Sistemas de Evaporación de agua: estrategias de manejo en ... · 8:00 hora solarRefrigeración por...
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Control de clima en el
invernadero
Almería 23 de febrero de 2016
Sistemas de Evaporación de agua: estrategias de
manejo en función de las variables climáticas y la
fenología del cultivoEvangelina Medrano Cortés
IFAPA, Centro La Mojonera
8:00 hora solarRefrigeración por Evaporación de Agua
Conceptos básicos: Demanda evaporativa del aire Transpiración del cultivo
Tipos Paneles Evaporativos Boquillas de Nebulización
Efecto sobre el aire del invernadero y sobre el cultivo
IFAPA: P. Lorenzo, M.C. Sánchez-Guerrero, E. Medrano y col. E E Cajamar: J.C. López, J.C. Gázquez y col. Universidad de Thessaly: C. Kittas, N. Katsoulas y col.
Refrigeración por evaporación de agua
Refrigeración: Eliminación del exceso de carga energética en el interior del invernaderoEvaporación de agua: El cambio de estado de líquido a gaseoso consume energía
λ Calor latente de vaporización de agua 2,5 MJ/kg
Energía absorbida por 1 kg de agua en el proceso de evaporación
Nebulización - Reduce la demanda evaporativa del ambiente- Reduce la temperatura del aire
Tipos- Paneles evaporativos- Boquillas de Nebulización
Carga energética
Ventilación
Calor sensibleCalor latente
0
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5 10 15 20 25 30 35
Déf
icit
híd
rico
(g/
m3
)
Temperatura (ºC)
HR=70%
HR=40%
HR=50%
HR=60%
Déficit Hídrico (g/m3): Gramos de vapor de agua que puede admitir 1 m3 de aire en unas condiciones determinadas (Temperatura y Humedad Relativa) para alcanzar el estado de saturación.
7,7
13,8
0
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10
15
20
5 10 15 20 25 30 35
Déf
icit
híd
rico
(g/
m3
)
Temperatura (ºC)
HR=70%
HR=40%
HR=50%
HR=60%
Déficit Hídrico (g/m3): Gramos de vapor de agua que puede admitir 1 m3 de aire en unas condiciones determinadas (Temperatura y Humedad Relativa) para alcanzar el estado desaturación.
5,1
9,2
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 5 10 15 20 25 30 35
DP
V (
kPa)
Temperatura (ºC)
HR = 40%
HR = 50%
HR = 60%
HR = 70%
Déficit de presión de vapor (kPa): Diferencia entre la presión del vapor de agua que habría cuando el aire estuviera saturado de agua (es) y la existente en el aire (e) en unas determinadas condicines.
DPV (kPa) = 0,1382 DH (g/m3) (1 kPa ~ 7 g/m3)
DPV= es – e
HR = 100 e/es
Rango de consigna
8:00 hora solar
La eficiencia de la nebulización aumenta cuanto menor es la humedad relativa en el interior del invernadero (fase inicial del cultivo) o bien cuanto más árido es el clima exterior.
Cutivo de pimiento
invernadero parral mejorado
con blanqueo
50%
40%
25%
30ºC
27ºC23ºC
HR 50%HR 100%
HR 25%
HR 10%
Diagrama
Psicrométrico
Tasa de transpiración del cultivo Clima del Invernadero
λE = a GInterceptada + b LAI DPV
( a y b coef. según cultivo)
LAI= m2 hoja/m2 suelo
0
200
400
600
800
0 1 2 3 4 5
Gin
terc
ep
tad
a(W
m-2
)
LAI
G 700 W m-2
Carga energética
Ventilación
Calor sensibleCalor latenteλE
G
Tasa de transpiración del cultivo Clima del Invernadero
λE = a GInterceptada + b LAI DPV
( a y b coef. según cultivo)
LAI= m2 hoja/m2 suelo
0
200
400
600
800
0 1 2 3 4 5
Gin
terc
ep
tad
a(W
m-2
)
LAI
G 700 W m-2
Carga energética
Ventilación
Calor sensibleCalor latenteλE
G
Paneles evaporativos
Paneles evaporativos
Paneles evaporativos
- Paneles de celulosa corrugada o fibra
- Bomba circulación de agua
- Extractor enfrentado al panel
Invernaderos herméticos: evitar la entrada de aire seco del exterior
Aumenta su eficacia con la combinación con mallas de sombreo
Ventajas:
Inconvenientes
- No moja el cultivo- Funcionamiento y control sencillos- DPV inferior a los sistemas de ventilación forzada
o natural
- Gradiente de Temperatura y Humedad - Instalación cara- Obstrucción progresiva de los paneles- Elevado gasto de agua
38 ºC
28 ºC
32 ºC30 ºC
Paneles evaporativos
Sapounas et al. 2008
(a)
(b)
Diagrama de temperaturas del aire
a) Plano horizontal 1,2 m sobre la superficie de suelo
b) Plano vertical en el centro del invernadero z=4,0 m, (24 – 30 ºC)
Velocidad del aire
z=4,0 m, (rango 0,0 – 1,0 m/s)
Paneles evaporativos
PANEL EVAPORATIVO
- Material de gran superficie y buenas propiedades de humectación
- Grosor: 100 – 200 mm
- Evitar cualquier rotura por donde pueda pasar el aire seco del exterior
- Evitar la radiación directa: zonas secas donde se pueden acumular las
sales y el polvo
- Superficie de panel: 1 m2 por cada 20-30 m2 de superficie de invernadero
Prescripciones Técnicas
EXTRACTORES
- Distancia máxima panel-ventilador: 30 – 40 m
- Distancia entre ventiladores: 7,5 – 10 m. Evitar las líneas de cultivo
- Activación cuando el panel esté completamente mojado
- Desactivación antes de que pare el flujo de agua por el panel
Boquillas de Nebulización
- Distribución de gotas de agua de pequeño tamaño en
el aire.
- Temepratura y humedad uniforme en el aire del
invernadero.
- Instalación a la mayor altura posible para aumentar la
superficie de contacto gota-aire.
- Líneas de boquillas perpendiculares al cultivo.
- Forma de la gota: presión de nebulización y tipo de
boquilla.
- Requiere alto nivel de mantenimiento: Obturación de
válvulas y boquillas.
Alta Presión
Boquillas de Nebulización
Aire - AguaBaja Presión
Alta Presión
Boquillas de Nebulización
Presión de trabajo 40 kg/cm2
Diámetro de la gota < 10 micras
Agua de buena calidad
No moja el cultivo
Tuberías de acero inoxidable
Coste elevado de instalación y mantenimiento
Aire - Agua
Boquillas de Nebulización
Presión de trabajo: aire 6-8 kg/cm2 ; agua 2-3 kg/cm2
Diámetro de la gota 10 - 20 micras
Agua de moderada calidad
Requiere la utilización de un compresor
Doble red de tubería aire - agua
Baja presión
Boquillas de Nebulización
Presión de trabajo: 3 – 6 kg/cm2
Diámetro de la gota 50 – 100 micras
No requiere agua de buena calidad
Tuberías de polietilieno
Puede mojar el cultivo
Menor coste de instalación y mantenimiento
Mayor consumo de agua
Efecto de la Nebulización sobre el aire del
invernadero y el cultivo
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
DPV (kPa)
Tra
nsp
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de H
oja
Tomate
Pepino
Lorenzo et al. 2006
0
40
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120
160
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
λE
L(W
m-2
)
DPV (kPa)
0
100
200
300
0:0
0
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0
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0
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0
10
:00
12
:00
14
:00
16
:00
18
:00
20
:00
22
:00
Transpiración (W/m2)
Testigo Nebulización
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0
200
400
600
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1000
1200
0:0
0
2:0
0
4:0
0
6:0
0
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:00
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:00
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:00
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:00
20
:00
22
:00
DPV (kPa)Radiación (W/m2)
12 de mayo
Radiación solar exterior DPV nebulización
DPV Testigo
LAI 1
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
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4,0
0
200
400
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800
1000
1200
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
DPV (kPa)Radiación
(W/m2)29 de junio
Radiación exterior DPV Nebulización DPV Testigo
0
100
200
300
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Transpiración (W/m2)
testigo Nebulización
LAI 1,5
0
2
4
6
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18
70 80 90 100 110 120 130
Días desde transplante
Sombreado Nebulización
Co
me
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l (k
g m
-2)
0
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Som
bre
ado
Nebuliz
ació
n
To
tal (k
g m
-2)
Comercial
BER
Otros
CE 3 dS/m
Medrano y col. 2004
Sistema Agua
consumida
L/m2
Agua
Nebulización
L/m2
Eficiencia
hídrica
g/L
Sombreado 367 42
Nebulización 418 116 29
Lorenzo y col. 2004
0
2
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70 80 90 100 110 120 130
Días desde transplante
Sombreado Nebulización
CE 5 dS/m
Co
me
rcia
l (k
g m
-2)
0
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18
Som
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Nebuliz
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n
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kg
m-2
)
Comercial
BER
Otros
Lorenzo y col. 2004
Ca
Ca
CaCa
CaCa
Ca
Ca
Ca
Ca
CaCa
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
El Calcio se mueve principalmente
con el flujo de transpiración
DPV
Tasa Transpiración
Flujo de Ca (Mayoritario hacia las hojas)
Radiación
Tasa Crecimiento Fruto
Requerimiento Ca
Blossom End Rot (B.E.R.)Asociado a deficiencia de Ca
en la zona distal del fruto
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
Hora
DP
V (
kP
a)
22
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44
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48
50
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54
56
58
60
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
GMT
Tª
(ºC
)
Vent. Forzada
Nebulización
Blanqueo
-7,0
-6,0
-5,0
-4,0
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
Hora
ΔT
ª =
Th
oja
-T
am
bie
nte
(ºC
)
24 de Agosto 2004 = 34 ddt
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
Hora
Tª
(ºC
)
(a)
Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja
Cultivo de pimiento
Invernaderos multitúnel
Boquillas alta presión (40 bares)
Gázquez y col. 2010
CAMPAÑA 2004/2005 Saez, 2005
COMERCIAL NO COMERCIAL BLOSSOM
VENT.FORZADA 9,5 A 1,4 B 0,9 AB
FOG SYSTEM (DPV= 1,5 kPa) 9,8 A 2,0 A 1,1 A
BLANQUEO (1/4) 10,5 A 1,2 A 0,7 B
Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja
Cultivo de pimiento
Invernaderos multitúnel
Boquillas alta presión (40 bares)Gázquez y col. 2010
20
30
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60
70
80
90
6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)
Air
rel
ativ
e h
umid
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(% )
.
RH control
RH fog
Efecto sobre la humedad del del aire
Cultivo de pimiento
Invernaderos con malla móvil interior
Boquillas alta presión (40 bares)Katsoulas et al., 2006
0.0
0.5
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1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)
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(kPa
)
VPD control
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Efecto sobre la presión del aire
Cultivo de pimiento
Invernaderos con malla móvil interiorKatsoulas et al., 2006
0
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150
200
6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)
Tra
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W m
-2
)
.
λE control
λE fog
Efecto sobre Transpiración del cultivo
Cultivo de pimiento
Invernaderos con malla móvil interiorKatsoulas et al., 2006
20
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6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)
Tem
pera
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(o C)
Tair control
Tair fog
Efecto sobre la temperatura del aire y de la hoja
Cultivo de pimiento
Invernaderos con malla móvil interior
Boquillas alta presión (40 bares)
20
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6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00Time (h)
Tem
pera
ture
(o C)
Tair control
Tair fog
Tleaf control
Tleaf fog
Katsoulas et al., 2006
- Reducen la temperatura y el déficit hídrico del invernadero limitando a su vez la transpiración del cultivo.
- Son muy eficientes en las primeras fases de desarrollo del cultivo.
- Compensan las limitaciones de ventilación.
- Cuando el cultivo está desarrollado, son menos eficientes y se podría sustituir por una buena gestión de la ventilación.
- En especies sensibles a deficiencia de Ca, combinar con técnicas de sombreado en la fase de desarrollo de fruto.
- Necsitan la disponibilidad de agua de buena calidad.
Las interrelaciones que se establecen entre el climagenerado con los sistemas de refrigeración porevaporación y la absorción hídrica son muy diversas.
Centro IFAPA La Mojonera
Camino de San Nicolás, nº 1. 04745. La Mojonera. Almería
Teléfono 950-156453http://www.juntadeandalucia.es/agriculturaypesca/ifapa
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Mean air temperature (oC)
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Mean air temperature (oC)
Me
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so
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(M
J m
-2 d
ay
-1) Volos-Greece
Jan
Feb
Dec
Jun
Jul
Aug
Almeria-Spain
Jan
Feb
Dec
JunJul
Aug
Calefaccióndía/noche
Invernadero cerrado
Calefacción noche
Ventilación discontínua
Sin calefacción
Vent. Contínua
Refrigeración
Necesidades climáticas según regiones