Invernadero para la producción sostenible en áreas de clima de … · 2010-11-22 · En cambio, las regiones cálidas con poco o ningún consumo de cale-facción se vieron beneficiadas,

I TECNOLOGÍA DE PRODUCCIÓN

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Hasta qué punto la tecnología requierecontar con un invernadero eficiente.A continuación se exponen estudios

presentados para aprovechar y elaborarmejores diseños de ventilación

en invernaderos de climade invierno suaves.

Invernadero para laproducción sostenibleen áreas de climade invierno suaves

JUAN I. MONTERO'CECILIA STANGHELLINI 2, N. CASTILLA3'Institut de Recerca i Tecnología Agroalimentaries de Cabrils,Wageningen UR Greenhouseture IFAPA Granada

En invernaderosde las zonascon clima deinviernos suavespredominan losque son simplescon cubiertaplástica sobre losmás complejos.

La producción en invernade-ro en las regiones con inviernossuaves es una actividad estableci-da hace años. Desde comienzos delos años sesenta, los invernaderosy otros tipos de estructuras de pro-tección vegetal se instalaron enprimer lugar alrededor de la cuen-ca del Mediterráneo, y posterior-mente en países tan distantescomo Méjico o China. Durante lacrisis energética de los setenta, elcoste de la calefacción amenazó lasupervivencia de la industria delinvernadero de zonas frías. En

cambio, las regiones cálidas conpoco o ningún consumo de cale-facción se vieron beneficiadas, ysus invernaderos, con escaso niveltecnológico pero relativamenteeconómicos, se convirtieron enuna alternativa a los invernaderosdel norte, con mejor control climá-tico pero grandes consumidores deenergía.

Los invernaderos de las re-giones con inviernos suaves hanevolucionado desde sus comien-zos, con una estructura muy sim-ple, de madera y ventilación natu-

ral generalmente insuficiente, has-ta las estructuras actuales metáli-cas de producción industrial, comoel modelo ya clásico llamado mul-titúnel con gran variedad de equi-pos de climatización. Hay muchasopiniones sobre cuál es el niveltecnológico que debe tener un in-vernadero para que sea rentable.Es frecuente encontrar a un pro-ductor que confía en la tecnologíaalta y el control exacto del clima, yal lado de él puede estar otro pro-ductor que opta por la tecnologíasimple, el control climático pasivo

HORTICULTURA INTERNACIONAL

INVERNADEROS I

En estas áreascon climafavorable, el usointeligente de losrecursos naturalesdisponibles juntocon una tecnologíabien seleccionadapara superarsituacionesatmosféricasadversas, sonfactores clave parala sustentabilidad.

(mínimo consumo de energía) y eluso eficiente de los recursos natu-rales disponibles. Ambos enfoquescoexisten, pero el hecho indiscuti-ble es que en los países con invier-nos suaves los invernaderos senci-llos con cubierta plástica predomi-nan sobre los más complejos.

Se han llevado a cabo prue-bas comparativas para encontrar lamejor combinación entre los dife-rentes tipos de invernadero y lastécnicas de climatización (Castilla,2007). La conclusión general esque si está bien diseñado, un in-vernadero sencillo puede tenercasi la misma transmisión de luz yparecida tasa de ventilación queotro de tipo industrial. Como con-secuencia, en las explotacioneshortícolas mediterráneas, los in-vernaderos construidos con técni-cas locales alcanzan un balancecosto-beneficio similar a los inver-naderos de tipo industrial dotadosde equipos de control climático.Esta conclusión es válida para losaños "normales", en los que no sepresentan temperaturas extremas,períodos intensos de alta humedado ataques severos de plagas y en-fermedades. Pero si uno de estoseventos ocurre, los invernaderosindustriales pueden hacer frente aesas condiciones externas desfavo-rables ofreciendo mayor garantíaal productor. Quizás la principalventaja de usar tecnología en zo-nas con invierno suave es la deañadir seguridad y estabilidad a laproducción bajo invernadero, ven-tajas que sin duda contribuyen aelevar la rentabilidad en las condi-ciones actuales del mercado.

La investigación sólida, yasea pública o privada, es la baseque nos permite entender mejorcómo una tecnología nueva cam-bia el clima del invernadero ycómo responden los cultivos a esatecnología. El objetivo de este ar-tículo es discutir los progresos tec-nológicos más recientes y relevan-tes que se han producido en el ám-bito de la ingeniería hortícola,centrando la discusión en los in-vernaderos situados en zonas deinviernos suaves, como es el Me-diterráneo.

Huelga decir que la conserva-ción del medio ambiente, preocu-pación que preside cualquier ac-tuación de desarrollo presente yfutura, también es importante en laindustria de los invernaderos. Exis-ten herramientas cuantitativas co-mo el Análisis de Ciclo de Vida(en adelante ACV) que sirven paraevaluar el impacto ambiental delos cultivos protegidos. El impactose calcula en referencia a una seriede categorías medioambientales,como son el calentamiento global,el riesgo de eutrofización, etc.(Anton, 2004). En este documentose presentan algunos resultadosderivados de los estudios ambien-tales aplicados a los invernaderos.

Cualquier nueva tecnologíatiene que ser al mismo tiempo eco-

nómicamente viable y respetuosadel medio ambiente. La tecnifica-ción tiene un costo ambiental in-evitable que necesita ser compen-sado por un aumento en la eficien-cia de todos los insumos. Es decir,si el impacto ambiental se refiereal kilogramo producido por unidadde superficie de invernadero, lanueva tecnología deberá producirmás kilogramos por unidad de su-perficie, con el fin de compensarel aporte extra de energía y mate-riales que el uso de la tecnologíaconlleva. En el texto que sigue sepresentan algunos resultados deestudios previos que relacionan lastecnologías y sus efectos ambien-tales asociados.

Innovacionesen tecnologíaspara invernadero

Tendencias en ventilaciónnatural

El ser capaz de producir a lolargo de prácticamente los docemeses del año es uno de las princi-pales retos del invernadero delmediterráneo. Es por eso que lastecnologías para refrigerar el aire

• El hecho es que los invernaderos simples concubierta plástica predominan sobre los máscomplejos en los países con inviernos suaves


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a) Ventilación de barlovento b) Ventilación de sotavento


I TECNOLOGÍA DE PRODUCCIÓN 7

Figura 1:Vectores de velocidad dentro y alrededor del primer arco del invernadero para la ventilaciónde barlovento y sotavento.

en días soleados y calurosos hanllegado a ser muy importantes,particularmente los sistemas deventilación natural, que consumensignificativamente menos energíaque los sistemas de ventilaciónmecánica o forzada (Sase, 2006).

Los últimos avances en el di-seño de la ventilación se basan enla aplicación de los métodosnumericos y la simulación con or-denador..Estos modelos, que inte-o ran la llamada Dinámica de Flui-dos Computacional (CFD, del in-glés Coinputational Fluid Dyna-mic), permiten obtener con muchodetalle los campos de velocidaddel aire dentro y fuera del inverna-dero, así como la distribución detemperatura, humedad o de cual-quier otra variable relevante al es-tudio del clima en invernadero.

Los estudios de CFD se desa-rrollaron a partir de los primerostrabajos de Okushima y cols.(1989). A partir de ese estudio sehan analizados invernaderos cadavez más complejos, a veces degrandes dimensiones, que incor-poran la interacción del cultivocon el clima interior (por ejemplo,Fatnassi y cols., 2006). Para el di-seño de la ventilación son extre-madamente útiles los modelos mássimples de CFD, incluso aquellosque consideran solamente el mo-

vimiento del flujo de aire de un in-vernadero vacío bajo condicionesisotérmicas.

Sase (2006) revisó las carac-terísticas primarias de la circula-ción de aire en invernaderos deuna o varias naves y el efecto de lavelocidad y dirección del aire ex-terno sobre la uniformidad del cli-ma interior. Los principales casosa considerar son la ventilación abarlovento (ventanas del techoabiertas de cara al viento) y sota-vento (ventanas de espaldas alviento). Para los invernaderos si-tuados en áreas calidas es más re-comendable la ventilación a barlo-vento puesto que así se aumenta latasa de ventilación (Pérez-Parra,2002). Sin embargo, en invernade-ros de tamaño medio o grande (an-chura superior a 50 metros) el cli-ma dentro del invernadero es ge-neralmente menos uniforme con laventilación a barlovento.

Ventilación a Barlovento(Ventanas cenitales de cara alviento) Para este tipo de ventila-ción el aire externo -es captura-do" por la ventana de la primeranave (Figura la), creando un flujointerno con la misma dirección delaire externo. La primera ventanadel techo es la que más influye enel intercambio de aire y en el mo-vimiento de aire interno. La venti-lación a barlovento tiene algunasdesventajas. Según lo expuesto porSase, el aire entrante sigue la su-perficie interna del techo y crea unflujo sobre el cultivo. Existe elriesgo que el aire que entra por laprimera nave salga del invernade-ro a través de la segunda o terceraventana, pasando por encima delcultivo sin mezclarse con el airede la zona cultivada. Para evitaresto se está recomendando muyrecientemente el uso de pantallaso deflectores con el fin de cambiarla dirección de la corriente de aire.Nielsen (2002) propuso un métodopara dirigir la circulación de aireen las ventanas de mariposa haciael área cultivada (Figura 2). Utili-zando una pantalla vertical de Im., montada sobre la ventana demariposa, logró mejorar el inter-cambio de aire en el cultivo en un50%. Montero y cols. (2001) tam-bién demostraron la eficacia de

• La nueva tecnología deberá producirmás kilogramos por unidad de superficie,con el fin de compensar el aporte extrade energía y materiales que requiere

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formulación.

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Figura 2:Efecto de un deflector en el ventilador de techo del interiorde la circulación del aire. Nielsen, 2002.

TECNOLOGÍA DE PRODUCCIÓN

desviar el aire usando un deflectoren las ventanas de caballete.

El aumento de la pendientedel techo también ayuda a dirigirel aire entrante hacia la superficiecultivada. Baeza (2007) comparóel intercambio de aire y el flujo deaire interno de invernaderos conpendientes entre 12 y 32 grados.Concluyó que la ventilación au-menta conforme crece la pendien-te del techo hasta alcanzar 25 gra-dos; para pendientes mayores, elaumento en la ventilación fue mí-nimo. Baeza (2007) analizó elefecto del tamaño de las ventanasen el clima del invernadero. Conese fin aumentó el tamaño de laventana de 0.8 a 1.6 m en las dosprimeras y dos últimas naves ymantuvo el tamaño normal de 0.8m en los arcos centrales. Para in-vernaderos de 10 arcos el aumentode tamaño de la ventana tuvo ungran efecto sobre la tasa de venti-lación. Además, se mejoró el mo-vimiento de aire en la superficiecultivada. Como consecuencia, latemperatura fue más uniforme, elgradiente de temperatura en rela-ción al exterior se redujo y el nú-mero y el tamaño de las áreas es-tancadas de aire (puntos calientes)fue significativamente menor. Elestudio sugiere que el clima del

invernadero puede mejorarse alhacer una pequeña inversión enlos ventiladores de las primeras yúltimas naves, que son los que tie-nen mayor importancia en el in-tercambio de aire.

La ventilación a través de lapared lateral es similar a la venti-lación de barlovento del techo,puesto que el aire externo tambiénentra al invernadero por el lado debarlovento y pasa a todo lo largodel invernadero. Kacira y cols.(2004) hicieron simulaciones deCFD para investigar el efecto delas ventanas laterales en relaciónal número de naves adosadas eninvernadero gótico con ventanascenitales. Respecto a la ventilaciónsólo cenital, la ventilación lateralaumentó notablemente la tasa deventilación. Como es lógico, laimportancia relativa de la ventila-ción lateral frente a la cenital de-crece conforme aumenta el núme-ro de naves del invernadero, peroel estudio de Kacira demostró quelas ventanas laterales fomentan laventilación también en invernade-ros de gran anchura con hasta 24naves adosadas. La ventilación la-teral es por tanto muy importante.Aún así muchos agricultores sonrenuentes a abrir los laterales para

proteger los cultivos de la posiblemayor incidencia del ataque deplagas. En cada caso deben ponde-rarse las ventajas e inconvenientesde abrir los laterales. Tambiendebe recordarse la necesidad im-periosa de contar con un equipo decontrol que cierre las ventanasabiertas al viento cuando la velo-cidad exterior supere el umbral deseguridad.

Todo este conocimiento cien-tífico recientemente adquiridopuede aprovecharse para mejorarlos diseños de ventilación. Resu-miendo lo dicho, los próximosmodelos de invernaderos, si venti-lan a barlovento, deberán ser rela-tivamente estrechos (no más de 50m de ancho) para evitar excesivosgradientes de temperatura. Ade-más, es de esperar que tengan ven-tanas de gran tamaño, especial-mente en el primer y último arco.Estos invernaderos incorporaránpantallas o deflectores para rediri-gir el flujo de aire hacia la superfi-cie cultivada, produciendo así unamezcla homogénea del aire entran-te e interno que proporcione con-diciones uniformes de crecimien-to. Una ventilación de barloventoeficaz requerirá mantener un árealibre de obstáculos entre los inver-naderos. Para ventilar con eficacia,los diseños futuros de invernade-ros se pensarán para optimizar ungrupo de invernaderos y no unosolo de ellos aislado, puesto que lacirculación de aire en un inverna-dero afecta a las otras estructurasque están en su entorno.

Ventilación a sotavento(Ventanas cenitales de espalda alviento) En la ventilación a sota-vento, el viento externo sigue elperfil del techo de barlovento dela primera nave y se acelera a lolargo del techo. El flujo externo sesepara de la estructura del inverna-dero más o menos cerca de lacumbrera de la primera nave ycrea una zona de poca velocidadsobre las naves siguientes. El airedel invernadero sale a través de laprimera ventana del techo creandoun flujo interno opuesto al flujoexterno (Figura lb). Del mismomodo que en el caso de la ventila-ción a barlovento, también para la

• Para una apropiada ventilación, los diseñosfuturos de invernaderos consideraránun grupo de invernaderos y no a uno solode ellos, puesto que la circulación deaire en un invernadero es afectadapor sus alrededores


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• INVERNADEROS I

ventilación a sotavento el primerventilador desempeña un papel de-terminante en el proceso del i fuer-cambio de aire.

Lo dicho hasta aquí es Lin es-quema general del movimiento delaire a sotavento, pero en inverna-deros de grandes dimensiones elflujo interno puede ser diferente.Mistriotis y cols. (1997) utilizaronuna simulación de CFD para el es-tudio del efecto de la longitud delinvernadero (32 m, 64 m, 96 in delargo) en el movimiento interiorde aire. El comportamiento del in-vernadero de 96 m fue diferente alde los demás, porque aproximada-mente a partir del 60% de la an-chura del invernadero se observóuna zona de muy baja circulaciónde aire con una celda de circula-ción diferente a la observada eninvernaderos más estrechos. Rei-chrath y Davies (2001) confirma-ron la presencia de esta zona debaja velocidad y alta temperatura

en un invernadero de vidrio tipoVenlo de 60 naves. Actualmente seestán llevando a acbo estudios paraa mejorar el clima de los inverna-deros de naves múltiples ventila-dos a sotavento (Montero y cols,2007). Basados en el estudio de lapresión estática sobre una estruc-tura de 15 arcos, las simulacionesdemostraron que podrían alcanzar-se mejoras significativas en tempe-

ratura y uniformidad. Por ejemplo,las simulaciones mostraron unárea de presión negativa en el te-cho cerca del canal de la primeranave que encara al viento (Figura3). Si se construye una ventana enesa zona de succión la salida delaire del invernadero aumenta nota-blemente. Otra mejora posibleconsiste en mantener cerrado el la-teral de barlovento y abierto el desotavento. Así se evita el impactode aire sobre el cultivo y se mejorala ventilación. En invernaderos re-lativamente ancho se detectan zo-nas calientes con escaso movi-miento de aire. Este problema essolucionable aumentando el áreade la ventilación cenital cada cin-co naves (Figura 4). El estudio de-mostró que es posible diseñar sis-temas eficientes de ventilación desotavento con sólo hacer modifica-ciones de poca inversión en lossistemas de ventilación existentes.

• La ventilación de la pared lateral puedeayudar con temperaturas altas a reducir estazona muerta, pero no es la mejor soluciónpara muchos productores que son renuentesa abrir los ventiladores de la pared lateraly del techo y así proteger de dañosque pueda ocasionar el viento

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Figura 3:Presión sobre el terreno de uninvernadero con ventilación de sotavento.Las zonas rojas son presión positiva.Las verdes y azules son zonas de presiónnegativa.

b) Pared lateral abierta y aumento de ventilación en la zona de cincoarcos intermedios.

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Figura 4:Temperatura del terreno en un invernadero con ventilaciónde sotavento.

I TECNOLOGÍA DE PRODUCCIÓN 7

Invernaderos cubiertos conmallas para produccióna ciclo parcial o total

Cubrir los cultivos con ma-llas porosas se está convirtiendoen una práctica común. Los llama-dos "invernaderos de malla" oscreenhouses en inglés son estruc-turas eficaces y económicas paradarle sombra a los cultivos, prote-gerlos del viento y granizo, mejo-rar los regímenes de temperatura yhumedad, ahorrar agua de riego yrechazar insectos y pájaros (Tannyy cols, 2006).

• Los invernaderosde pantalla puedenahorrar alrededordel 30% del aguade irrigación anualrequerida para lascondiciones exteriores,sin ninguna pérdidade producción e inclusomejorándola

El suministro de productoshortícolas de calidad durante todoel año puede lograrse o bien coninvernaderos de alta tecnología ocultivando en dos sitios cuyos pe-ríodos de cosecha sean comple-mentarios. (Castilla y Hernández,2007). La ausencia de producciónde los invernaderos de las zonascosteras del sur de España, duran-te el verano, viene siendo substi-tuida por la producción en inver-naderos de malla localizados enzonas de montaña, permitiendo asíun abastecimiento de productosdurante todo el año. Son zonaseconómicamente deprimidas conproblemas importantes de desem-pleo agrícola (Romacho y cols.,2006).

Hay una relación entre la po-rosidad de una malla y la transmi-sión de rayos solares; sin embargo,existen otros parámetros que tam-bién influyen en la difusión de laradiación y por lo tanto en los por-centajes de sombreo y transmisiónde luz (Sica y Picudo, 2008). Ro-macho y cols., 2006, reportan va-lores de transmisión del 62% y58% para una malla blanca y decolor verde respectivamente depantalla verde (Calibre 15 mesh).La deposición de polvo en las pan-tallas puede alterar ampliamentesu transmisión, en porcentajes quevan desde un 73% hasta un 56%en mallas de 32 mesh (Santos etal., 2006). La reducción de la ra-diación solar entrante se puedeconsiderar un efecto positivo parasombrear instalaciones, mientrasque en otros usos agrícolas, comola protección anti-insectos o antigranizo es un factor negativo (Can-dura y cols., 2008).

Las pantallas son una protec-ción eficaz contra el daño mecáni-co causado por el viento. Moller ycols. (2003) midieron una reduc-ción de 75% al 95% en la veloci-dad del aire respecto al viento. Eninvernaderos de malla de gran ta-maño las variaciones de la veloci-dad del viento exterior afectaronmás a los bordes que al centro delinvernadero (Tanny y cols., 2003,2006).

Hay modelos matemáticospara predecir la temperatura inte-rior de los invernaderos de malla(e.g. Desmarais y cols, 1999).Como en los invernaderos de cu-bierta plástica, la ventilación juegaun papel relevante en el clima delinvernadero de malla, y la porosi-dad de la malla condiciona en granmanera la tasa de ventilación.. Eninvernaderos de malla de 15 meshse han registrado temperaturasmás bajas que el aire exterior (has-ta 1°C) (Raya y cols., 2006; Ro-macho y cols., 2006), mientras queotras mallas más densas (35 mesh)

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De acuerdo con sunivel tecnológico,estructura ytamaño se puedenidentificar dostipos principalesde invernaderos:de baja tecnología,con una estructuramuy simple,con cubierta deplástico, controlclimático pobre,e invernaderosde alta tecnología,donde los costosde inversión sonmuy altos.

inducen 1°C más alto que la tem-peratura del aire externo (Santos ycols., 2006). La altura del inverna-dero de malla también afecta alclima interno; la oscilación térmi-ca es mayor en los invernaderosbajos (3.5 m de altura) que en al-tos (5.0 m de altura) (Raya y cols.,2006). Es relativamente frecuenteobservar casos de inversión térmi-ca durante las noches claras (Rayay cols., 2006). Por otra parte,cuando la tasa de ventilación esbaja la temperatura máxima delaire sube significativamente. (San-tos et y cols, 2006; Tanny y cols,2006).

Durante las horas de luz deldía se han reportado únicamentereducciones de menor importanciadel Déficit de la Presión de Vaporen invernaderos de malla con unacobertura de cultivo completamen-te desarrollada (Romacho y cols,2006). Un dato muy interesante esque los invernaderos de malla pue-den ahorrar alrededor del 30% delagua de irrigación anual requeridapara las condiciones exteriores,sin ninguna pérdida de produccióne incluso mejorándola (Tanny ycols, 2006).

Algunos autores recomiendanel uso de mallas coloreadas en vezde las del blanco o negro conven-cionales para manipular el creci-miento vegetativo de la cosecha ymejorar la producción y la calidad(Oren-Shamir y cols, 2001). Laelección del color de la malla sedirige específicamente a provocarlas respuestas fotomorfogénicas/fi-siológicas deseadas a base de ma-nipular el espectro lumínico. Porotra parte es mejor usar mallascon poder de dispersión luminosapara mejorar la penetración de luzen el dosel vegetal (Shahak, 2008).Con el fin de limitar el impacto vi-sual de los invernaderos de malla,algunos autores sugieren tener encuenta el color del entorno al ele-gir el color de la malla (Castellanoy cols., 2008; Romacho y cols,2006).

Invernaderos cerradoso semi-cerrados

El almacenaje térmico activoen acuíferos naturales o artificialeses cada vez más aplicado en inver-naderos holandeses cerrados o se-mi-cerrados. Dicho almacenajepodría atenuar la oscilación térmi-ca del día y la noche en invernade-ros sin calefacción y prolongar laestación de crecimiento, así comoreducir el uso del agua y la entra-da de parásitos. Con el uso de unmodelo general. Vanthoor y cols(2008, este simposio) demostraronque al aumentar el almacenaje tér-mico natural del suelo también au-menta la productividad cuando laventilación es insuficiente (climamediterráneo en verano). Sin em-bargo, también demostraron que elefecto puede ser opuesto duranteel invierno en que el almacenajepuede reducir la temperatura diurna.

El uso del invernadero comocolector solar fue una de las solu-ciones utilizadas en los añosochenta para reducir la dependen-cia de los combustibles fósiles(por ejemplo, Baille, y cols, 1985,Levav, N., 1985). El rendimientotérmico y el consumo de energíafue muy positivo pero el costo delas instalaciones evitó la difusiónde esta tecnología.

Recientemente se han reali-zado algunos proyectos de desa-rrollo de invernaderos cerrados enregiones mediterráneas, tales comoel proyecto de Watergy (Buchholzy cols, 2006). Estos invernaderosno sólo son útiles para conservarel combustible fósil sino tambiénpara ahorrar agua, aspecto quehace ver a los invernaderos cerra-dos como un concepto nuevamenteatractivo. El principal elemento in-novador del invernadero Watergyes una torre de enfriamiento en elcentro de la estructura, donde elaire caliente, a lo largo del día, seeleva desde la zona del cultivohasta la torre de enfriamiento don-de es humedecido y refrigeradopor unos rociadores de agua. Du-rante las evaluaciones de primave-ra, las temperaturas diurnas varia-ron 20°C y 35°C, mientras que lahumedad relativa osciló entre 80%

• La tendencia a ventilar menos (invernaderossemi-cerrados) podría reducir aún másla cantidad de agua requerida


—GlassPE film

— PE film PH2PE film SF2PET film M 601.tm

Transmisión espectral de invernaderos con diferentesmateriales de revestimiento.

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INVERNADEROS I

Figura 5:y 90%. Se logró una reducción del75% en el consumo de agua, y nofue necesario usar energías adicio-nales ni pesticidas. Tampoco seobservó ningún problema por en-fermedades fúngicas.

Sin embargo, el control de lahumedad en invernaderos cerradoso semi-cerrados tiene que ser me-jorado puesto que no todos loscultivos pueden crecer bajo regí-menes de humedad alta. Sería de-seable que el agua condensada enel techo interno pudiera ser reco-gida y reutilizada. pero este objeti-vo no se puede alcanzar en los in-vernaderos con cobertura plásticadisponibles actualmente. Hacenfalta estructuras que eviten el go-teo de la condensación. Los inver-naderos innovadores deben pro-porcionar un mejor control de hu-medad, toda vez que las enferme-dades producidas por hongos sue-len producir pérdidas severas en laproducción y la calidad de los culti-vos hortofrtitícolas. (Baptista, 2007).

Progresosen los materialesde revestimientodel invernadero

Las características térmicas yópticas de los materiales de cu-bierta, plástico y vidrio están ex-perimentando cambios importan-tes, aunque todavía la mayoría deinnovaciones no penetran en elmercado. Waaijenberg (2006) re-visó las posibilidades de mejorade las cubiertas plásticas de los in-vernaderos. A continuación seenumeran las principales:

- Bloqueo de la radiación in-frarroja cercana (NIR, del inglésNear-infrared ) para reducir elefecto natural del calentamiento.

- Bloqueo de la radiación ul-travioleta (UV, del ingles Ultravio-let) para limitar la actividad de in-sectos dañinos.

- Mejora del efecto inverna-dero (mejor bloqueo de la transmi-sión la radiación térmica de ondalarga).

- Mejora de las característi-cas antiniebla y antipolvo.

Las cubiertas de plástico másprometedoras son aquellas que in-corporan aditivos para bloquear la

radiación NIR. Aproximadamentela mitad de la energía que entra enun invernadero como radiación delsol está en el rango de longitud deonda útil para la fotosíntesis, esdecir la Radiación Fotosintética-mente Activa (PAR, del inglésPhotosynthetically Active Radia-tion). Casi toda la fracción restantese encuentra en la gama NIR (Nearlnfrared Radiation), que calienta elinvernadero y el cultivo y contri-buye a la transpiración, aspectosque no siempre son deseables.

Hemming y cols (2006) in-vestigaron prototipos de cubiertasplásticas con pigmentos reflectoresde radiación NIR en varias con-centraciones, Figura 5. La figuramuestra que es posible lograr una

reducción significativa en el con-tenido de energía de la radiacióndel sol en la gama NIR, sin reduc-ción importante de la radiaciónPAR. La efectividad de estas cu-biertas en la reducción de la tem-peratura del aire y del cultivo eninvernaderos y su efecto sobre laproducción y calidad depende devarios factores, tales como la can-tidad de radiación NIR filtrada porla cubierta, la capacidad de la ven-tilación del invernadero, la densi-dad y transpiración del cultivo,etc. El estudio de Hemming y cols(2006) demostró que, bajo las con-diciones existentes en Holanda, latemperatura del aire en un inver-nadero tipo Venlo se puede reduciren aproximadamente 1°C durantelos meses del verano, pero a cam-bio hace aumentar el consumo deenergía para calefacción en losmeses de invierno. Las pruebasrealizadas en el sur de España pro-dujeron resultados más optimistas.Se han documentado reduccionesde temperatura de hasta 4°C du-rante los meses de verano. La cu-bierta que filtra el NIR favorecióel aumento del rendimiento y cali-dad en un cultivo de pimiento

• Se recomienda el uso de pantallascoloreadas en vez de las del blanco o negroconvencionales, para manipularel crecimiento vegetativo de la cosechay mejorar la producción y la calidad


I TECNOLOGÍA DE PRODUCCIÓN --7

Turquía poseealgunas ventajasen términosde condicionesclimáticas, fuentesgeotérmicasy mano de obrabarata, todo loque incrementalas posibilidadesde la exportación.

(García-Alonso y cols 2006). Elestudio en campo se llevó a caboprobablemente en un invernaderocon baja tasa de ventilación, don-de cualquier tipo de reducción deradiación tiene un efecto más fuer-te que en invernaderos bienl ven-tilados como el del estudio holan-dés (Hemming y cols 2006).

• El estudio de Hemmingdemostró que, bajolas condicionesexistentes en Holanda,la temperatura delaire en un invernaderotipo Venlo se puedereducir en 1"C duranteel verano e incrementarel consumo de energíapara calefacciónen invierno

Además de disminuir la tem-peratura del invernadero (principalobjetivo), las cubiertas plásticasreflectoras de radiación NIR tie-nen algunos efectos secundariosque pueden ser relevantes en losinvernaderos pasivos o semi-pasi-vos, típicos de clima suave. Porejemplo, como reducen las necesi-dades de ventilación, esas cubier-tas pueden obstaculizar la afluen-cia del dióxido de carbono (CO,)del aire exterior, de tal modo quepueden limitar el proceso de la fo-tosíntesis. Por otro lado y particu-larmente en invernaderos pasivos,el corte de una fracción significa-tiva de energía solar es perjudicialen determinadas condiciones, so-bre todo en invierno.

Los filtros NIR-selectivosdisponibles en el mercado se pue-den aplicar de tres formas: comoaditivo permanente añadido a lacubierta; como "lechada de cal" oblanqueo estacional o como panta-

Ila móvil con el aditivo incorpora-do. Respecto a la primera forma deaplicación (aditivo añadido al plás-tico de la cubierta) Kempkes ycols (2008, este simposio) realiza-ron simulaciones para estudiar elefecto de los filtros NIR a lo largode todo el año, llegando a la con-clusión de que es muy improbableque el filtro NIR aumente la pro-ductividad en zonas climáticas deinviernos suaves, a menos que laenergía reflejada por la cubierta sepueda utilizar de otra manera. Son-neveld y cols (2008, este simpo-sio) describen una aplicaciónavanzada encaminada a transfor-mar la energía solar reflejada enenergía eléctrica. En conclusión,los filtros NIR permanentes pue-den ser muy útiles en climas tropi-cales, pero en climas mediterrá-neos pueen ser perjudiciales en lasépocas frías. Los blanqueos o pin-turas con filtro NIR tienen el pro-blema de que no reflejan la radia-

ción NIR filtrada sino que la ab-sorben y también cortan en excesola radiación PAR. Los filtros esta-cionales son técnicamente los me-jores para climas mediterráneos,ya sean en forma de pantallas pan-tallas móviles, filtros de tempora-da estival o filtros cuyas propieda-des ópticas varíen con la tempera-tura, alternativa actualmente en in-vestigación. Como siempre, laidoneidad técnica debe coincidircon la rentabilidad de la innova-ción para no quedar relegada.

Control del clima:uso inteligente del CO2

Todas las mejoras técnicasque reduzcan la necesidad de ven-tilación en el invernadero tienen laconsecuencia involuntaria de limi-tar la afluencia natural del CO2contenido en el aire exterior, res-tringiendo la fotosíntesis y redu-ciendo la producción. Stanghelliniy cols (2007) demostraron que enlas regiones con inviernos suaves,una ventilación pobre puede ser elfactor limitante máximo para laproducción, debido a la reducciónde la concentración interna delCO,. De hecho, la ventilación enperiodos fríos debe compensar losbeneficios de reducir la humedady controlar la temperatura con elperjuicio de reducir el CO,. Hoyen día el CO, se encuentra -dispo-nible en muchas regiones de inver-naderos, gracias a que viene co-


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INVERNADEROS I

El simposiofue una excelenteoportunidadpara todos losparticipantesde intercambiarinformación eideas que permitanreunir y diseminarlos conocimientosy experienciastécnicasen esta área.

mercializándose embotellado ocomprimido, y su precio tiende abajar debido al impuesto europeosobre la emisión de gas carbónico.Stanghellini y cols. (2008, estesimposio) compararon distintasestrategias de ventilación y enri-quecimiento carbónico y conclu-yeron que la inyección de CO,hasta llegar al menos a la concen-tración exterior, es una prácticacon probabilidades de ser rentabletambién en invernaderos simples,siempre y cuando la velocidad deinyección se controle en función delgrado de apertura de las ventanas.

Aspectos medioambientalesen cultivos protegidos

Muchas personas dan opinio-nes a la ligera sobre los problemasmedioambientales. La mayoría delas veces dichas opiniones no sebasan en datos sólidos, y por estemotivo los sistemas de producciónintensivos, como la horticultura de

invernadero, son percibidos por al-gunos como procesos artificiales yaltamente contaminantes. Sin em-bargo, las evaluaciones ambienta-les cuantitativas no suelen estar deacuerdo con este punto de vista,entre otras cosas porque dentro dela horticultura intensiva hay mode-los productivos muy tecnificados omuy sencillos. Por ejemplo. Mu-ñoz y cols, (2007) hicieron unAnálisis del Ciclo de Vida (ACV)para comparar el impacto medio-ambiental de los invernaderos ver-

sus la producción de tomate al airelibre en regiones mediterráneas.Los resultados demuestran que laproducción en invernadero, si esmanejada correctamente, tiene unmenor impacto ambiental que loscultivos de tomate al aire libre enla mayoría de las categorías de im-pacto consideradas en la evalua-ción. Como los impactos ambien-tales se calcularon en función delos kilos de tomate producidos porcada metro cuadrado de suelo, alser la producción en invernaderoclaramente mayor, los impactospor Kg de tomate fueron menoresque en la producción al aire libre,.Es especialmente significativo se-ñalar la gran ventaja que consiguenlos invernaderos situados en regio-nes semiáridas frente a la produc-ción al aire libre En el estudiocomparativo de Muñoz, el con-sumo de agua para producir un ki-logramo de tomate fue de 24.2 li-tros para la producción de inverna-


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dero y 42.8 litros para la produc-ción al aire libre (Cuadro 1). Latendencia a ventilar menos (usan-do invernaderos semi-cerrados) po-dría reducir aún más la cantidad deagua aplicada en el invernadero.

Esto no significa que los in-vernaderos no tengan una carganegativa sobre el medioambiente.Por ejemplo, las áreas extensascubiertas con invernaderos creanun gran impacto visual, aspectoespecialmente importante en la tu-rística costa mediterránea. Nuestraintención es identificar los facto-res asociados a la producción deinvernaderos que afectan el medioambiente y sugerir soluciones paraatenuar los problemas derivados.Citando nuevamente el trabajo deMuñoz et al. (2007), se observóque la estructura del invernaderotenía la mayor influencia en la ca-tegoría de impacto de Cambio Cli-mático, debiéndose las mayoresemisiones de CO, a la construc-

ción de la propia estructura (usoacero y hormigón). Es posible re-ducir este impacto al utilizar mate-riales reciclados o prolongando lavida útil de los materiales emplea-dos. Adicionalmente, el análisisestructural puede ayudar a dismi-nuir la cantidad de materiales de laestructura del invernadero, puestoque, por ejemplo, las estructuras ycimentaciones de los invernaderoslocales o artesanales se diseñanmás por la experiencia que en baseal análisis estructural.

Otros estudios de ACV (An-tón, 2004) demuestran que la pro-

ducción y uso de fertilizantes sonlos principales factores que in-fluencian la carga ambiental aso-ciada a la acidificación y eutrofi-zación. El riesgo de acidificaciónse debe a las emisiones de dióxidode azufre (SO,) y de amoníaco(NH 3 ) durante el proceso de pro-ducción de los fertilizantes, y laeutofización se debe a la lixivia-ción de nitratos (NO,) en el agua.Un estudio realizado sobre pro-ducción de flor de corte concluyóque los cultivos sin suelo reduje-ron la carga del agente contami-nante en el ambiente en más deldoble con respecto a la producciónde suelo (Scarascia Mugnozza ycols, 2007).

Algunos productores han tec-nificado el invernadero mejorandola estructura tradicional e introdu-ciendo nuevos equipos como ven-tilación forzada y/o calefacción.Estas modificaciones, como se hacomentado, aseguran la calidad de

• Algunos productores han tecnificado elinvernadero mejorando la estructuratradicional e introduciendo nuevos equiposcomo ventilación forzada y/o calefacción


Resultados generales del impacto ambiental del invernadero (I) ycampo abierto (C) para producir 1 kg de tomates (Muñoz y otros, 2007).

Categorías de Impacto Unidades Invernadero Campo abierto CAAgotamiento de recursosno renovables Kg Sb eq. 3,65E-04 4,79E-04 1,31Calentamiento global Kg CO,eq. 7,44E-02 5,01E-02 0,67Agotamiento de ozono Kg CFC-11 eq. 8,97E-09 8,95E-09 1,00Acidificación Kg SO,eq. 4,84E-04 6,38E-04 1,32Eutrofización Kg PO4-2eq. 1,23E-04 1,52E-04 1,24Consumo de agua MJ eq. 0,94 1,19 1,27water consumption L 24,24 42,84 1,77

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• INVERNADEROS I

la producción, pero aumentan elconsumo de energía y de otros re-cursos, con implicaciones directasen el medio ambiente. Se estánrealizando estudios de ACV paraevaluar el impacto medioambien-tal de las mejoras tecnológicas ensistemas mediterráneos de inver-nadero (Antón, resultados sin pu-blicar). Los resultados demuestranque los mayores impactos medio-ambientales se deben al manejo delos diversos sistemas climáticos,como la ventilación forzada y lacalefacción. Para tener el mismoimpacto por Kg de tomate produ-cido, el invernadero tecnificadotiene que producir más que el in-vernadero pasivo. De acuerdo conel indicador de impacto ambiental"Riesgo de eutrotización" el in-vernadero tecnificado tendría queproducir un 10% más que el inver-nadero pasivo para tener el mismoimpacto por Kg de tomate. Encambio, para el indicador "Agota

Cuadro 1:

• Los invernaderos individuales puedenno alcanzar la meta de cero impactoambiental, pero agrupándolos en "clusters"van a proporcionar ventajas ambientalesadicionales

miento de recursos no renovables"sería necesario que la productivi-dad del invernadero tecniticadofuese 3,5 veces mayor que la delpasivo, aumento difícilmente al-canzable. En general. la alta tecni-ficación aumenta el impacto am-biental.

El invernadero del futuro ten-drá el objetivo de minimizar lasimpactos en el medio ambiente


I TECNOLOGIA DE PRODUCCIÓN

El incrementode la competenciainternacional.los costos deproducción y lacreciente atenciónprestada por losconsumidoresa la calidad delproducto y a lasostenibilidad delproceso productivoson los problemasprincipalesque afectaránel desarrollofuturo del cultivoprotegido.

(Proyecto Euphoros de la UE). Lascondiciones climáticas favorablesen climas de invierno suave son elfactor más importante en el que sabasa la sustentabilidad de los in-vernaderos pasivos. En estas áreas,el uso inteligente de los recursosnaturales disponibles junto conuna tecnología bien seleccionadapara superar situaciones atmosfé-ricas adversas son factores clavepara lograr la sustentabilidad. Pararegiones con inviernos suaves, elinvernadero del futuro tendrá unabuena transmisión de luz, materia-les de cubierta específicamenteelegidos para cada necesidad delcultivo y una ventilación naturalmás eficaz y mejor controlada.combinada con una proteccióncontra la entrada de insectos. Lasbuenas prácticas agrícolas, espe-cialmente las relacionadas con elriego y la fertilización, son im-prescindibles para reducir emisio-nes. El manejo de residuos me-diante el compostado de la bioma-sa y el reciclado de los materialesserá obligatorio en los futuros in-vernaderos sostenibles.

Finalmente vale la pena men-cionar que los invernaderos indivi-duales puede que no alcancen lameta de cero impacto ambiental,pero agrupándolos en polígonos o"clusters" pueden proporcionarventajas ambientales adicionales.Posiblemente el invernadero delfuturo sea parte de un complejocon una planta central para trata-miento de agua de irrigación yreutilización de lixiviados, un su-ministro de energía centralizado,quizás basado en energías renova-bles, una planta común de trata-miento de desechos para compos-taje de biomasa y materiales reci-clados y, entre otras características,disponga de unas áreas comunesabiertas y sin cultivo donde se fo-mente la biodiversidad para com-pensar la pérdida debido a la ocu-pación de la tierra por el inverna-dero.

Hay que ser optimista puestoque hay suficientes conocimientospara diseñar sistemas de produc-ción provechosos y sostenibles. Eshora de continuar desarrollandosoluciones tecnológicas y ambien-tales, de diseminar la experienciay conocimientos disponibles y detomar medidas para eliminar losobstáculos que dificultan la aplica-ción de las soluciones medioam-bientales existentes.

- Encontrará más informacióny otros artículos relacionados conel tema en la Plataforma Horticom,www.horticom.com

- La información de este artículoextá extraída del SimposioInternacional sobre estrategias desostenibilidad en cultivo protegidoen climas de invierno suave de laSociedad Internacional de CienciasHortícolas (ISHS)

- Traducción Jorge Luis Alonso

ResumenLa producción en invernadero del futuro deberá reducir significativamente su impacto

ambiental. Para tal efecto, elementos como estructura, materiales de cristal, equipos y con-troladores del clima, tienen que ser desarrollados y administrados inteligentemente con el finde mermar la dependencia de los combustibles fósiles, lograr el máximo aprovechamiento delos recursos naturales (radiación solar y agua) y reducir al mínimo la entrada de productosquímicos y fertilizantes. Este documento analiza los más recientes cambios en las tecnologíasde invernadero para climas de inviernos suaves. En cuanto a las estructuras, se han realizadoestudios basados en dinámica de fluidos computacional para investigar el efecto de paráme-tros tales como el tamaño y disposición de las ventanas, pendiente del techo y anchura yaltura del invernadero sobre el intercambio de aire. En la próxima generación de invernaderosse espera incorporar algunas de las innovaciones derivadas de los últimos estudios de ven-tilación. El cubrimiento de cultivos con mallas porosas se está convirtiendo en una prácticacomún. Las principales ventajas y limitaciones de los invernaderos de malla se discuten eneste documento. El almacenamiento térmico es aplicado cada vez más en invernaderos cerra-dos o semicerrados. Bajo algunas condiciones los invernaderos semicerrados podrían atenuarla oscilación térmica del día y la noche reduciendo el uso de agua y la entrada de plagas. Lascubiertas foto-selectivas que reflejan una fracción de la radiación NIR son eficaces en la re-ducción de la temperatura del invernadero y, en algunos casos, pueden ser rentables. La estra-tegia de enriquecimiento de CO, en invernaderos controlados por ordenador esta determinadapor el análisis de las ventajas de aumentar la concentración del CO 2 versus el costo requerido.No hay estrategias claras para la aplicación de CO, en invernaderos sin calefacción, donde lamayor parte del tiempo la fuente de CO, es el aire exterior. Algunos autores sugieren ventilarlo menos posible y fertilizar con dióxido de carbono embotellado hasta alcanzar al menos laconcentración exterior. La introducción de nuevas tecnologías puede tener un impacto adicio-nal sobre el medio ambiente. Desde un punto de vista medioambiental, la incorporación de latecnología necesita incrementar el rendimiento para compensar la carga ambiental asociada.Resultados previos demostraron que la instalación de ventiladores mecánicos y calefactoresson los principalescausantes del aumento de impacto ambiental en invernaderos de clima con-trolado. En este documento se discuten también otros estudios en el ámbito de la tecnologíahortícola y sus efectos en el medio ambiente.

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Invernadero para la producción sostenible en áreas de clima de … · 2010-11-22 · En cambio, las regiones cálidas con poco o ningún consumo de cale-facción se vieron beneficiadas,