CONTROL CLIMÁTICO EN INVERNADEROS Y LAS NUEVAS APLICACIONES

Revista Agricolae nº7

Francisco Jesús García García. Ingeniero Industrial.

José Fco. Martínez Tornero. Ingeniero Agrónomo.

Antecedentes

Las instalaciones agrícolas, principalmente del arco Mediterráneo español, Europa y Países Sudamericanos, han sufrido en los últimos tiempos una expansión y modernización considerables. Esta modernización ha venido fundamentalmente de la mano de la automatización agrícola.
El control climático es posible realizar una gestión integral del cultivo, proporcionando las condiciones nutricionales y ambientales necesarias para obtener el máximo rendimiento a la explotación.
Sin embargo, aun siendo el control clima un aspecto fundamental para el desarrollo de los cultivos, no ha sido posible su introducción hasta que los invernaderos han sufrido una adecuada evolución hacia estructuras de mayor rendimiento y adaptadas a las nuevas necesidades. Ha sido en los últimos años cuando ha comenzado a tener lugar ésta transformación en los invernaderos, evolucionando hacia estructuras de mayor volumen, calidad y estanqueidad. Disponer de invernaderos adecuados, ha supuesto la puerta de entrada para la introducción de las nuevas técnicas de control ambiental, junto con el abaratamiento de costes de las nuevas tecnologías y el aumento del rendimiento del cultivo controlando las condiciones ambientales pudiendo producir en épocas del año más adversas, amortizando antes la inversión inicial.

¿POR QUE ES NECESARIO EL CONTROL CLIMÁTICO?

Existe una gran variedad de tipos de cultivo bajo invernadero, pero en la mayoría de ellos el objetivo principal es incrementar, en lo posible, su tamaño y peso. Para llegar a este objetivo, cada cultivo presentará unas demandas ambientales particulares, necesarias para que su proceso vital se produzca en las condiciones más favorables. Este proceso vital viene caracterizado por las siguientes funciones: fotosíntesis, respiración, crecimiento y transpiración (absorción de agua y nutrientes).

 

 

Un incremento del proceso fotosintético redundará directamente en un mayor crecimiento de la planta. De ahí, la importancia que tienen en todo este proceso la luz, CO2 y temperatura.
La fotosíntesis se ve directamente afectada por los niveles de temperatura, CO2 y luz; mientras la absorción de agua y nutrientes están condicionados por la temperatura de la raíz y la humedad del aire.
Para su crecimiento, la planta necesita azúcares que son fabricados por ella misma. En la cara inferior de las hojas se sitúan los estomas, a través de los cuales la planta absorbe CO2 del aire. En el interior de las células de la planta se encuentran los cloroplastos, donde bajo la influencia de la luz, CO2 y agua, se obtiene glucosa (azúcares): fotosíntesis.

6CO₂ + 6 H₂O + LUZ –> C₆H₁₂O₆ + 6O₂

La luz proporciona la energía necesaria para transformar el agua y el CO2 en azúcares. Por esta razón la mayor parte de la fotosíntesis sólo tiene lugar durante el día. Un incremento del proceso fotosintético redundará directamente en un mayor crecimiento de la planta. De ahí, la importancia que tienen en todo este proceso la luz, CO2 y temperatura.
Estos azúcares obtenidos durante la fotosíntesis son utilizados en: crecimiento y respiración.
Por lo que respecta a la respiración, ésta se considera como el proceso inverso a la fotosíntesis, dado que se consume azúcares y se genera CO2 y agua. Un aspecto importante a tener en cuenta sobre la respiración es que ésta tiene lugar por el día y por la noche. Es por ello, que los niveles de CO2 son siempre mayores por la noche.

Influencia del nivel de CO2 en la fotosíntesis.

La concentración de CO2 en condiciones normales (exterior del invernadero) se sitúa entre las 300 y 400 ppm. Si la concentración de CO2 dentro disminuye por debajo de estos niveles, disminuirá el nivel de fotosíntesis. Por tanto, para incrementar la fotosíntesis se deberá hacer lo propio con la concentración de CO2, estableciéndose concentraciones de 700 a 900 ppm como las más adecuadas.
No sólo debe controlarse el defecto de CO2, sino también, el exceso. Esto es debido a que concentraciones superiores a los 10001100 ppm provocarán el cierre de los estomas, reduciéndose considerablemente la transpiración de la planta y provocando en incremento en la temperatura de la misma.

Influencia de la temperatura en la fotosíntesis.

Para temperaturas inferiores a 5 ºC la fotosíntesis se para en la mayoría de las plantas. Por encima de esta temperatura, el nivel de fotosíntesis irá incrementándose hasta alcanzarse un nivel óptimo para temperaturas entre los 20 a 25 ºC. Para temperaturas excesivamente altas, el nivel de fotosíntesis disminuye igualmente.

Influencia de la temperatura en la respiración.

La respiración de la planta está fuertemente influenciada por la temperatura. El proceso de la respiración comienza por encima de los 5 ºC (por debajo de esta temperatura existe una mínima respiración). Entre los 5 y 30/35 ºC la respiración se incrementa rápidamente, para volver a descender de nuevo por encima de los 35 ºC a un punto en el cual la planta no funciona óptimamente. Para temperaturas superiores a los 40/45 ºC la respiración disminuye a unos niveles tales que la planta puede verse seriamente dañada.
Dado que la respiración es un proceso vital que continúa durante la noche, lo que se hace en este período es disminuir la temperatura ambiente, buscando reducir la respiración al mínimo admisible, y reduciendo por tanto el consumo de azúcares al mínimo posible.

Influencia de la temperatura, radiación (luz) y nivel de CO2 sobre la transpiración.

Una planta sana transpira agua a través de los estomas situados en las hojas. La planta puede, dentro de unos límites, cerrar y abrir los estomas dependiendo del nivel de agua existente en la planta, intensidad luminosa y nivel de CO2. Si la planta transpira más agua de la que se absorbe a través de las raíces, ésta se marchitará, y los estomas se cerrarán. Cuanto más abiertos estén los estomas menor será la resistencia a la evaporación del agua desde los estomas al aire del invernadero.
La transpiración está influenciada por:
La diferencia de presión de vapor entre los estomas y el aire del invernadero.
La resistencia de los estomas.
La transpiración también se ve condicionada por la diferencia de presión de vapor existente entre la planta y el aire del invernadero. A su vez, la presión de vapor depende directamente de la diferencia entre la temperatura del aire y la planta.
La resistencia de los estomas está influenciada por la relación del agua de la planta y la concentración de CO2 en el aire. Para niveles altos de CO2 los estomas se cierran y la transpiración se ve reducida.

CONDICIONES AMBIENTALES

Como se ha visto hasta ahora, existen tres variables ambientales fundamentales, temperatura ambiente, humedad relativa y concentración de CO2, que nos determinan el ambiente de nuestro invernadero y sobre las que actuaremos directamente para controlar el mismo. No obstante, existen otras variables que nos ayudarán a realizar el control climático del invernadero y que nos condicionarán nuestro modo de trabajo o actuación, debido a que nos proporcionarán información adicional sobre el estado del clima exterior del invernadero: humedad exterior, temperatura exterior, velocidad y dirección del viento y radiación.

¿Cómo realizar el control climático?

Una vez que conocemos la importancia de parámetros ambientales como la Tª, Humedad, radiación y el nivel de CO2 en el funcionamiento y desarrollo de los cultivos, y la necesidad de poder controlarlos para hacer más productivos y rentables nuestra explotación, debe recurrirse a la instalación de un sistema de control climático.
Para ello, primero tenemos que conocer las condiciones ambientales del exterior, a través de una estación meteorológica con sondas de Tª y HR, radiación, lluvia o pluviómetro, velocidad y dirección del viento.
El siguiente paso es conocer también las condiciones ambientales internas mediante sondas de Tª, HR, CO2, o radiación.

Una vez que conocemos los parámetros ambientales tanto externos como internos mediante las sondas anteriormente mencionadas y sabiendo en qué condiciones mejor se desarrolla nuestro cultivo, el equipo de control climático actuará sobre los sistemas de ventilación, humidificación, radiación, CO2 y calefacción, según la estrategia de control planificada previamente por el usuario.

Dispositivos de control

El sistema de control será el encargado de gestionar cada uno de los actuadores según la situación actual y deseada de las condiciones climáticas del invernadero.
Una característica fundamental del sistema de control debe ser su capacidad de adaptarse a las necesidades de cada instalación. Ello implica que el sistema debe ser flexible y modular, por lo que se estructura en distintas unidades de control (controladores) a las que se les asigna la gestión de zonas independientes. Estas unidades de control deben además tener la facultad de comunicarse entre sí, con un ordenador central desde el que poder teleoperar y telegestionar el sistema en su conjunto, o a diversos dispositivos móviles, para lo cual debe establecerse la correspondiente red de comunicación entre los equipos.

Para ello NUTRICONTROL, empresa líder en el sector con más de 20 años de experiencia en el Control Climático, dispone de una amplia gama de equipos, capaces de llegar a controlar los dispositivos de actuación de un invernadero, con las siguientes características:

• Dosificación del CO2.
• Control de ventilación. Ventanas y ventilación forzada.
• Control de la calefacción.
• Control de las pantallas tanto de sombreo como térmicas.
• Humidificación.
• Recirculación de aire.
• Control de alarmas ambientales (lluvia, Tª, HR, tormenta, helada, etc)

NUEVAS APLICACIONES EN EL CONTROL CLIMÁTICO. MithraClimaWebServer.

Hasta ahora, los equipos del control climático podían ser gestionados desde un PC instalado en un local de la misma instalación, utilizando sistemas de comunicación por cable (RS232, RS485, Ethernet, etc) o vía radio (Wifi).
Recientemente, NUTRICONTROL ha incorporado a toda su gama de equipos de control climático, la posibilidad de poder ser gestionados de forma remota a través de internet desde cualquier parte del mundo mediante nuestro Smartphone, tablet o PC. MithraClimaWebServed.

¿Qué es MithraClimaWebServed?

Es la nueva vía de comunicación con los equipos Nutricontrol de la gama de clima para visualizarlos y programarlos de forma remota.
Presenta una nueva filosofía de funcionamiento:
Permite un fácil acceso al controlador desde cualquier parte con un PC o con cualquier dispositivo móvil (teléfonos o tablets) que tengan acceso a Internet.

Esta nueva aplicación, además, proporciona una mayor libertad al agricultor evitándose tener que ir todos los días a su explotación para comprobar que todo funciona correctamente.

Soporte

Para poder controlar el equipo desde cualquier dispositivo móvil o PC, únicamente necesitamos disponer de internet en la explotación.
Para disponer de internet en la explotación, tenemos dos opciones:

• Mediante Router 3G.
• Modem GPRS con una tarjeta de datos.

Principales características

Entre las características más destacables de poder controlar el equipo desde cualquier PC o dispositivo móvil, podemos citar:

• Clara representación visual de la instalación, así como las medidas instantáneas de cada uno de los sensores, y del estado y posición de los diferentes dispositivos instalados. Histórico de la evolución de las lecturas registradas en cada uno de los sensores del sistema.

Pantalla principal de la Aplicación para PC.

• Fácil manejo con teclado. Personalización del nombre de los actuadores y sondas, así como posibilidad de cambiar su icono de representación.
• Recogida automática de datos. Su histórico siempre estará disponible en el servidor para consultar en cualquier momento.
• Acceso restringido a los parámetros de instalador mediante clave numérica.
• Posibilidad de realizar gráficos personalizados, pudiendo incorporar en una misma grafica tantos sensores como sean necesarios.
• Integración de todos los datos históricos en una sola pantalla.
• Posibilidad de recoger un muestreo continúo de los sensores.
• Exportación de tablas de datos a Excel, y exportación de gráficos a PNG y JPG.
• Pantallas de la Aplicación para Móvil.

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