Tema 2. Control climtico de los cultivos. 1. Invernaderos.
Introduccin. El cultivo en invernaderos permite: Obtener produccin
fuera de poca donde al aire no sera posible. Obtener producciones
ms precoces, o por el contrario, puede producir cosechas ms tardas.
Mejora la calidad comercial de las cosechas producidas. Obtiene
mayores rendimientos. Al mejorar las condiciones fsicas, se
producen mayores cosechas. Objetivos: Reducir la necesidad de agua.
Proteger los cultivos de las bajas temperaturas. Reducir la
velocidad del viento. (Sin anularlo: es necesario para la
transpiracin de las plantas y ayuda en el control de hongos)
Limitar el impacto de climas ridos y desrticos. Reduce el dao de
plagas enfermedades (nematodos), malas hierbas y pjaros y otros
depredadores. Extender las reas de produccin. Optimizar las
producciones, mejorar la calidad. Estabilizar los suministros de
productos de alta calidad en los mercados hortcolas. 2. Concepto de
luz y calor. 2.1 La luz. Es una forma de energa procedente del sol
que se propaga a travs de ondas electromagnticas que viajan en
agrupaciones de fotones. Las ondas electromagnticas se distinguen
por su frecuencia (vueltas/seg) =c/f Constante de Plank. E=hc/ =hf
E: Longitud de onda. h: Cte. de Plank. 6,63 10-34 Jseg f:
Frecuencia. : Longitud de onda. c: Velocidad de la luz. 3108m/s f:
Frecuencia.
Ultravioleta: 0,35 / 0,40m. Luz visible: 0,43 / 0,75 m. Radiacin
P.A.R. (fotosintticamente activa, la que aprovechan las plantas
para hacer la fotosntesis) Infrarrojo: > 0,75 m.
Transformaciones de la luz. Absorcin: se absorbe la E. radiante
convirtindola en calor y eleva la T Reflexin: la luz "rebota" en la
superficie Transmisin: la luz atraviesa el cuerpo. Difusin: la luz
atraviesa el cuerpo, cambia y se reparte en muchas direcciones. 2.2
Calor. Es una fuente de energa que eleva la temperatura (mide la
cantidad de calor). Cuando la energa luminosa incide sobre un
cuerpo, parte se absorbe y eleva la temperatura. El calor no se
mantiene, se propaga: Conduccin: Por contacto fsico de dos cuerpos
a distinta T. El calor pasa del cuerpo de menor T al de mayor T. Se
da en cuerpos slidos, en invernaderos se da entre la capa
superficial del suelo y las capas profundas. Tambin a travs de la
estructura del invernadero se producen prdidas trmicas. Conveccin:
Hay un movimiento del cuerpo que transporta el calor. Es
caracterstico de los fluidos que intercambian calor con otras
partes del fluido o en la superficie de material slido
Radiacin: Es la propagacin en forma de ondas electromagnticas.
No necesitan ningn medio material para propagarse. 3. Parmetros a
considerar en el control climtico. En sus diferentes fases
(temperatura, humedad relativa, luz, CO2) 3.1 Temperatura. De todos
los componentes del clima, es quizs, el calor recibido el que ms
influye sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas. Es el
primer parmetro climtico que se intenta regular en el cultivo
hortcola forzado. Sobre todo en el crecimiento y maduracin de la
planta. 0 vegetativo: lo que produce por fotosntesis se pierde en
el proceso de respiracin.
Temperaturas mnima letal: Aquella por debajo de la cual se
producen daos en la planta. Temperaturas mximas y mnimas biolgicas:
Valores por encima o por debajo respectivamente del cual, noes
posible que la planta alcance una determinada fase vegetativa.
Temperaturas nocturnas y diurnas: indican valores aconsejados para
un correcto desarrollo de la planta. La temperatura en el
invernadero est en funcin de la radiacin solar recibida, acumulando
y manteniendo la temperatura. El calentamiento del invernadero se
produce cuando el infrarrojo largo, procedente de la radiacin que
pasa a travs del material de cubierta, se transforma en calor. Esta
radiacin es absorbida por las plantas, los materiales de la
estructura y el suelo. Como consecuencia de esta absorcin, stos
emiten radiacin de ms larga que tras pasar por el obstculo que
representa la cubierta, se emite radiacin hacia el exterior y hacia
el interior, calentando el invernadero. Durante la noche, en el que
no hay aporte de radiacin solar, el suelo se comporta como un
cuerpo negro. Emite energa calorfica al exterior en forma de rayos
infrarrojos de elevada. La conduccin es producida por el movimiento
de calor a travs de los materiales de cubierta del invernadero. La
conveccin tiene lugar por el movimiento del calor por las plantas,
el suelo y la estructura del invernadero. La infiltracin se debe al
intercambio de calor del interior del invernadero y el aire fro del
exterior a travs de las juntas de la estructura. La radiacin, por
el movimiento del calor a travs del espacio transparente. 3.2
Humedad relativa. Los cambios de estados de agua implican el
transporte de gran cantidad de energa, lo que afecta a la
temperatura y su entorno. El aire nunca est seco, conteniendo ms o
menos agua en forma de vapor. 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 relacin con la
mxima que sera capaz de contener a la misma temperatura. H=masa de
agua/masa de aire (vol.) La HR del aire es un factor climtico que
puede modificar el rendimiento final de los cultivos. Cuando la HR
es excesiva las plantas reducen la transpiracin y disminuyen su
crecimiento, se producen abortos florales por apelmazamiento del
polen y un mayor desarrollo de enfermedades criptogmicas. Por el
contrario, si es muy baja, las plantas transpiran en exceso,
pudiendo deshidratarse, adems de los comunes problemas de mal
cuaje. Para que la HR se encuentre lo ms cerca posible del ptimo el
agricultor debe ayudarse del higrmetro. 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 ventilacin cenital en
invernaderos con anchura superior a 40 m es muy recomendable, tanto
para el control de la temperatura como de la HR. 3.3 Iluminacin. A
mayor luminosidad en el interior del invernadero se debe aumentar
la temperatura, la HR y el CO2, para que la fotosntesis sea mxima;
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.
Orientacin adecuada del invernadero (teniendo en cuenta el terreno
y el viento dominante). Materiales que reduzcan el mnimo las
sombras interiores. Aumento del ngulo de incidencia de las
radiaciones sobre las cubiertas.
Acolchados del suelo blanco. En verano para reducir la
luminosidad se emplean: Blanqueo de cubiertas. Mallas de sombreo.
Acolchados de plstico negro. El uso del blanqueo est en funcin 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 solucin nutritiva tiene que ir unida al efecto que produce el
blanqueo. Los plsticos sucios o envejecidos provocan el mismo
efecto que el blanqueo.
3.4 CO2El anhdrido carbnico de la atmsfera es la materia prima
imprescindible de la funcin cloroflica de las plantas. El
enriquecimiento de la atmsfera del invernadero con CO2, es muy
interesante en muchos cultivos, tanto en hortalizas como en flores.
La concentracin normal de CO2 es del 0,037%. Este ndice debe
aumentarse a lmites de 0,1%, cuando los factores de la produccin
vegetal sean ptimos. Hay excepciones como el pepino, berenjena,
gerbera, hasta el 0,07% En los invernaderos que no se aplique
anhdrido carbnico, se alcanza el mximo de la concentracin de CO2 al
final de la noche y el mnimo a las horas de mxima luz que coinciden
con el medioda, por lo que es el mejor momento para el
enriquecimiento carbnico, ya que se dan las mejores condiciones de
luminosidad. Los niveles aconsejados de CO2 dependen de la especie
o variedad cultivada, de la radiacin, la ventilacin, la humedad. El
ptimo de asimilacin est entre los 18 y 23 C de temperatura,
descendiendo por encima de los 23-24 C. Puede aumentar la
precocidad un 20%, mejorar los rendimientos en un 25-30%. Tambin
mejora la calidad del cultivo y de su cosecha. No se puede hablar
de una buena actividad fotosinttica sin una ptima luminosidad, as,
la tasa de absorcin de CO2 es proporcional a la cantidad de luz
recibida. En seguridad laboral, el mximo de CO2 permitido es de
5000ppm (0,5%) Fitoplancton: mayor acumulacin de CO2. 4. Control
ambiental. Est basado en manejar de forma adecuada los sistemas
instalados en el invernadero: sistema de calefaccin, la ventilacin
y el suministro de fertilizacin carbnica.
4.1 Instalacin de equipos de climatizacin activa y pasiva contra
las bajas temperaturas. Calefaccin.La temperatura del invierno
depende del balance de energa. Para equilibrar las bajas
temperaturas habr que reducir las prdidas de calor y favorecer los
aportes de calor. Cuando los aportes naturales son insuficientes se
recurre a los artificiales, mediante la calefaccin. Reduccin de
prdidas de calor. Este aspecto hay que considerarlo al construir el
invernadero. La reduccin de prdidas de calor se consigue
principalmente reduciendo las superficies de intercambio calrico, y
las prdidas por unidad de superficie, utilizando dispositivos de
aislamiento y empleando cortavientos. Reduccin de superficie de
intercambio. Se consigue, en primer lugar, limitando la superficie
de intercambio de calor del invernadero con el exterior. Construir
invernaderos compactos, de modo que reduzcan al mximo la proporcin
de laterales, una pendiente de cubierta elevada supone mayor
superficie desarrollada de cubierta del invernadero que una
pendiente baja, por lo que hay mayor rea de intercambio y de prdida
de calor en la cubierta. De modo similar, los materiales de
cubierta ondulados aumentan la superficie de intercambio en relacin
con los materiales de cubierta planos. Reduccin de prdidas por
unidad de superficie. Las prdidas por IR podrn limitarse empleando
en cubierta materiales idneos (poco permeables a IR infrarroja
larga, como polietileno trmico) Trasmisidad: P.E. polietileno
normal: 68%
P.E. IR: 20x30 Antitrip. El dimetro del hilo influye. =
0,23/0,29. Mesh: medidas de mallas y filtros de cabezal de riego
(se mide en 1 pulgada)
Ventilacin forzada: se produce con ventiladores extractores que
extraen el aire caliente del invernadero,ocupndolo con aire
exterior. Hoy da la colocacin de mallas antiinsectos hace que la
ventilacin natural sea insuficiente, por lo que prolifera la
ventilacin forzada. Estos ventiladores pueden ir tanto en el techo
como en el lateral del invernadero. El uso de ventiladores permite
un control ms preciso de la temperatura del invernadero que el que
puede lograrse con la ventilacin pasiva, aunque tiene coste de
equipo y de consumo de electricidad. Su instalacin requiere de una
distancia entra la ventana y el extractor de menos de 40m, con una
superficie de 1,25 veces ms pequea que la de la ventana, y una
separacin entre extractores de 8/10m. Refrigeracin por evaporacin
de agua: El agua, al pasar de estado lquido a vapor, absorbe calor.
Si disponemos en el invernadero de algn equipo capaz de vaporizar
agua, la vaporizacin absorber calor del aire del invernadero, y por
tanto, bajar la temperatura ambiental. La evaporacin del agua
contina hasta que el aire se satura, es decir, una humedad relativa
(Hr) del 100%. En estas condiciones de saturacin, la temperatura se
llama temperatura hmeda. No es posible bajar la temperatura por
debajo ya que el aire no admite ms agua en estado gaseoso.
Nebulizacin fina (Fog System). Sistema de refrigeracin mediante la
distribucin de gotas agua de pequeo tamao, que permanecen
suspendidas en el aire lo suficiente para evaporarse y no mojar los
cultivos. Las boquillas nebulizadoras estn conectadas a tuberas que
cuelgan de la techumbre, y tienen un caudal de 4l/h. Van colocadas
cada 20-25 metros cuadrados. Es un sistema controlado por una
electrovlvula accionada por un humedostato (para la regulacin del
ndice de Hr). Se consiguen descensos de 10-15 C. Nebulizadores:
boquillas de gotas de 10 m (10-6 m). Alta presin (69atm.) Ms caros.
Pulverizadores: boquillas de gotas de 20/100 m. Presin normal
(2/3atm.) Pantalla evaporadora (Hidrocooling o Cooling System).
Sistema de refrigeracin mediante el paso de aire por una pantalla
de material poroso, que se satura de agua, situado en un lateral o
frontal y en cuyo extremo opuesto se instalan ventiladores
elctricos. El aire pasa a travs de la pantalla porosa, absorbe
humedad y baja su temperatura. La pantalla puede ser de fibras
(virutas de madera) o con materiales celulsicos, que destacan por:
o Admitir agua de muy mala calidad, aunque las sales obsturan la
celulosa y no son eternas. o No suele dejar huecos al contrario que
las fibras. o Tener mayor superficie de contacto. Los paneles
porosos permiten el descenso de temperatura de 3/6C. Es eficiente
en zonas desrticas, mientras que no es recomendable si el aire
exterior es hmedo (reas costeras). Con higrometras muy bajas
(Hr>20%) pueden reducir la temperatura en torno a 10C. La
distancia entre el ventilador y la pantalla tiene que ser menor a
40m. 5. Iluminacin artificial en invernaderos. En invernaderos, la
luz regulada posibilita: alterar la duracin del da o interrumpir la
de la noche (mediante iluminacin artificial o pantallas de
oscurecimiento); aumentar la fotosntesis (complementando la luz
natural y/o prolongando la luz del da con luz artificial); y
disminuir la intensidad de luz (pantallas de sombreo). Cuando la
radiacin solar es insuficiente puede recurrirse a complementarla
con luz artificial para elevar los niveles de radiacin P.A.R. En
cultivo de hortalizas, en el rea del mediterrneo, la iluminacin
artificial no es econmicamente viable. Las hortalizas de cultivo
usual en invernaderos son insensibles al fotoperiodo en condiciones
normales.
En encalado o blanqueo de cubierta es eficaz para reducir las
temperaturas excesivas en pocas de alta radiacin, pero limita
notablemente la radiacin, lo que implica una reduccin del potencial
productivo. Es preferible mejorar el sistema de ventilacin para
limitar los excesos trmicos. Fotoperiodismo. Es la duracin del da.
Es el mecanismo de control del desarrollo de las plantas que impone
la duracin del da y de la noche en ciclos de 24h. As, existe
plantas de da corto que generalmente florecen cuando la duracin del
da es inferior a so fotoperiodo crtico, normalmente menos de 12h,
mientras que las plantas de da largo florecen cuando la duracin del
da es mayor a su fotoperiodo crtico, usualmente ms de 12h. Aquellas
plantas cuya floracin no dependa de la duracin del fotoperiodo se
llaman de da neutro. La mayor parte de las hortalizas cultivadas en
invernaderos son de da neutro (ej. tomates) Iluminacin artificial
para el aumento de luz. La iluminacin artificial supletoria es
frecuente en invernaderos sofisticados para cultivos de valor
aadido. La iluminacin supletoria tiene como finalidades
fundamentales: o El aumento de la fotosntesis (iluminacin P.A.R.) o
Prolongacin del periodo de luz (fotoperiodo) Permiten incrementar
la radiacin acumulada diaria. Su empleo ms extendido es en el
cultivo de flor cortada (rosas y crisantemos), y en la primera fase
de crecimiento de plantas jvenes. Los tipos de lmparas de
invernaderos son: o Incandescentes. o Fluorescentes. o Lmparas de
descarga de alta intensidad. Las lmparas incandescentes son poco
eficientes energticamente en convertir corriente elctrica en P.A.R.
(6%), emitiendo la mayor parte de la energa en el rango infrarrojo.
Se emplean para control fotoperidico o como complemento a otras
lmparas. Las lmparas fluorescentes son ms eficientes que las
incandescentes (en torna al 20% de eficiencia de conversin P.A.R.).
Suelen ser de luz blanca, aunque las hay de diversos colores. Las
fluorescentes son tiles en la germinacin (en superficie) y con las
fases iniciales es del crecimiento, pero son muy poco empleadas,
pues al ser compactas, sombrean bastante limitando la radiacin
solar diurna. Las lmparas de descarga de alta intensidad se usan
cuando se requieren altos niveles de intensidad de radiacin. Entre
este tipo de lmparas estn las de mercurio, algeno y sodio a baja y
alta presin. Las de mayor eficiencia energtica (en conversin
P.A.R.) son las algenas y las de sodio a alta y baja presin, que
alcanzan eficiencias del 26/27%. Un aspecto primordial a considerar
es el espectro de emisin de radiacin de la lmpara en el intervalo
P.A.R. a fin de que la radiacin emitida sea lo ms similar posible a
la radiacin P.A.R. El encendido del sistema de iluminacin suele
hacerse cuando el nivel de radiacin P.A.R. natural baja de 10w/m2,
prolongando el da hasta un total de unas 12h, sin exceder de las
16, pues sera perjudicial para la mayora de cultivos, aunque
algunas especies, como la lechuga, permitan iluminacin permanente.
La iluminacin permanente puede provocar cada de hojas en algunas
especies, y ser contraproducente en otras como en el tomate. Los
niveles de iluminacin recomendados en hortalizas oscilan entre
12/24w/m2 en pepino, pimiento y tomate; y entre 12/48w/m2 en
berenjena y lechuga. Cuando la radiacin P.A.R es muy baja, la
iluminacin artificial puede duplicar las tasas de fotosntesis. Para
alargar la vida de las lmparas, no deben encenderse y apagarse
constantemente. Se recomienda mantenerlas encendidas un mnimo de 20
minutos, en lmparas de fotosntesis, tenindolas apagadas entre 10/15
minutos antes de encenderlas de nuevo. A fin de alternar el
fotoperiodo sensible de las plantas, se puede alargar la duracin
del da o interrumpir la duracin de la noche con iluminacin
fotoperidica de baja intensidad, tpicamente de 0,4w/m2 conseguida
con lmparas incandescentes normalmente, y fluorescente a veces. La
iluminacin fotoperidica se emplea de modo cclico, por ejemplo en
crisantemos, encendiendo de 6/10 minutos cada media hora entre las
22:00/03:00h. En pocas en las que la duracin del da es larga,
desplegando unas lonas, a primeras horas de la maana o ltimas de la
tarde, que impidan el paso de la luz, aumenta la temperatura, por
lo que tiene que haber sistemas de ventilacin y/o refrigeracin.
Tipos y caractersticas de lmparas empleadas en iluminacin de
invernaderos (Serrano, 1990) Caractersticas Luz producida Potencia
Rendimiento luminoso Duracin Incandescentes Rojo e infrarrojo
(elevado poder calorfico) 3 W/m2 10 % 1000 horas Vapor de mercurio
Visible y ultravioleta 150-200 W/m2 90 % 3500 horas Incandescentes
y vapor de mercurio Mixta 30% 2000 horas Adelanto de la floracin
Fluorescentes Mixta con preponderancia de azul y rojo 90% (emana
poco calor) 3500 horas
Aplicacin
Invernadero de grandes Crecimiento de dimensiones. plantas
Adelanto o retraso de la floracin Bajo costo de Atencin al
instalacin; elevado tipo comercial uso que se elige
Crecimiento de plantas
Observaciones
Elevado costo de uso
Dbil intensidad luminosa, colocacin en batera de 3-4
