Métodos de predicción y técnicas de control de la condensación en invernaderos

Resumo

Las plantas necesitan un ambiente favorable en el que sean capaces no sólo de vivir sino también de producir. Con el control del clima en el invernadero se trata de dotar a la planta de estas condiciones favorables o, al menos, unas condiciones lo más próximas a las óptimas, de manera que se obtengan buenas cosechas no sólo desde el punto de vista cuantitativo sino también cualitativo. Uno de los mayores problemas que preocupan al productor se produce cuando el aire del invernadero se encuentra saturado y la temperatura desciende. Es en estos casos cuando se producen condensaciones de agua sobre la superficie interna de la cubierta ocasionando, entre otros, efectos desfavorables en el crecimiento y morfología del cultivo y acumulación de agua sobre los cultivos, suelo y estructura del invernadero, provocando la aparición de enfermedades criptogámicas. Este fenómeno suele darse con mayor frecuencia en las primeras horas frías del amanecer, aunque también es posible la condensación durante la noche y a la caída de la tarde, cuando la temperatura desciende bruscamente y el invernadero está húmedo por la transpiración. Los meses problemáticos son desde noviembre hasta mayo; en ciertas zonas los peores periodos son abril y mayo, porque se combinan mayores niveles de radiación solar con mañanas frías. Con vistas a abordar estos problemas se ha elaborado la presente tesis doctoral, estableciendo un análisis para evaluar el efecto que ejercen diferentes estrategias de ventilación y calefacción sobre la aparición de condensación, así como el desarrollo de modelos de predicción de la probabilidad de aparición de dicha condensación. Los ensayos se llevaron a cabo en un invernadero experimental localizado en Madrid, con cubierta de metacrilato y estructura de acero galvanizado. Dicho invernadero dispone de ventana cenital y lateral, pantalla térmica y dos sistemas de calefacción: suelo radiante (agua caliente) y aerotermos (aire caliente). En su interior se cultivó Gerbera jamesonii (campaña 02/03) y Helianthus annuus L (campaña 03/04). La tesis se estructura en dos partes diferenciadas. En la primera parte se evaluó la influencia del sistema de calefacción sobre la condensación producida. Como sistema de calefacción se utilizaron suelo radiante y aerotermos, ambos ensayados con y sin ventilación durante el principal periodo nocturno. Se ensayaron en total cinco estrategias, realizando un análisis de varianza de los parámetros climáticos para determinar qué combinaciones producían diferencias significativas en la aparición de condensación. En la segunda parte, con datos del mismo periodo se obtuvieron modelos de predicción de la condensación en situaciones del invernadero sin calefacción y con calefacción por medio de suelo radiante. Para el ajuste del modelo, se estudiaron diferentes estrategias que combinaban la calefacción con la presencia o no de pantalla térmica nocturna y la existencia o no de ventilación cenital nocturna con diferentes grados de apertura de la ventana cenital. Para estimar los diferentes modelos se utilizó un análisis de regresión logística. Una vez obtenidos los modelos, se validaron los cuatro mejores sobre otro conjunto distinto de datos climáticos. En los experimentos realizados en la primera parte, comparando los valores de la humedad relativa dentro del invernadero, las estrategias que usaban aerotermos redujeron dicha humedad de un 27 a un 34% con respecto a las estrategias que usaban suelo radiante. Asimismo, las estrategias con suelo radiante consiguieron una reducción significativa de la condensación (del 73%) cuando había ventilación durante la noche. En los casos con calefacción por suelo radiante, la condensación se redujo significativamente con ventilación cenital nocturna con apertura reducida de 25 cm. En los experimentos realizados en la segunda parte, las estrategias con calefacción por medio de suelo radiante, ventilación cenital diurna (100%) y ventilación cenital nocturna (apertura de 25 cm) presentaron los menores valores de condensación. Las estrategias que utilizaron apertura cenital nocturna de 8 cm no supusieron una mejora para la disminución de la condensación, incluso en las estrategias con calefacción que no utilizaron pantalla térmica, la apertura de 8 cm produjo un 5% más de condensación que cuando no se dispuso de ventilación nocturna. Las estrategias de calefacción que utilizaron pantalla térmica presentaron menores valores de condensación media diaria. La pantalla térmica retiene el calor y el aire del invernadero alcanza una temperatura superior, disminuyendo la humedad relativa y por tanto las posibilidades de condensación. SUMMARY Plants need a favorable environment in which they are able not only to live but also to produce. Climate control in the greenhouse try to equip the plant in these terms, or at least conditions as close to the optimum, so as to obtain good harvests not only from a quantitative but also qualitative point of view . One of the biggest problems of concern to the producer occurs when the air is saturated in the greenhouse and the temperature drops. It is in these cases when condensation of water occurs on the inner surface of the cover causing among others, adverse effects on growth and morphology of the crop and accumulation of water on crop, soil and structure of the greenhouse, causing the onset of cryptogamic diseases. This phenomenon usually occurs more frequently in the early hours of dawn cold, but it is also possible condensation during the night, and at the end of the afternoon when the temperature drops sharply and the greenhouse has more relative humidity because of crop transpiration. Problematic are the months from november through may; in some areas the worst periods are april and may, due to higher levels of solar radiation combined with cold mornings. In order to tackle these problems, the present doctoral thesis, has established a review to evaluate the effect of different ventilation and heating strategies on greenhouse condensation and models for predicting the probability of occurrence of such condensation have been developed. Trials were carried out in an experimental greenhouse located in Madrid, with methacrylate cover and galvanized steel structure. This greenhouse has a ridge roof vent running the length of the greenhouse and side vent, screen and two heating systems: heated floor (hot water) and air heaters (hot air). During 2002-2003, Gerbera jamesonii was grown in pots inside the greenhouse. During 2003-2004 Helianthus annuus L was cultivated in the same pots inside. The thesis is divided into two distinct parts. In the first part the influence of the heating system on the condensation inside the greenhouse was evaluated. The heating system consisted of heated floor and air heaters, both tested with and without ventilation during the main period of the night. Five different strategies were tested. An analysis of variance of climate parameters was carried out to determine which combinations produced significant differences. In a second part, condensation models were developed with data from the same period in order to predict condensation in different greenhouse situations, without heating and with heating by means of heated floor. For the model adjustment, different strategies that combined heating (heated floor) with or without thermal screen at night and the presence or not of night ventilation with different opening degrees for roof vent were studied. A logistic regression analysis was used to estimate all models. Once the models were obtained, the best four were validated on another period of climate data. In experiments conducted in the first part, comparing the values for relative humidity inside the greenhouse, strategies using air heaters reduced the humidity by 27 to 34% with respect to the strategies using heated floor. Heated floor strategies achieved a significant condensation reduction (73%) when there was ventilation during night. Indeed, in these cases, condensation was significantly reduced with 25 cm opening in roof vent during night. In experiments conducted in the second part, strategies using heated floor, roof vent during day (100%) and roof vent during night (opening of 25 cm) showed the lowest condensation values. Strategies using roof vent during night with 8 cm opening did not represent an improvement for condensation reduction, even in heating strategies without thermal screen, the 8 cm roof vent opening produced 5% more condensation than that strategy without night ventilation. Heating strategies using thermal screen achived lower values of mean daily condensation (%). Thermal screen retains heat and greenhouse air reaches higher temperature, decreasing relative humidity and therefore condensation probability.