PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En los sistemas de invernadero una de las problemáticas muy comunes es el control de su temperatura y su ventilación como sabemos dentro de él 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 ventilación forzada, el cual como su nombre lo indica ventilara el invernadero hasta la temperatura deseada.

Objetivo general y específicos.

Objetivo general.

Realizar el sistema de control electrónico para la ventilación en un sistema de invernadero.

Objetivos específicos.

Mantener la temperatura adecuada para un sistema de invernadero, para conservar nuestro cultivo en buen estado.

Lograr la producción y desarrollo de nuestro tipo de plantas dentro de un ambiente estable, controlando nuestra temperatura, con la finalidad de protegerlas.

Justificación

Este trabajo se realizara con la finalidad de implementar un sistema de control para la ventilación de un invernadero en el cual utilizaremos un circuito electrónico que nos permite tener la temperatura deseada, con el fin de mantener el cultivo en óptimas condiciones, y obtener un resultado satisfactorio en la producción y una buena calidad de la misma.

Hipótesis

La ventilación forzada ayudara a mantener una temperatura adecuada y eficiente en el invernadero, de acuerdo al tipo de cultivo.

• Definición de sistema de control de invernaderos

Cuando se escucha la expresión "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 electrónico, 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 único y que las soluciones que podamos requerir aún no han sido creadas en forma comercial. La única solución posible es la de crear un sistema de control propio que satisfaga nuestras demandas y las del invernadero.

En la literatura se encuentran algunas definiciones de las palabras: sistema, control e invernadero.

Sistema: "Combinación de partes reunidas para obtener un resultado o dar solución en forma un conjunta a un problema".

Control: "Función administrativa que ayuda a gestionar un proceso en base a planeación, organización, prevención y señalización".

Invernadero: "Construcción de vidrio o plástico en la que se cultivan plantas, cuidando condiciones o aspectos que pudieran afectar y/o aumentar factores necesarios para un óptimo crecimiento de un cultivo".

Tomando en cuenta las definiciones anteriores se conforma una definición para: "sistema de control para invernaderos", que se puntualiza de la siguiente forma:

Un sistema de control para invernaderos es un grupo de dispositivos e instalaciones necesarias para administrar las variables que influyen en el cultivo dentro de la zona conocida como invernadero, mediante la prevención, atención y señalización de eventos no deseados.

La definición anterior sería aceptada por una gran variedad de procesos, pero debemos enfocarnos en dar una definición para "sistema de control de temperatura en invernaderos", en donde ya se delimita el sistema para la regulación de una sola variable como lo es la temperatura, quedando la definición de la siguiente manera:

Un sistema de control de temperatura en invernaderos, es un conjunto de elementos destinados a indicar la elevación y disminución de temperatura en una zona limitada llamada invernadero, y no sólo indicarla si no que también tenga la capacidad de modificarla para mantenerla en un intervalo adecuado para el cultivo.

La mayoría de los sistemas de control para invernaderos involucran el control de temperatura, pero aunque ésta sea la variable más importante que involucra a invernaderos, no es la única 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, radiación solar, PH del agua, riego, entre otra infinidad de aspectos que pueden tomarse en cuenta, dependiendo del método de cultivo y del tipo de vegetales que se produzca dentro del invernadero.

Claro está, que entre más variables controle un sistema, su complejidad y costo serán más elevados.

• Surgimiento y evolución

A través 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 comercialización de alimentos.

En un comienzo la humanidad era quien se hacía cargo de cultivar sus alimentos en grandes extensiones de tierra abierta, y así conseguía todo lo necesario para sobrevivir, aunque las siembras sufrían de las inclemencias y daños climáticos.

Esto ocasionaba que no siempre se consiguiera los alimentos que se querían, o de una óptima calidad e incluso se tenía que esperar la estación adecuada del año para empezar a cultivar.

La agricultura se remonta a tiempos prehistóricos, donde nuestros antepasados se veían amenazados por la escases de caza o la recolección de alimentos. Se produce un cambio gradual de la caza a la agricultura, creando las sociedades sedentarias y pobladas que dejaron de ser nómadas.

Conforme pasaron los años, distintas sociedades y pueblos se inclinaron por la construcción de grandes jardines y zonas de cultivos, pero aún seguían dependiendo de factores ambientales, los cuales en todo momento decidirían el éxito del cultivo o podría significar la desaparición del pueblo.

Pronto fue necesario disponer de sitios adecuados para proteger los cultivos del frío, en invierno, y del sol y el calor, en verano. Los primeros invernaderos se construyeron de estructuras de madera y vidrio, los cuales satisfacían las necesidades antes citadas.

Fueron construcciones útiles pero poco duraderas. La humedad y el calor facilitaban la descomposición rápida de la madera y en pocos años las instalaciones quedaban arruinadas.

Con el paso de los años se desarrollaron nuevos materiales y plásticos que solucionaban el problema de la durabilidad de los primeros invernaderos; además estos materiales otorgaban nuevas ventajas en relación al manejo de la temperatura interna en el invernadero.

Sólo era cuestión de tiempo para que la tecnología y la electrónica fueran implementadas en invernaderos. La necesidad de controlar las variables climáticas daría lugar a la utilización

de componentes electrónicos que eliminarían el trabajo manual de activación de sistemas de ventilación o la ventilación manual.

Inicialmente la electrónica en invernaderos era básica, los primeros sistemas construidos eran conocidos como "bucles de control independiente". En éstos se empleaba calefactores, ventiladores, nebulizadores, etc., pero al manejar las variables por separado la activación o desactivación de cada componente mecánico o electrónico afectaba a las otras variables.

Cada variable física como la temperatura y humedad depende una de la otra y al tratar de eliminar o controlar cada variable por separado sería imposible. Lo mejor era tratar de entender la correlación entre cada una de las variables y utilizar un sistema de control que tratara la temperatura como un elemento único pero que en su control se pudiera usar 6 los dispositivos mecánicos que afecten la temperatura y humedad.

Los sistemas comerciales obligan al horticultor a utilizar un único elemento mecánico de control de temperatura y no un elemento que controle la temperatura y humedad.

Conforme la electrónica desarrollaba circuitos encapsulados se redujo considerablemente el tamaño de los equipos. Las nuevas tecnologías utilizan microprocesadores, microcontroladores y otros tipos de dispositivos que simplifican el diseño e incrementan la confiabilidad, además de reducir el costo y el tiempo de diseño 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 independiente" que sólo activaban un único dispositivo mecánico o electrónico. Se requerían sistemas que controlaran la variable de la temperatura pero no sólo sistemas que se conformaban con activar/desactivar un sólo tipo de dispositivo mecánico, esto impedía que el operador se dedicara a otra actividad que no fuera exclusivamente la de cuidar los valores de temperatura en el interior del invernadero. Lo que se pretendía era dejar de usar un sistema para la comparación de los niveles de temperatura, otro sistema para la toma de decisiones al modificar los niveles altos o bajos de temperatura y un sistema más para activa/desactivar los dispositivos mecánicos.

El segundo problema de los sistemas de control de invernaderos fue el denominado "excesivo cableado y largas distancias". Los típicos sistemas de control tenían la necesidad de contar con una única unidad central de procesamiento de datos por cada sensor de temperatura, es decir, cada sensor tenía un cableado hacia la central de datos, pero el principal problema radicaba en la lejanía entre los sensores y la Unidad Central.

Esto agravaba problemas en el incremento de la sensibilidad a interferencias electromagnéticas, degradación de señales eléctricas (teniendo que hacer uso de dispositivos como amplificadores y/o repetidores de señales), mayor mantenimiento de líneas, etc.

Es claro que siempre se podrá mejorar el funcionamiento de los sistemas de control utilizados en invernaderos, pero lo verdaderamente importante es la incorporación de nuevas tecnologías 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 aplicación o no cumple con lo que realmente se requiere.

1.3 AplicaciónLos sistemas de control de temperatura tienen un sinfín de aplicaciones. Se podría enumerar varios procesos que necesitan de un sistema de control de temperatura, pero como ya se comentó antes, sería ilógico pensar que cualquier sistema de control de temperatura puede ser útil para todo proceso o lugar determinado.

En este caso se limita a un sistema que controle la temperatura dentro de un invernadero, pero no con esto se tiene la seguridad que el sistema funcione adecuadamente en las distintas zonas geográficas o sea instaladas en las distintas variaciones de estructuras de tipos de invernadero. La intención es crear un sistema de control de temperatura en invernaderos que pueda adaptarse con relativa facilidad a la estructura, sea ligero, no ocupe gran cantidad de espacio y que sea óptimo para la zona geográfica local, considerando las temperaturas máximas y mínimas letales de los típicos cultivos cosechados en la región.

1.4 Elementos básicosNo todos los sistemas de control en invernaderos suelen tener un estándar en cuanto a las partes que éste debe tener o los procesos que debe de solucionar.

Analizando sistemas comerciales y no comerciales se encontró que la mayoría de los sistemas cuentan con los siguientes elementos (Ver figura 1.1):

• Unidad central: Es la que se encarga de analizar los datos recolectados por los sensores. Por lo general son utilizados los PLCs (Controlador lógico programable), microprocesadores, microcontroladores, FPGAs (Field Programmable Gate Array), ordenadores, entre otros.

• Sensores: Son los encargados de convertir las variables o condiciones físicas en señales eléctricas que puedan ser analizadas por la Unidad Central. El sensor es uno de los elementos más importantes, ya que proporciona en tiempo real la situación que encontramos en el invernadero. Existen sensores para medir diferentes condiciones de un invernadero y dependiendo de los parámetros obtenidos por estos, los sistemas definen si hacen uso de indicadores o marcan la activación de los dispositivos de control para empezar a nivelar las condiciones del invernadero.

• Dispositivos mecánicos: Así se le llama a los dispositivos encargados de nivelar las variables sensadas. Por lo general son calefactores, ventiladores, nebulizadores, radiómetros, anemómetros, contadores de caudal, manómetros, humificadores, dispositivo de bombeo de agua y fertilizante, electroválvulas, etc.

• Dispositivos de control: Por medio de este bloque, el usuario le indica a la central las funciones que debe realizar cuando las temperaturas están fuera de lo indicado o

de los límites considerados como sanos para la especie cultivada. Comúnmente este dispositivo se ve suprimido al utilizar una Unidad Central, pero algunos sistemas usan sólo la Unidad Central para ver los datos recolectados, y no hacen la activación/desactivación de los dispositivos.

• Indicadores: Son los encargados de mostrar al usuario los niveles de las variables sensadas; además, estos pueden dar aviso si las condiciones adecuadas son sobrepasadas o se encuentran fuera de lo recomendado. Se pueden utilizar pantallas de cristal líquido (LCD’s), alarmas sonoras, leds, focos, monitores, entre otros.

• Fuente de alimentación: Es la que proporciona la energía a todo el sistema para su correcto funcionamiento.

Existirán sistemas de control para invernaderos que tendrán estos componentes básicos, algunos más e inclusive menos. Algunos otros sistemas sugieren emplear conexiones inalámbricas o conexiones a internet para el manejo de datos, pero el uso de estas tecnologías es a decisión del productor, si necesitará de estas u otras tecnologías más avanzadas.

Capítulo 2Invernaderos

2.1 Definición de Invernadero

La palabra invernadero se define como: "Estructura o construcción de armazón metálico, plástico o madera, que complementa su funcionamiento con el uso de telas plásticos o segmentos de vidrio. Los invernaderos dan la posibilidad de cultivar cualquier especie vegetal dentro, dotándola de condiciones óptimas para su reproducción y crecimiento". Los invernaderos proporcionan una barrera para las condiciones climatológicas externas logrando condiciones ambientales diferentes en el interior. Además de los factores climatológicos, se puede controlar el acceso de agentes biológicos y físicos 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 radiación solar, que al atravesar un vidrio u otro material traslúcido calienta los objetos que hay dentro. Esta utilización de la radiación solar se le conoce como efecto invernadero, que produce el agua y el dióxido de carbono al absorber la radiación 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 épocas en que las temperaturas sean las más adecuadas, tanto para germinación, 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 semillas y desarrollo de los cultivos, éstas crecerán normalmente y darán fruto cuando se encuentren en un ambiente térmico adecuado para la especie. Los invernaderos crean este clima artificial, elevando la temperatura respecto a la del exterior, defendiendo a la planta del frío o calor, acelerando la producción.

Las ventajas del uso de invernaderos son:

• Rápido crecimiento y aumento de calidad del cultivo.• Menor consumo de recursos hidrológicos y fertilizantes.• Protección de las condiciones meteorológicas extremas.• Control de clima interno.• Mejor uso del suelo.• Producción fuera de época.• Mejor control de insectos y enfermedades.• Posibilidad de obtener más de un ciclo de cultivo al año.

Son muchas las ventajas que se obtienen al usar un invernadero. Claro que todas aumentarán o disminuirán según el tipo (forma) de invernadero con el cual se cuente, así como el uso de aditamentos y técnicas que puedan ayudar a una mayor producción.

La utilización de nuevas tecnologías otorga un sinfín de ventajas, pero por otro lado, también implica inconvenientes o desventajas importantes:

• Alta inversión inicial.• Alto costo de operación.• Requiere personal especializado, de experiencia práctica y conocimientos teóricos.

Por lo general se tiene claro el funcionamiento del invernadero así como las ventajas que estos dan, pero el hecho de pensar que con la simple estructura es suficiente para obtener un cultivo óptimo es un grave error. Con un buen diseño, adecuada construcción, sistemas electrónicos de control, ayuda especializada y la aplicación de conocimientos propios, será más fácil resolver los problemas que se presenten y así justificar la inversión de un invernadero para un negocio determinado.

2.2 Aspectos principales que definirán el éxito de un InvernaderoSe pueden mencionar un sinfín de aspectos necesarios para que un invernadero realmente cumpla con su objetivo, pero se estaría saliendo del contexto y dejando atrás el diseño del sistema de control de temperatura en invernaderos. No está demás dar un pequeño vistazo y adentrarse un poco al funcionamiento de los invernaderos para tener un panorama general y poder desarrollar un sistema que solucione la mayoría de los problemas reales que se presentan dentro de los invernaderos.

• Ubicación geológica: Contar con una extensión territorial en la cual se piense que es posible instalar un invernadero no es suficiente; es más importante la ubicación y los recursos que pueda proporcionar la geografía de la zona. Las condiciones climáticas 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 sistemas electrónicos 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 tendría que disponer de algún medio de calefacción artificial o de una mayor protección con materiales de cubiertas térmicas. Resultan determinantes las temperaturas mínimas que corresponden normalmente a temperaturas nocturnas, difícilmente modificables por el invernadero sin ningún tipo de sistema de control de temperatura. A diferencia de las temperaturas nocturnas, las temperaturas diurnas son más fáciles de disminuir o aumentar sin métodos automatizados. Las temperaturas nocturnas puede ser lo más complejo para controlar y en cierta medida serán la causa para utilizar sistemas de control, pero claro que siempre existe la posibilidad de decidir si es adecuado instalar sistemas de control en el invernadero o no.

Orientación a vientos dominantes y salida del sol. La ventilación en invernaderos es uno de los aspectos más importantes al momento de modificar las temperaturas existentes en el interior del recinto. Existen básicamente dos maneras al momento de ventilar el interior del invernadero, estas pueden ser en forma forzada y no forzada. La ventilación forzada es la realizada por componente mecánicos y otro dispositivos, mientras que la ventilación 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 interés que afecta directamente la temperatura del invernadero, La salida del sol puede ser un factor decisivo al momento de captar la mayor cantidad de radiación solar, que significará una mayor obtención de temperatura.

Instalaciones necesarias: No sólo se deben considerar los factores físicos de la geografía; las ventajas de operación también son necesarias, es decir, los invernaderos requieren de una gran cantidad de habitaciones o construcciones aledañas a la nave (invernadero). Por ejemplo, ciertos sistemas de control de invernaderos son demasiados robustos y en algunos casos ocupan una habitación entera en donde puedan ser operados.

2.3 Armazones de invernaderos

Se conoce como armazón a la estructura o materiales que dan sustento o forma a un determinado elemento. En el caso de invernaderos el material del armazón define al tipo de estructura, así como la rigidez y durabilidad del invernadero.

Los materiales de armazón 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 energía térmica que termina siendo irradiada en el exterior, aunque esto no sería un punto de gran importancia a tratar en relación al diseño del prototipo propuesto. Por otro lado, el tipo de estructura podría delimitar el uso de dispositivos mecánicos que puedan ser instalados. No implicaría mucho problema la instalación de un sensor de temperatura, pero ocasionaría un gran dilema si se quiere instalar un calefactor o un ventilador de techo o pared demasiado grande, poniendo en duda si la estructura podrá soportar la carga de los dispositivos.

Se puede hacer una clasificación de materiales y en base a las ventajas/desventajas poder elegir si la estructura es óptima para soportar dispositivos mecánicos o un sistema electrónico muy robusto:

Madera: La madera más utilizada es la de eucaliptos, que tiene un coeficiente de trabajo de aproximadamente 50kg=cm2 a compresión.

Hierro y otros metales: Es el material por excelencia para la construcción de invernaderos, ya que no tiene problemas al ser sometido a grandes cargas provocadas por elementos mecánicos o electrónicos de control de temperatura.

Hormigón: No es un material muy utilizado, ya que tiene un gran número de desventajas en comparación con otros tipos de materiales de estructura.

Materiales plásticos: Son muy débiles y flexibles, siendo difícil la instalación de dispositivos mecánicos de control de temperatura.

2.4 Materiales de cubierta

Llamamos materiales de cubierta a los elementos o plásticos que cubre al invernadero de las inclemencias climáticas externas. Puede ser un tema no muy relevante para el diseño del sistema electrónico, 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 diseñar 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:_ Lámina flexible._ Polietileno._ Copolímero._ Policloruro de vinilo._ Polipropileno._ Placa semirrígida._ Policarbonato._ Poliéster._ Policloruro de vinilo._ Polimetracrilato de vinilo._ Cristal.2.4.1 Polietilenos

El material más utilizado en cubiertas de invernaderos es el polietileno de baja densidad, con una durabilidad de una, dos y hasta tres temporadas, según haya sido o no tratado con aditivos inhibidores del efecto de los rayos ultravioleta. Estos aditivos otorgan mayor durabilidad, pero en ningún caso le otorga propiedades térmicas, como la posible pérdida de radiación que pudiera salir del invernadero.

2.4.2 Cristal

El uso de este material está en decremento, ya que su precio es más alto en comparación con los plásticos. Aun así, es indispensable en instalaciones que se encuentran en climas fríos y los cultivos requieran temperaturas elevadas. Presenta un comportamiento interesante en conjunto con la radiación solar, el cristal deja pasar la radiación sin deformarla, esto significa que toda la energía llegará al suelo, además, dota la característica de aprovechar toda la energía luminosa comparándose como si el cultivo estuviera en el exterior.

Una de las características más sobresalientes del cristal es que es inalterable a los medios en que está expuesto, no se deforma a temperaturas altas, humedad y ácidos, lo cual significa que técnicamente no se degrada físicamente conservando sus propiedades y condiciones originales.

2.5 Mallas de sombreo

Las mallas de sombreo utilizadas en la agricultura se diseñaron para permitir un mejor control de los niveles de radiación solar de acuerdo a requisitos específicos de diversas plantas en las distintas fases de desarrollo, y distintas estaciones en diferentes regiones climáticas. Por lo tanto, existen distintos tipos de malla de sombreado.

Para continuar analizando el diseño del prototipo de control de temperatura, se analizarán y compararán las ventajas/desventajas que se tienen al utilizar este tipo de elementos.

Protección a la radiación solar y reducción de calor dentro de la instalación: Las mallas de sombreo acumulan y distribuyen el calor, por lo tanto también se le llaman "malla caliente". El cambio en la temperatura se produce entre el aire que queda atrapado en la malla y la radiación emitida y absorbida por elementos refrigerantes bajo la malla, como la tierra y las plantas. La temperatura de las hojas es idéntica 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 fría", debido a que la malla es reflectora, la radiación solar es rechazada y devuelta al exterior y no emite calor durante el día a la tierra o a las plantas que hay por debajo.

Protección a daños de radiación de helada: La radiación helada se caracteriza por noches muy claras y extremadamente frías. En un día soleado, la planta absorbe la energía y reduce la absorción de radiación con respecto al frío del cielo durante las noches. Al no haber obstáculos, la planta pierde su calor y la temperatura desciende al nivel de temperatura ambiente. Hay muchas plantas que no sobreviven y mueren después de una noche de temperaturas muy frías.

Ahorro de energía: El hecho de que la malla evite de manera efectiva la pérdida de calor de la planta, aumenta la capacidad de almacenar energía. Aunque en una instalación caliente, la mayor pérdida de energía es causada por las plantas, la tierra y varios artículos en la instalación.

Dispersión luminosa: El uso de algunas mallas de sombreo suele interactuar con muchas propiedades de la radiación 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 energía calorífica se pierde en esta, dejando que la energía luminosa siga su camino al interior del invernadero.

2.6 Pantallas térmicas

En algunos casos los invernaderos hacen uso de pantallas térmicas que otorgan ventajas parecidas a las proporcionadas por las mallas de sombreo como el alto porcentaje de ahorro de energía a evitar usar sistemas de calefacción/ventilación. A diferencia de las mallas de sombreo, las pantallas térmicas tienen un costo más elevado lo que limita la utilización de este tipo de materiales, pero siempre es posible hacer uso de este tipo de tecnología.

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

_ Control de temperatura: Gracias al nivel de reflexión del aluminio, se consiguen disminuciones de temperatura dentro del invernadero.

_ Control de luminosidad. Según el grosor de la pantalla térmica se puede bloquear o dejar pasar más energía luminosa.

_ Control de humedad: En caso de exceso de humedad la pantalla absorbe ese exceso de humedad, que por efecto de la condensación se concentra en la parte superior de la pantalla y por lo tanto será evaporada, eliminando el efecto del goteo. Debemos tener cuidado en el aspecto de goteo ya que este efecto puede causar algunos daños en el cultivo, a nuestro prototipo electrónico y podría disminuir la calidad de la especie vegetativa. En lo referente a nuestro diseño sabemos que la humedad puede afectar directamente al nivel de temperatura dentro del invernadero.

_ Ahorro de combustible de calefacción: Durante la noche la superficie inferior del aluminio reflecta la radiación calorífica interior hacia el suelo del invernadero por lo que las pérdidas de calor son inferiores, derivando en un considerable ahorro energético en el uso de calefactores.

La elección de una pantalla térmica se debe realizar en base al tipo de cultivo y a las condiciones meteorológicas de la zona elegida.

2.7 Tipos de Invernaderos

El diseño de armazón del invernadero es una de las partes más importante que los horticultores deben decidir, ya que implica el gasto más elevando dentro de la inversión de un negocio que involucre a los invernaderos. El diseño y tipo de estructura define el potencial del invernadero para ventilarse o la entrada y almacenaje de radiación solar que finalmente se convierte en un aumento temperatura. La luminosidad y radiación solar son importantes para aumentar la fotosíntesis de las plantas y elevar la temperatura del invernadero.

Existe una vasta variedad de tipos de invernaderos, algunos de estos cuentan con ventajas y desventajas importantes al momento de manipular los valores de temperatura. Sería conveniente estudiar los tipos de estructura y en base a ese análisis poder seleccionar el sistema de control de temperatura idóneo.

2.7.1 Invernadero tipo plano

El invernadero tipo plano es conocido por su mala ventilación. La instalación de ventanas cenitales es bastante difícil al igual que su mecanización, debido al excesivo número de postes, alambres, piedras de anclaje, etc.

Los invernaderos tipo planos pueden ser débiles si se desean instalar componentes mecánicos en su estructura horizontal ya que no soportaría un dispositivo de gran peso. Por lo tanto, se deberá considerar la ligereza al momento de diseñar el prototipo para que pueda ser instalado en este tipo de invernaderos.

2.7.2 Invernadero tipo raspa y amagado

Su estructura es muy similar al tipo plano pero varía 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 más baja es conocida como amagado. Se podrían mencionar las mismas desventajas que otorgan los tipos planos, pero el de raspa y amagado otorga una altura mayor en comparación al tipo plano. La condensación se llevaría a cabo más arriba del cultivo y el aumento de la altura significaría más espacio para calentar o enfriar.

2.7.3 Invernadero tipo túnel

Se caracteriza por la forma de su cubierta y por su estructura totalmente metálica. El empleo de este tipo de invernadero se está extendiendo por su mayor capacidad para el control de los factores climáticos, su gran resistencia a fuertes vientos y su rapidez de instalación al ser estructuras prefabricadas.

La ventilación se realiza mediante ventanas cenitales que se abren hacia el exterior del invernadero y ventanas a sotavento.

2.7.4 Invernadero tipo capilla

La ventilación es por ventanas frontales y laterales. Cuando se trata de estructuras formadas por varias naves unidas provoca la ausencia de ventanas cenitales dificultando la ventilación.

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

2.8 Elementos internos en invernaderos

Existe una gran cantidad de dispositivos que ayudan a controlar las condiciones climáticas dentro del invernadero. Cada dispositivo de control de temperatura cuenta con características y funciones distintas; algunas de estas son opcionales y otras necesarias para el crecimiento del cultivo.

Muchos de estos elementos internos son operados manualmente, sin embargo, otros se encuentran automatizados. Claro está que al utilizar sistemas automatizados se requiere de una inversión monetaria relativamente alta para el horticultor. La mayoría de componentes mecánicos dentro del invernadero son susceptibles a ser automatizados. Además, los sistemas electrónicos comerciales robustos proporcionan soluciones para una gran cantidad de variables que pudieran ser reguladas por sistemas de control, simples y económicos.

Conociendo los elementos internos en invernaderos surge la necesidad de desarrollar sistemas electrónicos que solucionen los problemas comunes que enfrenta el horticultor. Por este motivo, es grande la inquietud en desarrollar un sistema de control de temperatura 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 sistemas comerciales comúnmente empleados.

2.8.1 Sistema de ventilación

La ventilación es un aspecto básico a tener en cuenta para el manejo de un invernadero.Esto se debe a que no sólo es el método (usando ventanas) más económico de refrigerar un invernadero. Además, regula la humedad del aire y favorece la renovación del dióxido de carbono necesario para el proceso de fotosíntesis. Los sistemas de ventilación pueden ser manuales o automatizados.

La ventilación es fundamental para regular la temperatura y humedad dentro del invernadero, por lo tanto, las instalaciones (naves) deben tener suficientes ventanas, un mecanismo rápido y cómodo de apertura y cierre de éstas. La ventilación se puede realizar en forma natural o forzándola, siendo la ventilación natural la más utilizada y económica. En algunos casos se ventila solamente con la entrada de aire por las ventanas laterales, mientras que en otros se usa la entrada de aire por las ventanas cenitales ubicadas en la techumbre de la construcción.

La ventilación natural, tipo cenital, es la más recomendada ya que es poco usual que algunos agente pueda dañar los plásticos ubicados en las ventanas. En zonas poco ventosas donde pueda dificultarse la ventilación del invernadero es conveniente optar por un sistema de ventilación cenital. Este consiste en la ubicación de las ventanas en la parte más alta del techo que ayuda en gran medida a la renovación del aire. El aire caliente se concentra en la parte superior del invernadero, y al abrir las ventanas éste sale, simplemente porque sigue subiendo, y a la vez se crea una succión de aire fresco desde las ventanas laterales. De esta manera, con sólo abrir las ventanas cenitales y las puertas o las ventanas laterales, se puede lograr una ventilación adecuada.

La ventilación es un aspecto fundamental independientemente de la temporada del año.

Incluso en días fríos, es conveniente ventilar el interior durante una hora a mediodía 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 área total de ventilación (sin dispositivos mecánicos) incluyendo puertas y ventanas, debe ser como mínimo equivalente al 20% de la superficie cubierta del invernadero.

2.8.2 Sistema de calefacción

El calor proporcionado por la calefacción puede ser aportado al invernadero básicamente por convección o por conducción térmica. Por convección, al calentar el aire del invernadero y por conducción se refiere a la distribución del calor a nivel del cultivo.

En los sistemas de conducción o de convección más utilizados se hace uso de algunos dispositivos mecánicos como son: Tuberías aéreas de agua caliente (activar calentadores, bombas de agua y electroválvulas), generadores de aire caliente, etc.

De todo lo expuesto en este capítulo, se deduce que el control de temperatura dentro del invernadero no sólo depende de un sistema electrónico adecuado. Es necesario evaluar distintos materiales que ayuden a controlar, en conjunto con la parte electrónica, los niveles de temperatura que requiere el horticultor.

Capítulo 3

Sistema De Control3.1 Refrigeracion en un invernadero.El controlar el exceso de calor es uno de los mayores problemas en la producción bajo invernaderos en la región mediterránea. Incluso en invierno en días 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 están localizados en la región Surmediterránea. En zonas áridas o semiáridas este período puede extenderse de 15 de mayo hasta comienzos de octubre. En las regiones del Mediterráneo N, es posible y deseable mantener cultivos en el invernadero incluso en los meses de verano.

El exceso de temperatura causa daño en la morfología y en los distintos procesos fisiológicos de las plantas, como son la formación floral, la quemadura de hojas, la mala calidad del fruto, el exceso de transpiración, el acortamiento de la vida del cultivo, la reducción de la fotosíntesis neta debido al exceso de respiración...

En un día claro de verano el nivel de la radiación solar, puede alcanzar el valor de 1,5 calorías por cm2 y minuto. Incluso cuando la cubierta vegetal está plenamente desarrollada y puede utilizar el 50 % de la radiación solar en la evapotranspiración, la temperatura sube por encima de los niveles deseados. Si la cubierta vegetal es incompleta, la evapotranspiración se reduce y el aumento de temperatura es mayor. En ambos casos debe emplearse alguna técnica para reducir la temperatura y mejorar las condiciones de producción.

Existe un sin número de sistemas comerciales para el control de temperatura en invernaderos.

Muchos de estos son diseñados tomando en cuenta condiciones climatológicas ajenas a nuestra región, lo que ocasiona problemas, ya que consideran intervalos de temperaturas muy distintos a los que comúnmente alcanzarían invernaderos localizados en estas latitudes del mundo.

Según el principio de la conservación de energía se cumple que, si las condiciones exteriores de radiación solar, temperatura, humedad y velocidad de viento no varían, los ingresos de energía se igualan a las salidas de energía del invernadero y por tanto:

(Radiación solar dentro del invernadero) + (Calor cedido desde la cubierta al invernadero) =

(Energía consumida en evapotranspiración) + (Energía disipada por la ventilación) +

(Calor consumido por los equipos de evaporación).

Por consiguiente los cuatro factores principales que permiten reducir la temperatura son:

La reducción de la radiación solar que llega al cultivo (blanqueado, sombreo, etc.) La evapotranspiración del cultivo. La ventilación. La refrigeración por evaporación de agua (nebulización, "cooling system" etc.)

Ya que estos factores están ligados por la ecuación del balance de energía si uno de ellos cambia también cambian los demás. Por eso es difícil comparar los resultados de experimentos diferentes, puesto que el efecto del sombreo, sobre la temperatura del invernadero, por citar un ejemplo, depende de la tasa de transpiración del cultivo, de la tasa de ventilación del invernadero y de la existencia o no de los equipos de evaporación y de la intensidad de la radiación solar.

El ingeniero suele recurrir a modelos de cálculo que tienen en cuenta todos estos factores y que permiten predecir el clima del invernadero en función del clima exterior, superficie de ventanas, material de sombreo, etc. por tanto se describirán las distintas técnicas de refrigeración y los resultados de los experimentos de reducción del nivel térmico.

3.1.2 Sistemas de Ventilación

3.1.2.1 Ventilación Natural

La ventilación de un local puede ser natural o forzada. Se habla de ventilación natural cuando no hay aporte de energía artificial para lograr la renovación del aire, comúnmente, la ventilación natural se consigue dejando aberturas en el local (puertas, ventanas, lucernarios, etc.), que comunican con el ambiente exterior. La ventilación forzada utiliza ventiladores para conseguir la renovación.

En el caso de la ventilación 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 ventilación. En función de estas fuerzas, y de la superficie, orientación y situación de las puertas y ventanas es posible lograr tasas de ventilación muy importantes.

La ventilación de un local puede ser natural o forzada. Se habla de ventilación natural cuando no hay aporte de energía artificial para lograr la renovación del aire, comúnmente, la ventilación natural se consigue dejando aberturas en el local (puertas, ventanas, lucernarios,

etc.), que comunican con el ambiente exterior. La ventilación forzada utiliza ventiladores para conseguir la renovación.

En el caso de la ventilación 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 ventilación. En función de estas fuerzas, y de la superficie, orientación y situación de las puertas y ventanas es posible lograr tasas de ventilación 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 energía, por lo tanto la temperatura del aire, sino que también afecta al contenido de vapor de agua y de anhídrido carbónico.

La ventilación natural, también llamada pasiva o estática, no utiliza energía auxiliar sino que tiene su motor en dos factores.

1. Distribución de presiones en la superficie de la estructura debido al viento, que crea zonas de presión positiva y negativa en la cubierta.

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

La resistencia que opone la ventana al flujo del aire, función de la geometría de los orificios de entrada y salida y también del número de Reynolds cuando los efectos de viscosidad tienen importancia, reduce la tasa de ventilación.

La mayoría de los invernaderos mediterráneos tienen sistemas de ventilación muy sencillos con ventanas laterales enrollables. En estas condiciones es difícil que el clima interior sea aceptable si la anchura del invernadero supera los 20 m.

3.2 Ventilación Forzada

El uso de ventiladores permite un control más preciso de la temperatura del invernadero que el que puede lograrse con la ventilación pasiva. Con todo, en climas mediterráneos no es frecuente encontrar equipos de este tipo por el precio de la instalación y por el consumo de electricidad.

La ASAE (American Society of Agricultural Engineers) establece una serie de normas para el diseño y control de los sistemas de ventilación forzada que se resumen en este apartado. Se recomienda que la tasa de ventilación sea como mínimo de 3/4 a un cambio total de aire por minuto.

El volumen de aire a evacuar debe corregirse en función 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 mecánico sea inferior a 30 metros, se debe aumentar el volumen por el factor:

 

Dónde D es la distancia ventana-extractor en metros. Así se logra una velocidad de circulación del aire más 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 presión estática de 0'03 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 mínima sin obstáculos a la salida del aire de 1.5 veces el diámetro del ventilador. Los ventiladores se pueden situar en el techo si hay interferencias en los laterales.

- Para evitar entradas de aire indeseadas cuando los ventiladores no estén en funcionamiento, las aperturas de entrada deben tener rejillas motorizadas que abran hacia fuera y sólo se abrirán cuando los ventiladores entren en funcionamiento. Las rejillas de salida también abrirán hacia afuera movidas por la presión de los ventiladores.

- La superficie de las ventanas de entrada será al menos 1,25 veces el área de los ventiladores.

- Las aspas deben estar protegidas con tela metálica de alambre de 1.5 mm de grosor mínimo y aperturas de 13 mm. Esta especie de pantalla debe estar al menos a 100 mm de distancia de cualquier parte móvil para prevenir accidentes.

- Es preferible controlar el volumen de aire renovado en varias fases. Para ello se pueden utilizar ventiladores de dos velocidades o conectar distinto número en función de la temperatura del invernadero.

- Los instrumentos de medida y control deben estar completamente protegidos de la radiación solar, alojados en cajas pintadas con material reflectivo, o al menos blanco. Se debe asegurar que circule aire alrededor de los controles a velocidad entre 3 y 5 m/s. Para

ello se pueden instalar ventiladores eléctricos que extraigan el aire de la caja que contenga a los sensores.

Refrigeración por evaporación (sistema de la pantalla de evaporación)

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 través de una pantalla porosa saturada de agua. El aire refrigerado por evaporación, cruza el interior del invernadero y sale por el otro extremo.

Este sistema se caracteriza por qué:

- 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 algún equipo adicional de nebulización.

- permite utilizar agua salina o de baja calidad sin obstruir los poros de la pantalla evaporadora.

- la distribución del aire debe evitar la producción 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 días en los que la velocidad del viento sea alta y su eficacia debe ser independiente de la dirección del viento.

- el precio de la instalación depende en primer lugar del costo de los ventiladores.

Pueden distinguirse dos sistemas, los de presión negativa y los de presión positiva.

Los sistemas de presión negativa (A) consisten en una pantalla evaporadora en un lado del invernadero y unos ventiladores que succionan el aire, que están situados en la cara opuesta. Este método crea gradiente de temperatura, entre las zonas de entrada y salida del aire. Debido a que la presión del aire en el interior del invernadero es inferior a la presión exterior, el aire puede entrar a través de roturas y boquetes, conjuntamente con el polvo.

Los ventiladores fuerzan al aire a circular a través de las pantallas y después entran en el invernadero, el aire puede distribuirse por medio de tubos plásticos perforados.

Si se instalan las pantallas en el espacio comprendido entre dos invernaderos adyacentes, se pueden combinar la refrigeración por evaporación y la ventilación natural (Fig. 70).

Fig. 70. Combinación de refrigeración con sistema de presión positiva (impulsión de aire a través de pantalla evaporadora) y ventilación natural.

Las pantallas pueden instalarse en posición vertical u horizontal (Fig. 71). La posición horizontal tiene la ventaja de que frena el proceso de obturación. Si se hace pasar más agua de la que se necesita para la evaporación, también se reduce la obturación puesto que la pantalla queda lavada.

Si la humedad relativa exterior es elevada, la eficacia del sistema es muy pequeña.

Recomendaciones útiles:

1) Es conveniente hacer la instalación de manera que se aproveche la dirección del viento dominante. Las pantallas húmedas deben situarse en la cara del invernadero que reciba al viento y los ventiladores en la cara opuesta.

2) Para mejorar la uniformidad de la temperatura se recomienda:

Sellar todos los agujeros y roturas de la estructura Limitar la distancia máxima entre ventiladores y pantallas a 40 m. Aumentar el número de ventiladores, para tener un flujo de aire más

eficaz. Si el invernadero tiene una longitud superior a 40 m., se recomienda

situar las pantallas en ambos extremos y los ventiladores en el techo en la parte central.

Instalar boquillas nebulizadoras para añadir más humedad al ambiente.

3) Puesto que cerca de las pantallas el aire puede ser demasiado frío se recomienda, en estos casos, dirigir la corriente de aire frío a las zonas superiores del invernadero.

4) Debe mantenerse constante la presión de agua para tener siempre húmedas las pantallas.

5) Es conveniente que los extractores de un invernadero mantengan una distancia de 15 m con la pantalla evaporadora de otros invernaderos adyacentes, pues de lo contrario el aire expulsado de uno de ellos penetrará en los restantes.

6) Los extractores de los invernaderos próximos no deben estar enfrente unos de otros. O bien se instalan alternando sus salidas o si están enfrente se debe mantener una separación mínima de cuatro veces su diámetro.

7) Según lo recomendado por la American Society of Agricultural Engineers el volumen de agua a aportar a las pantallas evaporadoras horizontales es como máximo 0.2 litros/segundo por m2 de pantalla y para pantallas verticales, el caudal a aportar y el volumen del depósito que recoge el agua no evaporada y posteriormente recirculada debe ser:

8) La bomba de riego de las pantallas puede estar controlada por un termostato y un humidostato conectados en serie. El humidostato sirva para controlar posibles excesos de humedad. Ambos controles deben instalarse en una caja protegida de la radiación y en corriente de aire aspirada a una velocidad mínima de 3 m/s.

Las figuras 72 y 73, muestran los casos de evaporación de agua e intercambio de aire, en relación con la temperatura exterior y la humedad relativa. La temperatura interior es de 30ºC. Las cifras de masa de agua evaporada y de intercambio de aire se dan por metro

cuadrado de suelo de invernadero. Si la humedad relativa está por encima del 30 % se necesitan grandes cantidades de agua y de aire. Por ejemplo, si la humedad relativa es del 20 % y la temperatura exterior es de 45ºC, se precisan 1,8 kg de agua y 210 m3 de aire por metro cuadrado de invernadero.

Fig. 72. Evaporación de agua en función de la temperatura exterior y humedad relativa.

La potencia eléctrica es:

4(-3)

Siendo:

Va = tasa de ventilación en m3/m2×s

p = pérdida de presión a través de la pantalla y del invernadero (N/m2)

Nu = al rendimiento del ventilador

Las pérdidas de presión a través de la pantalla, están comprendidas entre 20 y 50 pascales, eso es de 2 a 5 mm de agua. El rendimiento del ventilador es próximo a 0,7.

La potencia es:

Durante el tiempo de funcionamiento, la potencia eléctrica es de 3,3 W por m2 de superficie de suelo del invernadero. Si el sistema funciona durante 9 horas al día, el consumo es de 30 W/h×m2.

Fig. 73. Renovaciones de aire a través de mantas en función de temperatura exterior y humedad relativa.

Comparado con el sistema de ventilación forzada, el sistema de evaporación consume el 75% más de electricidad (30 W/h/m2, en vez de 18 W×h/m2).

Como se ha dicho antes, el flujo de agua debe ser mayor que la cantidad de agua evaporada para prevenir la precipitación de sales en la pantalla. Tanto los depósitos minerales, como los insectos y suciedad filtrados en la pantalla, disminuyen el flujo de aire y en consecuencia reducen la eficacia del sistema.

Los equipos de evaporación de agua por medio de microaspesores o toberas, son otros sistemas de refrigeración por evaporación, que se utilizan comercialmente en la horticultura.

Cada gramo de agua evaporada produce una cantidad de frío de 600 frigorías. Si se desea diseñar, un sistema de refrigeración por evaporación, los distintos parámetros en juego son:

- El volumen total del invernadero.

- El número de intercambios de aire a la presión estática de 3mm (45 a 60).

- La superficie de las pantallas y el número de ventiladores (distancia media entre ventiladores 7 m).

Como indicación la potencia de los motores que mueven las aspas, varía de 3 a 5 W/m2 de superficie cubierta.

Debido al alto costo de las instalaciones, los sistemas de evaporación sólo se usan en la producción de flores o plantas de alto valor añadido.

La ventaja principal del sistema del ventilador y pantallas es su capacidad de refrigerar el invernadero a un costo razonable. También tiene la ventaja adicional de aumentar la cantidad de agua en la atmósfera del invernadero sin aumentar en exceso la humedad. En consecuencia el cultivo no sufre por estrés hídrico ya que el déficit de saturación es demasiado bajo. A pesar de que el sistema de evaporación de agua es más caro que la ventilación libre o forzada, es el único sistema que permite la producción de plantas bajo invernadero en regiones áridas, donde la temperatura es muy alta y la humedad muy baja.

En la región norte del Mediterráneo este sistema es menos aconsejable.

2.1. Temperatura.

Este es el parámetro más importante a tener en cuenta en el manejo del ambiente dentro de un invernadero, ya que es el que más influye en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Normalmente la temperatura óptima 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. Así mismo se deben aclarar los siguientes conceptos de temperaturas, que indican los valores objetivos a tener en cuenta para el buen funcionamiento del cultivo y sus limitaciones:

Temperatura mínima letal. Aquella por debajo de la cual se producen daños en la planta.

Temperaturas máximas y mínimas biológicas. Indican valores, por encima o por debajo respectivamente del cual, no es posible que la planta alcance una determinada fase vegetativa, como floración, fructificación, etc.

Temperaturas nocturnas y diurnas. Indican los valores aconsejados para un correcto desarrollo de la planta.

La temperatura en el interior del invernadero, va a estar en función de la radiación solar, comprendida en una banda entre 200 y 4000 mm, la misión principal del invernadero será la de acumular calor durante las épocas invernales.

El calentamiento del invernadero se produce cuando el infrarrojo largo, procedente de la radiación que pasa a través del material de cubierta, se transforma en calor. Esta radiación es absorbida por las plantas, los materiales de la estructura y el suelo. Como consecuencia de esta absorción, éstos emiten radiación de longitud más larga que tras pasar por el obstáculo que representa la cubierta, se emite radiación hacia el exterior y hacia el interior, calentando el invernadero.

El calor se transmite en el interior del invernadero por irradiación, conducción, infiltración y por convección, tanto calentando como enfriando. La conducción es producida por el movimiento de calor a través de los materiales de cubierta del invernadero. La convección tiene lugar por el movimiento del calor por las plantas, el suelo y la estructura del invernadero. La infiltración se debe al intercambio de calor del interior del invernadero y el aire frío del exterior a través de las juntas de la estructura. La radiación, por el movimiento del calor a través del espacio transparente.

2.2. Humedad relativa.

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 relación con la máxima que sería capaz de contener a la misma temperatura.Existe una relación 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 idónea para vegetar en perfectas condiciones: al tomate, al pimiento y berenjena les gusta una HR sobre el 50-60%; al melón, entre el 60-70%; al calabacín, entre el 65-80% y al pepino entre el 70-90%.

La HR del aire es un factor climático que puede modificar el rendimiento final de los cultivos. Cuando la HR es excesiva las plantas reducen la transpiración y disminuyen su crecimiento, se producen abortos florales por apelmazamiento del polen y un mayor desarrollo de enfermedades criptogámicas. Por el contrario, si es muy baja, las plantas transpiran en exceso, pudiendo deshidratarse, además de los comunes problemas de mal cuaje.Para que la HR se encuentre lo más cerca posible del óptimo el agricultor debe ayudarse del higrómetro. 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 ventilación cenital en invernaderos con anchura superior a 40 m es muy recomendable, tanto para el control de la temperatura como de la HR.

2.3. Iluminación

A mayor luminosidad en el interior del invernadero se debe aumentar la temperatura, la HR y el CO2, para que la fotosíntesis sea máxima; 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. Orientación adecuada del invernadero. Materiales que reduzcan el mínimo las sombras interiores. Aumento del ángulo de incidencia de las radiaciones sobre las cubiertas. Acolchados del suelo con plástico blanco.

En verano para reducir la luminosidad se emplean:

Blanqueo de cubiertas. Mallas de sombreo. Acolchados de plástico negro.

Es interesante destacar el uso del blanqueo ya que esta labor está en función 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 ahíla 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 solución nutritiva tiene que ir unida al efecto que produce el blanqueo. Los plásticos sucios o envejecidos provocan el mismo efecto que el blanqueo. 

2.4. CO2

El anhídrido carbónico de la atmósfera es la materia prima imprescindible de la función clorofílica de las plantas. El enriquecimiento de la atmósfera del invernadero con CO2, es muy interesante en muchos cultivos, tanto en hortalizas como en flores. La concentración normal de CO2 en la atmósfera es del 0,03%. Este índice debe aumentarse a límites de 0,1-0,2%, cuando los demás factores de la producción vegetal sean óptimos, si se desea el aprovechamiento al máximo de la actividad fotosintética de las plantas. Las concentraciones superiores al 0,3% resultan tóxicas para los cultivos.

En los invernaderos que no se aplique anhídrido carbónico, la concentración de este gas es muy variable a lo largo del día. Alcanza el máximo de la concentración al final de la noche y el mínimo a las horas de máxima luz que coinciden con el mediodía. En un invernadero cerrado por la noche, antes de que se inicie la ventilación por la mañana, la concentración de CO2 puede llegar a límites mínimos de 0,005-0,01%, que los vegetales no pueden tomarlo y la fotosíntesis es nula. En el caso que el invernadero esté cerrado durante todo el día, en épocas demasiado frías, esa concentración mínima sigue disminuyendo y los vegetales se encuentran en situación de extrema necesidad en CO2 para poder realizar la fotosíntesis.

Los niveles aconsejados de CO2 dependen de la especie o variedad cultivada, de la radiación solar, de la ventilación, de la temperatura y de la humedad. El óptimo de asimilación está 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 óptimo distinto.El efecto que produce la fertilización con CO2 sobre los cultivos hortícolas, 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 así como la de su cosecha.

Sin embargo, no se puede hablar de una buena actividad fotosintética sin una óptima luminosidad. La luz es factor limitante, y así, la tasa de absorción de CO2 es proporcional a la cantidad de luz recibida, además de depender también de la propia concentración de CO2 disponible en la atmósfera de la planta. Se puede decir que el periodo más importante para el enriquecimiento carbónico es el mediodía, ya que es la parte del día en que se dan las máximas condiciones de luminosidad.