control de invernaderos son dema-

siados robustos y en algunos casos ocupan una habitacion entera en donde puedan

ser operados.

3.3. Armazones de Invernadero

Se conoce como armazon a la estructura o materiales que dan sustento o forma a un

determinado elemento. En el caso de invernaderos el material del armazon define al tipo

de estructura, as como la rigidez y durabilidad del invernadero.

Los materiales de armazon del invernadero pueden ser de distintas variedades, algunos

tienen propiedades diferentes al ser sometidos a distintas temperaturas. Por ejemplo, los

metales suelen absorber grandes cantidades de energa termica que termina siendo irradia-

3.4. MATERIALES DE CUBIERTA 19

da en el exterior, aunque esto no ser a un punto de gran importancia a tratar en relacion

al diseno del prototipo propuesto. Por otro lado, el tipo de estructura podra delimitar el

uso de dispositivos mecanicos que puedan ser instalados. No implicara mucho problema

la instalacion de un sensor de temperatura, pero ocasionara un gran dilema si se quiere

instalar un calefactor o un ventilador de techo o pared demasiado grande, poniendo en

duda si la estructura podra soportar la carga de los dispositivos.

Se puede hacer una clasificacion de materiales y en base a las ventajas/desventajas

poder elegir si la estructura es optima para soportar dispositivos mecanicos o un sistema

electronico muy robusto:

1. Madera: La madera mas utilizada es la de eucaliptos, que tiene un coeficiente de

trabajo de aproximadamente 50kg = cm2 a compresion.

2. Hierro y otros metales: Es el material por excelencia para la construccion de inver-

naderos, ya que no tiene problemas al ser sometido a grandes cargas provocadas por

elementos mecanicos o electronicos de control de temperatura.

3. Hormigon: No es un material muy utilizado, ya que tiene un gran numero de des-

ventajas en comparacion con otros tipos de materiales de estructura.

4. Materiales plasticos: Son muy debiles y flexibles, siendo difcil la instalacion de dis-

positivos mecanicos de control de temperatura.

3.4. Materiales de Cubierta

Llamamos materiales de cubierta a los elementos o plasticos que cubre al invernadero

de las inclemencias climaticas externas. Puede ser un tema no muy relevante para el di-

seno del sistema electronico, pero como es algo que afecta directamente a la cantidad de


temperatura que pueda encontrarse dentro del invernadero, es necesario indagar un poco

sobre este tema y tal vez pudiera ser de ayuda si alguna otra persona quiere disenar su

propio sistema de control de temperatura y cree conveniente tomar en cuenta los tipos de

cubiertas en invernaderos.

Dentro de los materiales de cubierta se tienen los siguientes:

Lamina flexible.

Polietileno.

Copolmero.

Policloruro de vinilo.

Polipropileno.

Placa semirrgida.

Policarbonato.

Poliester.

Policloruro de vinilo.

Polimetracrilato de vinilo.

Cristal.

3.4.1. Polietilenos

El material mas utilizado en cubiertas de invernaderos es el polietileno de baja den-

sidad, con una durabilidad de una, dos y hasta tres temporadas, segun haya sido o no

tratado con aditivos inhibidores del efecto de los rayos ultravioleta. Estos aditivos otorgan

mayor durabilidad, pero en ningun caso le otorga propiedades termicas, como la posible

perdida de radiacion que pudiera salir del invernadero.

3.5. MALLAS DE SOMBREOS 21

3.4.2. Cristal

El uso de este material esta en decremento, ya que su precio es mas alto en compa-

racion con los plasticos. Aun as, es indispensable en instalaciones que se encuentran en

climas fros y los cultivos requieran temperaturas elevadas. Presenta un comportamiento

interesante en conjunto con la radiacion solar, el cristal deja pasar la radiacion sin defor-

marla, esto significa que toda la energa llegara al suelo, ademas, dota la caracterstica

de aprovechar toda la energa luminosa comparandose como si el cultivo estuviera en el

exterior.

Una de las caractersticas mas sobresalientes del cristal es que es inalterable a los

medios en que esta expuesto, no se deforma a temperaturas altas, humedad y acidos, lo

cual significa que tecnicamente no se degrada fsicamente conservando sus propiedades y

condiciones originales.

3.5. Mallas de sombreos

Figura 3.1: Ejemplos de Los tipos de mallas

Las mallas de sombreo(como se muestran en la Fig.3.1) utilizadas en la agricultura se


disenaron para permitir un mejor control de los niveles de radiacion solar de acuerdo a

requisitos especficos de diversas plantas en las distintas fases de desarrollo, y distintas

estaciones en diferentes regiones climaticas. Por lo tanto, existen distintos tipos de malla

de sombreado.

Para continuar analizando el diseno del prototipo de control de temperatura, se ana-

lizaran y compararan las ventajas/desventajas que se tienen al utilizar este tipo de ele-

mentos.

Proteccion a la radiacion solar y reduccion de calor dentro de la instalacion: Las ma-

llas de sombreo acumulan y distribuyen el calor, por lo tanto tambien se le llaman malla

caliente. El cambio en la temperatura se produce entre el aire que queda atrapado en la

malla y la radiacion emitida y absorbida por elementos refrigerantes bajo la malla, como

la tierra y las plantas. La temperatura de las hojas es identica a la temperatura ambiente.

La malla de aluminio (conocida por su uso como un material aislante) no se calienta en

absoluto, por lo tanto se la denomina malla fra, debido a que la malla es reflectora, la

radiacion solar es rechazada y devuelta al exterior y no emite calor durante el da a la

tierra o a las plantas que hay por debajo.

Proteccion a danos de radiacion de helada: La radiacion helada se caracteriza

por noches muy claras y extremadamente fras. En un da soleado, la planta absorbe

la energa y reduce la absorcion de radiacion con respecto al fro del cielo durante las

noches. Al no haber obstaculos, la planta pierde su calor y la temperatura desciende

al nivel de temperatura ambiente. Hay muchas plantas que no sobreviven y mueren

despues de una noche de temperaturas muy fras.

Ahorro de energa: El hecho de que la malla evite de manera efectiva la perdida

de calor de la planta, aumenta la capacidad de almacenar energa. Aunque en una

instalacion caliente, la mayor perdida de energa es causada por las plantas, la tierra

y varios artculos en la instalacion.

Dispersion luminosa: El uso de algunas mallas de sombreo suele interactuar con

3.6. PANTALLAS TERMICAS 23

muchas propiedades de la radiacion solar. Las mallas de sombre suelen evitar que

los rayos del sol golpeen directamente al cultivo o la planta. Los rayos provenientes

del sol, chocan con las mallas de sombreo y su energa calorfica se pierde en esta,

dejando que la energa luminosa siga su camino al interior del invernadero.

3.6. Pantallas Termicas

En algunos casos los invernaderos hacen uso de pantallas termicas que otorgan ventajas

parecidas a las proporcionadas por las mallas de sombreo como el alto porcentaje de ahorro

de energa a evitar usar sistemas de calefaccion/ventilacion. A diferencia de las mallas de

sombreo, las pantallas termicas tienen un costo mas elevado lo que limita la utilizacion

de este tipo de materiales, pero siempre es posible hacer uso de este tipo de tecnologa.

Es necesario conocer las limitaciones y ventajas de las pantallas termicas:

Control de temperatura: Gracias al nivel de reflexion del aluminio, se consiguen

disminuciones de temperatura dentro del invernadero.

Control de luminosidad: Segun el grosor de la pantalla termica se puede bloquear

o dejar pasar mas energa luminosa.

Control de humedad: En caso de exceso de humedad la pantalla absorbe ese

exceso de humedad, que por efecto de la condensacion se concentra en la parte

superior de la pantalla y por lo tanto sera evaporada, eliminando el efecto del goteo.

Debemos tener cuidado en el aspecto de goteo ya que este efecto puede causar

algunos danos en el cultivo, a nuestro prototipo electronico y podra disminuir la

calidad de la especie vegetativa. En lo referente a nuestro diseno sabemos que la

humedad puede afectar directamente al nivel de temperatura dentro del invernadero.

Ahorro de combustible de calefaccion: Durante la noche la superficie inferior

del aluminio reflecta la radiacion calorfica interior hacia el suelo del invernadero

por lo que las perdidas de calor son inferiores, derivando en un considerable ahorro

energetico en el uso de calefactores.

La eleccion de una pantalla termica se debe realizar en base al tipo de cultivo y a las


condiciones meteorologicas de la zona elegida.

3.7. Tipos De Invernadero

El diseno del armazon del invernadero es una de las partes mas importante que los

horticultores deben decidir, ya que el diseno y tipo de estructura define el potencial (que

tan productivo puede llegar a hacer) del invernadero. La luminosidad y radiacion solar

son importantes para aumentar la fotosntesis de las plantas y elevar la temperatura del

invernadero.

Existe una vasta variedad de tipos de invernaderos, algunos de estos cuentan con ven-

tajas y desventajas importantes al momento de manipular los valores de temperatura.

Sera conveniente estudiar los tipos de estructura y en base a ese analisis poder seleccio-

nar el sistema de control de temperatura idoneo.

3.7.1. Invernadero Tipo Plano

El invernadero tipo plano (en la Fig.3.2 se muesta la estructura de este) es conocido

por su mala ventilacion. La instalacion de ventanas cenitales es bastante difcil al igual

que su mecanizacion, debido al excesivo numero de postes, alambres, piedras de anclaje,

etc.

Los invernaderos tipo planos pueden ser debiles si se desean instalar componentes

mecanicos en su estructura horizontal ya que no soportara un dispositivo de gran peso.

Por lo tanto, se debera considerar la ligereza al momento de disenar el prototipo para que

pueda ser instalado en este tipo de invernaderos.

En la Fig.3.3 se muestra un invernadero tipo plano ya construido y en funcionamiento.

3.7. TIPOS DE INVERNADERO 25

Figura 3.2: Estructura de un Invernadero Tipo Plano

Figura 3.3: Invernadero Tipo Plano

3.7.2. Invernadero Tipo Raspa y Amagado

Su estructura es muy similar al tipo plano pero vara la forma de sostener la cubierta.

Se aumenta la altura del invernadero en la cumbrera (techo), que oscila entre 3 y 4,2 m,

dando espacio a lo que se conoce como raspa. La parte mas baja es conocida como amaga-

do. Se podran mencionar las mismas desventajas que otorgan los tipos planos, pero el de

raspa y amagado otorga una altura mayor en comparacion al tipo plano. La condensacion

se llevara a cabo mas arriba del cultivo y el aumento de la altura significara mas espacio

para calentar o enfriar.


Figura 3.4: Invernadero Tipo tunel

3.7.3. Invernadero Tipo Tunel

Se caracteriza por la forma de su cubierta y por su estructura totalmente metalica

en la Fig.3.4. El empleo de este tipo de invernadero se esta extendiendo por su mayor

capacidad para el control de los factores climaticos, su gran resistencia a fuertes vientos

y su rapidez de instalacion al ser estructuras prefabricadas.

La ventilacion se realiza mediante ventanas cenitales que se abren hacia el exterior del

invernadero y ventanas a sotavento.

3.7.4. Invernadero Tipo Capilla

La ventilacion es por ventanas frontales y laterales. Cuando se trata de estructuras

formadas por varias naves unidas provoca la ausencia de ventanas cenitales dificultando

la ventilacion.

Para resolver este inconveniente se creo la estructura diente de sierra.

3.8. ELEMENTOS INTERNOS EN INVERNADEROS 27

3.8. Elementos internos en invernaderos

Existe una gran cantidad de dispositivos que ayudan a controlar las condiciones

climaticas dentro del invernadero. Cada dispositivo de control de temperatura cuenta

con caractersticas y funciones distintas; algunas de estas son opcionales y otras necesa-

rias para el crecimiento del cultivo.

Muchos de estos elementos internos son operados manualmente, sin embargo, otros se

encuentran automatizados. Claro esta que al utilizar sistemas automatizados se requiere

de una inversion monetaria relativamente alta para el horticultor. La mayora de compo-

nentes mecanicos dentro del invernadero son susceptibles a ser automatizados. Ademas, los

sistemas electronicos comerciales robustos proporcionan soluciones para una gran canti-

dad de variables que pudieran ser reguladas por sistemas de control, simples y economicos.

Conociendo los elementos internos en invernaderos surge la necesidad de desarrollar

sistemas electronicos que solucionen los problemas comunes que enfrenta el horticultor.

Por este motivo, es grande la inquietud en desarrollar un sistema de control de temperatu-

ra en invernaderos de calidad, tomando en cuenta las condiciones estructurales, materiales

y los distintos elementos en invernaderos, ya que son pasados por alto por algunos siste-

mas comerciales comunmente empleados.

3.8.1. Sistemas de Ventilacion

La ventilacion es un aspecto basico a tener en cuenta para el manejo de un invernadero.

Esto se debe a que no solo es el metodo (usando ventanas) mas economico de refrigerar

un invernadero. Ademas, regula la humedad del aire y favorece la renovacion del dioxido

de carbono necesario para el proceso de fotosntesis. Los sistemas de ventilacion pueden

ser manuales o automatizados.

La ventilacion es fundamental para regular la temperatura y humedad dentro del in-

vernadero, por lo tanto, las instalaciones (naves) deben tener suficientes ventanas, un


mecanismo rapido y comodo de apertura y cierre de estas.

La ventilacion es un aspecto fundamental independientemente de la temporada del ano.

Incluso en das fros, es conveniente ventilar el interior durante una hora a medioda

para que circule el aire, o dejar toda la noche en verano con las ventanas abiertas. Esto

puede significar obtener mejor calidad en el cultivo ya que el CO2 puede ser renovado.

El area total de ventilacion (sin dispositivos mecanicos) incluyendo puertas y venta-

nas, debe ser como mnimo equivalente al 20 % de la superficie cubierta del invernadero.

3.8.2. Ventilacion Natural

La ventilacion de un local puede ser natural o forzada. Se habla de ventilacion natural

cuando no hay aporte de energa artificial para lograr la renovacion del aire, comunmen-

te, la ventilacion natural se consigue dejando aberturas en el local (puertas, ventanas,

lucernarios, etc.), que comunican con el ambiente exterior. La ventilacion forzada utiliza

ventiladores para conseguir la renovacion.

En el caso de la ventilacion natural, las diferencias de temperatura entre el exterior y

el interior y los efectos del viento son el origen de las fuerzas que ocasionan el movimiento

del aire necesario para lograr la ventilacion. En funcion de estas fuerzas, y de la superficie,

orientacion y situacion de las puertas y ventanas es posible lograr tasas de ventilacion muy

importantes.

El intercambio de aire entre el interior y el exterior del invernadero incide de una

manera clara en el clima de cultivo. No solamente cambia el balance de energa, por lo

tanto la temperatura del aire, sino que tambien afecta al contenido de vapor de agua y

de anhdrido carbonico.

La ventilacion natural, tambien llamada pasiva o estatica, no utiliza energa auxiliar


sino que tiene su motor en dos factores:

1. Distribucion de presiones en la superficie de la estructura debido al viento, que crea

zonas de presion positiva y negativa en la cubierta.

2. Diferencia de temperatura y por lo tanto de presion entre el invernadero y el exterior.

La resistencia que opone la ventana al flujo del aire, funcion de la geometra de los

orificios de entrada y salida y tambien del numero de Reynolds cuando los efectos de

viscosidad tienen importancia, reduce la tasa de ventilacion.

La mayora de los invernaderos mediterraneos tienen sistemas de ventilacion muy sen-

cillos con ventanas laterales enrollables. En estas condiciones es difcil que el clima interior

sea aceptable si la anchura del invernadero supera los 20 m.

La ventilacion natural, tipo cenital, es la mas recomendada ya que es poco usual que

algunos agente pueda danar los plasticos ubicados en las ventanas. En zonas poco ven-

tosas donde pueda dificultarse la ventilacion del invernadero es conveniente optar por un

sistema de ventilacion cenital. Este consiste en la ubicacion de las ventanas en la parte

mas alta del techo que ayuda en gran medida a la renovacion del aire. El aire caliente

se concentra en la parte superior del invernadero, y al abrir las ventanas este sale, sim-

plemente porque sigue subiendo, y a la vez se crea una succion de aire fresco desde las

ventanas laterales. De esta manera, con solo abrir las ventanas cenitales y las puertas o

las ventanas laterales, se puede lograr una ventilacion adecuada.

3.8.3. Ventilacion Forzada

El uso de ventiladores permite un control mas preciso de la temperatura del invernade-

ro que el que puede lograrse con la ventilacion pasiva. Con todo, en climas mediterraneos

no es frecuente encontrar equipos de este tipo por el precio de la instalacion y por el


consumo de electricidad.

La ASAE (American Society of Agricultural Engineers) establece una serie de normas

para el diseno y control de los sistemas de ventilacion forzada que se resumen en este

apartado. Se recomienda que la tasa de ventilacion sea como mnimo de 3/4 a un cambio

total de aire por minuto.

El volumen de aire a evacuar debe corregirse en funcion de diversos factores. Uno de

ellos es el factor velocidad Fv. Para invernaderos en los que la distancia entre la ventana

de entrada hasta el extractor mecanico sea inferior a 30 metros, se debe aumentar el vo-

lumen por el factor:

Fv = (5,5

D)1/2

Donde D es la distancia ventana-extractor en metros. As se logra una velocidad de

circulacion del aire mas eficaz en la zona de cultivo.

Otras recomendaciones de la ASAE son:

Los ventiladores deben hacer circular el caudal de aire previamente calculado a la

presion estatica de 003 kilo-pascales.

La distancia entre dos ventiladores contiguos no debe ser superior a 7.5 metros para

asegurar la uniformidad en el flujo del aire.

Siempre que sea posible se deben situar los extractores a sotavento de los vientos

dominantes en verano. Si necesariamente es preciso instalarlos a barlovento, se debe

aumentar el volumen a ventilar por cada extractor en un 10 %.


Debe haber una distancia mnima sin obstaculos a la salida del aire de 1.5 veces el

diametro del ventilador. Los ventiladores se pueden situar en el techo si hay inter-

ferencias en los laterales.

Para evitar entradas de aire indeseadas cuando los ventiladores no esten en funcio-

namiento, las aperturas de entrada deben tener rejillas motorizadas que abran hacia

fuera y solo se abriran cuando los ventiladores entren en funcionamiento. Las reji-

llas de salida tambien abriran hacia afuera movidas por la presion de los ventiladores.

La superficie de las ventanas de entrada sera al menos 1,25 veces el area de los

ventiladores.

Las aspas deben estar protegidas con tela metalica de alambre de 1.5 mm de grosor

mnimo y aperturas de 13 mm. Esta especie de pantalla debe estar al menos a 100

mm de distancia de cualquier parte movil para prevenir accidentes.

Es preferible controlar el volumen de aire renovado en varias fases. Para ello se pue-

den utilizar ventiladores de dos velocidades o conectar distinto numero en funcion

de la temperatura del invernadero.

Los instrumentos de medida y control deben estar completamente protegidos de la

radiacion solar, alojados en cajas pintadas con material reflectivo, o al menos blan-

co. Se debe asegurar que circule aire alrededor de los controles a velocidad entre 3

y 5 m/s. Para ello se pueden instalar ventiladores electricos que extraigan el aire de

la caja que contenga a los sensores.


3.8.4. Refrigeracion Por Evaporacion

Este sistema se basa en el principio, de que cuando el agua se evapora absorbe calor del

aire que lo rodea. Para ello se hace pasar el aire a traves de una pantalla porosa saturada

de agua. El aire refrigerado por evaporacion, cruza el interior del invernadero y sale por

el otro extremo.

Este sistema se caracteriza por que:

Consume gran cantidad de electricidad y de agua.

Su eficacia depende del nivel de la humedad del aire exterior.

Se ahorra agua, incluso en el caso de que sea necesario utilizar algun equipo adicional

de nebulizacion.

Permite utilizar agua salina o de baja calidad sin obstruir los poros de la pantalla

evaporadora.

La distribucion del aire debe evitar la produccion de gradientes altos de temperatura

dentro del invernadero.

Se recomienda mantener el agua a temperatura fresca en un tanque enterrado.

El sistema debe ser eficaz, incluso en das en los que la velocidad del viento sea alta

y su eficacia debe ser independiente de la direccion del viento.

El precio de la instalacion depende en primer lugar del costo de los ventiladores.

3.8.5. Sistema de Calefaccion

El calor proporcionado por la calefaccion puede ser aportado al invernadero basica-

mente por conveccion o por conduccion termica. Por conveccion, al calentar el aire del

invernadero y por conduccion se refiere a la distribucion del calor a nivel del cultivo.


En los sistemas de conduccion o de conveccion mas utilizados se hace uso de algunos

dispositivos mecanicos como son: Tuberas aereas de agua caliente (activar calentadores,

bombas de agua y electrovalvulas), generadores de aire caliente, etc.

De todo lo expuesto en este captulo, se deduce que el control de temperatura dentro

del invernadero no solo depende de un sistema electronico adecuado. Es necesario evaluar

distintos materiales que ayuden a controlar, en conjunto con la parte electronica, los ni-

veles de temperatura que requiere el horticultor.

Captulo 4

Sistemas De control

4.1. Refrigeracion de un Invernadero

El controlar el exceso de calor es uno de los mayores problemas en la produccion bajo

invernaderos en la region mediterranea. Incluso en invierno en das claros, la temperatura

sube por encima del nivel deseado y durante el verano la temperatura puede subir por

encima de los 50 C. Los invernaderos mal ventilados, no permiten tener cultivos en su

interior desde la mitad de junio a la mitad de septiembre si estan localizados en la region

Surmediterranea. En zonas aridas o semiaridas este perodo puede extenderse de 15 de

mayo hasta comienzos de octubre. En las regiones del Mediterraneo N, es posible y desea-

ble mantener cultivos en el invernadero incluso en los meses de verano.

El exceso de temperatura causa dano en la morfologa y en los distintos procesos fi-

siologicos de las plantas, como son la formacion floral, la quemadura de hojas, la mala

calidad del fruto, el exceso de transpiracion, el acortamiento de la vida del cultivo, la

reduccion de la fotosntesis neta debido al exceso de respiracion.

En un da claro de verano el nivel de la radiacion solar, puede alcanzar el valor de 1,5

caloras por cm2 y minuto. Incluso cuando la cubierta vegetal esta plenamente desarrolla-

da y puede utilizar el 50 % de la radiacion solar en la evapotranspiracion, la temperatura

sube por encima de los niveles deseados. Si la cubierta vegetal es incompleta, la evapo-

transpiracion se reduce y el aumento de temperatura es mayor. En ambos casos debe

emplearse alguna tecnica para reducir la temperatura y mejorar las condiciones de pro-

35

36 CAPITULO 4. SISTEMAS DE CONTROL

duccion.

Existe un sin numero de sistemas comerciales para el control de temperatura en in-

vernaderos.

Muchos de estos son disenados tomando en cuenta condiciones climatologicas ajenas a

nuestra region, lo que ocasiona problemas, ya que consideran intervalos de temperaturas

muy distintos a los que comunmente alcanzaran invernaderos localizados en estas latitu-

des del mundo.

Segun el principio de la conservacion de energa se cumple que, si las condiciones ex-

teriores de radiacion solar, temperatura, humedad y velocidad de viento no varan, los

ingresos de energa se igualan a las salidas de energa del invernadero y por tanto:

(Radiacion solar dentro del invernadero) + (Calor cedido desde la cubierta al inverna-

dero) =(Energa consumida en evapotranspiracion) + (Energa disipada por la ventilacion)

+ (Calor consumido por los equipos de evaporacion).

Por consiguiente los cuatro factores principales que permiten reducir la temperatura

son:

La reduccion de la radiacion solar que llega al cultivo (blanqueado, sombreo, etc.)

La evapotranspiracion del cultivo.

La ventilacion.

La refrigeracion por evaporacion de agua (nebulizacion, cooling system.etc.)

4.2. TEMPERATURA 37

Ya que estos factores estan ligados por la ecuacion del balance de energa si uno de

ellos cambia tambien cambian los demas. Por eso es difcil comparar los resultados de

experimentos diferentes, puesto que el efecto del sombreo, sobre la temperatura del inver-

nadero, por citar un ejemplo, depende de la tasa de transpiracion del cultivo, de la tasa

de ventilacion del invernadero y de la existencia o no de los equipos de evaporacion y de

la intensidad de la radiacion solar.

El ingeniero suele recurrir a modelos de calculo que tienen en cuenta todos estos

factores y que permiten predecir el clima del invernadero en funcion del clima exterior,

superficie de ventanas, material de sombreo, etc. por tanto se describiran las distintas

tecnicas de refrigeracion y los resultados de los experimentos de reduccion del nivel termi-

co.

4.2. Temperatura

Este es el parametro mas importante a tener en cuenta en el manejo del ambiente

dentro de un invernadero, ya que es el que mas influye en el crecimiento y desarrollo de

las plantas. Normalmente la temperatura optima para las plantas se encuentra entre los

10 y 20o C.

Para el manejo de la temperatura es importante conocer las necesidades y limitaciones

de la especie cultivada. As mismo se deben aclarar los siguientes conceptos de tempera-

turas, que indican los valores objetivo a tener en cuenta para el buen funcionamiento del

cultivo y sus limitaciones:

1. Temperatura mnima letal. Aquella por debajo de la cual se producen danos en la

planta.

2. Temperaturas maximas y mnimas biologicas. Indican valores, por encima o por

debajo respectivamente del cual, no es posible que la planta alcance una determinada

fase vegetativa, como floracion, fructificacion, etc.


3. Temperaturas nocturnas y diurnas. Indican los valores aconsejados para un correcto

desarrollo de la planta.

Cuadro 4.1: Tabla de temperaturas de algunas especies de HortalizasTomate Pimiento Berenjena Pepino Melon Sandia

T mnima letal 0-2 -1 0 -1 0-1 0T mnima Biologica 10-12 10-12 10-12 10-12 13-15 11-13

T Optima 13-16 16-18 17-22 18-18 18-21 17-20T Maxima biologica 21-27 23-27 22-27 20-25 25-30 23-28

T Maxima letal 33-38 33-35 43-53 31-35 33-37 33-37

La temperatura en el interior del invernadero, va a estar en funcion de la radiacion

solar, comprendida en una banda entre 200 y 4000 mm, la mision principal del invernadero

sera la de acumular calor durante las epocas invernales.

El calentamiento del invernadero se produce cuando el infrarrojo largo, procedente

de la radiacion que pasa a traves del material de cubierta, se transforma en calor. Esta

radiacion es absorbida por las plantas, los materiales de la estructura y el suelo. Como

consecuencia de esta absorcion, estos emiten radiacion de longitud mas larga que tras

pasar por el obstaculo que representa la cubierta, se emite radiacion hacia el exterior y

hacia el interior, calentando el invernadero.

El calor se transmite en el interior del invernadero por irradiacion, conduccion, infil-

tracion y por conveccion, tanto calentando como enfriando. La conduccion es producida

por el movimiento de calor a traves de los materiales de cubierta del invernadero. La

conveccion tiene lugar por el movimiento del calor por las plantas, el suelo y la estructura

del invernadero. La infiltracion se debe al intercambio de calor del interior del invernade-

ro y el aire fro del exterior a traves de las juntas de la estructura. La radiacion, por el

movimiento del calor a traves del espacio transparente.

4.3. HUMEDAD 39

4.3. Humedad

La humedad es la masa de agua en unidad de volumen, o en unidad de masa de aire. La

humedad relativa es la cantidad de agua contenida en el aire, en relacion con la maxima

que sera capaz de contener a la misma temperatura.

Existe una relacion inversa de la temperatura con la humedad por lo que a elevadas

temperaturas, aumenta la capacidad de contener vapor de agua y por tanto disminuye la

HR. Con temperaturas bajas, el contenido en HR aumenta.

Cada especie tiene una humedad ambiental idonea para vegetar en perfectas condi-

ciones: al tomate, al pimiento y berenjena les gusta una HR sobre el 50-60 %; al melon,

entre el 60-70 %; al calabacn, entre el 65-80 % y al pepino entre el 70-90 %.

La HR del aire es un factor climatico que puede modificar el rendimiento final de

los cultivos. Cuando la HR es excesiva las plantas reducen la transpiracion y disminuyen

su crecimiento, se producen abortos florales por apelmazamiento del polen y un mayor

desarrollo de enfermedades criptogamicas. Por el contrario, si es muy baja, las plantas

transpiran en exceso, pudiendo deshidratarse, ademas de los comunes problemas de mal

cuaje.

Para que la HR se encuentre lo mas cerca posible del optimo el agricultor debe ayudarse

del higrometro. El exceso puede reducirse mediante ventilado, aumento de la temperatura

y evitando el exceso de humedad en el suelo. La falta puede corregirse con riegos, llenando

canalillas o balsetas de agua, pulverizando agua en el ambiente, ventilado y sombreado.

La ventilacion cenital en invernaderos con anchura superior a 40 m es muy recomendable,

tanto para el control de la temperatura como de la HR.


4.4. Iluminacon

A mayor luminosidad en el interior del invernadero se debe aumentar la temperatura,

la HR y el CO2, para que la fotosntesis sea maxima; por el contrario, si hay poca luz

pueden descender las necesidades de otros factores. Para mejorar la luminosidad natural

se usan los siguientes medios:

Materiales de cubierta con buena transparencia.

Orientacion adecuada del invernadero.

Materiales que reduzcan el mnimo las sombras interiores.

Aumento del angulo de incidencia de las radiaciones sobre las cubiertas.

Acolchados del suelo con plastico blanco.

En verano para reducir la luminosidad se emplean:

Blanqueo de cubiertas.

Mallas de sombreo.

Acolchados de plastico negro.

Es interesante destacar el uso del blanqueo ya que esta labor esta en funcion del

desarrollo del cultivo y de las temperaturas, y tiene efectos contradictorios que hay que

conocer para hacer un correcto uso. Hay que saber que la planta sombreada se ahla y

se producen abortos de flores en determinadas especies sensibles a la luz (especialmente

tomate, pimiento y berenjena), por lo que el manejo del riego y de la solucion nutritiva

tiene que ir unida al efecto que produce el blanqueo. Los plasticos sucios o envejecidos

provocan el mismo efecto que el blanqueo.

4.5. CO2 41

4.5. CO2

El anhdrido carbonico de la atmosfera es la materia prima imprescindible de la fun-

cion cloroflica de las plantas. El enriquecimiento de la atmosfera del invernadero con

CO2, es muy interesante en muchos cultivos, tanto en hortalizas como en flores. La con-

centracion normal de CO2 en la atmosfera es del 0,03 %. Este ndice debe aumentarse a

lmites de 0,1-0,2 %, cuando los demas factores de la produccion vegetal sean optimos, si

se desea el aprovechamiento al maximo de la actividad fotosintetica de las plantas. Las

concentraciones superiores al 0,3 % resultan toxicas para los cultivos. En los invernaderos

que no se aplique anhdrido carbonico, la concentracion de este gas es muy variable a lo

largo del da. Alcanza el maximo de la concentracion al final de la noche y el mnimo a

las horas de maxima luz que coinciden con el medioda. En un invernadero cerrado por

la noche, antes de que se inicie la ventilacion por la manana, la concentracion de CO2

puede llegar a lmites mnimos de 0,005-0,01 %, que los vegetales no pueden tomarlo y

la fotosntesis es nula. En el caso que el invernadero este cerrado durante todo el da,

en epocas demasiado fras, esa concentracion mnima sigue disminuyendo y los vegetales

se encuentran en situacion de extrema necesidad en CO2 para poder realizar la fotosntesis.

Los niveles aconsejados de CO2 dependen de la especie o variedad cultivada, de la

radiacion solar, de la ventilacion, de la temperatura y de la humedad. El optimo de asi-

milacion esta entre los 18 y 23o C de temperatura, descendiendo por encima de los 23-24o

C. Respecto a la luminosidad y humedad, cada especie vegetal tiene un optimo distinto.

El efecto que produce la fertilizacion con CO2 sobre los cultivos hortcolas, es el de

aumento de la precocidad de aproximadamente un 20 % y aumento de los rendimientos

en un 25-30 %, mejora la calidad del cultivo as como la de su cosecha.

Sin embargo, no se puede hablar de una buena actividad fotosintetica sin una optima

luminosidad. La luz es factor limitante, y as, la tasa de absorcion de CO2 es proporcional

a la cantidad de luz recibida, ademas de depender tambien de la propia concentracion de

CO2 disponible en la atmosfera de la planta. Se puede decir que el periodo mas importante


para el enriquecimiento carbonico es el medioda, ya que es la parte del da en que se dan

las maximas condiciones de luminosidad.

Captulo 5

Construccion del invernadero ySistema de Control

5.1. Contruccion del sistema de Control de Tempe-

ratura

El sistema de control que se utilizara esta basado en el sensor LM35 acontinuacion se

presenta la una breve informacion de los componentes El sistema de control utilizado.

5.1.1. LM35

El LM35 (como se muestra en la Fig.5.1 es un sensor de temperatura con una precision

calibrada de 1C. Su rango de medicion abarca desde 55C hasta 150C. La salida es

lineal y cada grado centgrado equivale a 10mV, por lo tanto:

Figura 5.1: Simbolo del LM35.

43

44CAPITULO 5. CONSTRUCCION DEL INVERNADERO Y SISTEMA DE CONTROL

150C = 1500mV

55C = 550mV 1

Sus caractersticas mas relevantes son:

Esta calibrado directamente en grados Celsius.

La tension de salida es proporcional a la temperatura.

Tiene una precision garantizada de 0,5 C a 25 C.

Opera entre 4 y 30 voltios de alimentacion.

Baja impedancia de salida.

Baja corriente de alimentacioon (60uA).

Bajo coste.

El LM35 no requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La baja

impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibracion hace posible que este inte-

grado sea instalado facilmente en un circuito de control. Debido a su baja corriente de

alimentacion se produce un efecto de auto calentamiento muy reducido. Se encuentra en

diferentes tipos de encapsulado, el mas comun es el TO-92, utilizada por transistores de

baja potencia.

5.1.2. LM358

El Lm358 (como se muestra en la Fig.5.2) Consiste en dos circuitos independientes

que se encuentran dentro del encapsulado que compensan la frecuencia del amplificador

operacional y cada uno opera como suplemento de poder que operan a diferentes rango de

voltaje, el drenaje es posible tambien bajo las operaciones de fuerza independientemente

de la magnitud del suministro de voltaje, su diagrama es de facil implementacion.

5.1. CONTRUCCION DEL SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA 45

Sus caractersticas mas relevantes son:

Acoplador de impedancia y Ganancia de frecuencia.

Pasee una ganancia de 100dB.

Gran ancho de banda.

Entre rango de voltaje de modo comun incluye tierra.

Oscilacion de voltaje de salida grande: 0V DC a vcc control -1.5V.

El poder desagua adecuado para operacion de batera.

Acontinuacion se muestran algunas de sus aplicaciones:

Radio frecuencias.

Audio Frecuencias.

La generacion de pulsos.

Sensores

Figura 5.2: Simbolo del LM358.


5.1.3. Simulacion del circuito

Acontinuacion se muestra la lista de los componentes utilizados en la elaboracion de

este circuito.

Resistencias de 2.2k, 470, 1k.

Potenciometro de 50k.

Amplificador LM358 y base de pines.

Sensor de temperatura LM35.

Relevador de 5v a 127v.

Diodo 1N4007.

Tip41.

Ventilador de 127v.

Led (cualquier color).

2 Borneras

En el la Fig.5.3 se hizo la simulacion del circuito en el software Proteus, en el que se

hicieron las primeras pruebas.

La segunda etapa de pruebas se realizaron en fsico, en un protoboard. Acontinuacion

se muestran algunas imagenes que mustran los resultados de este circuito.

5.2. Construccion del Invernadero

En la construcion del invernadero, se eligio un invernadero tipo plano, esto es por las

ventajas que este nos afrece.

5.2. CONSTRUCCION DEL INVERNADERO 47

Figura 5.3: Simulacion del circuito en proteus.

Figura 5.4: Simulacion del circuito en protoboard.

Las medidas en las que se construyo son las siguientes:

Ancho 1.60 mts.

Largo 2 mts.

Alto 2.40 mts.


Figura 5.5: Simulacion del circuito en protoboard

Figura 5.6: Simulacion del circuito en protoboard.

Estas son las medidas que se eligieron, esto para que hubiera el suficiente espacio para

colocar los diferentes circuitos de control y el sistema de riego etcetera.

5.2.1. Material utilizado

A continuacion se en listan los materiales utilizados en la construccion del invernadero.

2 Docenas de contanero.

4 Polines de 3x3 Pulgadas.

6 vigas de 3x2 p.

Clavos de 2 1/2 p.

5.2. CONSTRUCCION DEL INVERNADERO 49

Pijas para tabla roca de 2 p.

Grapas de 3/8.

Malla sombra 2 mts.

Pala espada.

Serrucho.

Martillo.

Para elegir el lugar donde se pondra el invernadero, se tomaron ciertas caracteristicas

que a continuacion se enumeran.

1. Una buena ventilacion.

2. Aprovechar lo mas posible la luz solar.

3. Lugar elevado, para que en caso de lluvias no se inunde el invernadero.

5.2.2. Construccion

Como primer paso para la construccion del invenadero es cortar la madera a las me-

didas requeridas (esta se mencionan en la seccion) anterior, esto se aprecia en la Fig.5.7.

Figura 5.7: corte y armado de la estructura.

El siquiente paso es el ensamblado de cada una de las piezas con se muestra en la

Fig.5.7, dando como resultado la estructura principal del invernadero,como se muetra en


la Fig.5.8.

Figura 5.8: corte y armado de la estructura.

En las figura

Indice de figuras

1.1. Cronograma utilizado en esta tesis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2.1. Esquema Basico de un sistema de control para invernaderos. . . . . . . . . 14

3.1. Ejemplos de Los tipos de mallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2. Estructura de un Invernadero Tipo Plano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.3. Invernadero Tipo Plano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.4. Invernadero Tipo tunel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5.1. Simbolo del LM35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435.2. Simbolo del LM358. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.3. Simulacion del circuito en proteus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.4. Simulacion del circuito en protoboard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.5. Simulacion del circuito en protoboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.6. Simulacion del circuito en protoboard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.7. corte y armado de la estructura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495.8. corte y armado de la estructura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

51

52 INDICE DE FIGURAS

Indice de cuadros

4.1. Tabla de temperaturas de algunas especies de Hortalizas . . . . . . . . . . 38

53

54 INDICE DE CUADROS

Bibliografa

[1] Carlos Alejandro Guerrero Mendez. SISTEMA ELECTRONICO PARA CONTROLDE TEMPERATURA EN INVERNADEROS, CON INTERFAZ EN LABVIEW.

[2] www.Control Ambiental en invernaderos Temperatura Humedad CO2.htm

[3] www.Control climatico en invernaderos. 1a parte..htm

[4] www.CAPITULO 4 CONTROL DEL MEDIO AMBIENTE.htm

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56 BIBLIOGRAFIA

Para este trabajo se utilizo el templete realizado por el Dr. Miguel Aurelio Duarte Villasenor.Derechos Reservados. cITSPR, compilado el 8 de enero de 2015. Nombre1 Apellido1

Apellido1 otorga al ITSPR el permiso de reproducir y distribuir copias de este reporte en sutotalidad o en partes.

tesis control de ventilacion forzada

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