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Consideraciones constructivas de los Invernaderos.

La palabra invernadero, aunque literalmente puede significar "lugar para pasar el invierno", ha adquirido un carácter universal para nombrar un "local de protección de plantas", no solo para las bajas temperaturas, sin no para otros múltiples objetivos. De hecho se construyen instalaciones en los países tropicales, que por extensión, también se les llama invernaderos. Desafortunadamente no se ha popularizado en castellano una palabra adecuada para estos tipos de instalaciones. Sin embargo en Inglés usan el término más adecuado de "greenhouse" que pudiera traducirse como casa verde. Es nuestra opinión que deberíamos llamarlas conservatorios como término mas adecuado.

Objetivos de los conservatorios.

El objetivo que se persiga con el invernadero define en gran medida las características de su construcción. Algunos de los principales propósitos de los conservatorios son:

Protección contra el frío: Son típicos de los países donde en ciertos períodos del año o durante el año completo se producen temperaturas ambientales perjudiciales a las plantas que quieren conservarse. En general están recubiertos de materiales impermeables y transparentes o semi transparentes que producen un clima parcialmente aislado del exterior, por lo que pueden mantenerse a temperaturas seguras con el uso de elementos de calefacción. En este tipo de invernadero es común que tengan que usarse sistemas de ventilación, para cambiar el aire interior cada cierto período de tiempo y mantener el nivel adecuado de CO2 en el ambiente. También pueden ser necesarias las máquinas de viento que son sopladores que mantienen corrientes de aire algo intensas dentro del invernadero, ya que sin la acción del viento los troncos y las ramas de las plantas arbustivas se tornan débiles y frágiles.

Protección contra insectos: En muchos cultivos es decisivo mantenerlos fuera del alcance de las plagas, lo mismo porque transmiten enfermedades letales, o porque reducen la calidad del producto al alimentarse de hojas o frutos y otras razones. Estos invernaderos pueden estar localizados en zonas donde el frío no es un problema y en general están recubiertos de materiales transparente o semi transparentes en el techo para permitir la entrada de luz solar, y de telas mas o menos tupidas en las paredes de acuerdo a las dimensiones de los insectos cuya entrada se quiere impedir. Un caso típico del uso de estos invernaderos es en el cultivo del tabaco, donde la picadura de los insectos puede agujerear las hojas, las que luego no son aptas para su uso en la capa externa de los habanos. En muchos casos y en lugares de clima caluroso resulta necesario el uso de sopladores o ventiladores dentro del conservatorio para evitar que las temperaturas en el interior se eleven demasiado.

Otra aplicación común de estas instalaciones se tiene cuando se quiere aislar el germoplasma de ciertas especies o variedades de la posible contaminación con enfermedades, que luego serían trasmitidas durante la reproducción a la descendencia. Las reglas sanitarias de algunos países establecen con rigor el uso de estas instalaciones con plantas certificadas "libres de enfermedades" como centro de mantenimiento y reproducción de los cultivares, por ejemplo de cítricos.

Protección contra la irradiación solar: En ciertos casos algunos cultivos se desarrollan mejor en condiciones controladas de luz solar o en sombra parcial. Para conseguir este objetivo se construyen invernaderos que "filtran" la luz solar y proporcionan a las plantas el ambiente óptimo para su desarrollo. En general estos invernaderos están recubiertos de las llamadas "telas de sombra" que se comercializan en el mercado con diferentes grados de permeabilidad a la luz.

Obtención de un micro-clima: En una buena parte de los casos cuando se utiliza la propagación asexual de plantas, las estacas en proceso de enraizado, o los injertos recién hechos se colocan dentro de un invernadero que mantiene una humedad relativa muy alta y reduce la incidencia solar para evitar la deshidratación del material en proceso de propagación. Es común que estos invernaderos sean herméticos y en algunos casos tengan un techo completamente opaco para evitar la entrada de sol.

Protección contra la lluvia o el viento: Este tipo de invernadero se usa para el caso de cultivos muy sensibles al viento o a las lluvias, especialmente en las zonas donde el período lluvioso es extenso e intenso.

Resulta evidente que el invernadero puede tener el objetivo de cumplir de manera mixta con algunos, o todos de los objetivos listados anteriormente de manera independiente.

Características de los invernaderos

Un conservatorio puede ser: desde una planta cubierta con una bolsa plástica transparente en una pequeña maceta, lo que podríamos llamar un micro-invernadero, la construcción de un pequeño local recubierto en el jardín de la casa o mini-invernadero, o una gran extensión superficial de varias hectáreas recubiertas con carácter comercial, pero las cuestiones generales son comunes a todos los conservatorios, con independencia de su tamaño u objetivo. Solo es cuestión de sentido común adaptar la construcción a nuestras necesidades.

Consideraciones generales.


Históricamente, la producción comercial en invernaderos se ha dirigido a la producción de hortalizas en las latitudes frías durante la primavera y el verano. La mayoría de los invernaderos se encuentran cerca de sus mercados y hacen hincapié en la producción de productos frescos de muy alta calidad. El costo de los niveles de calefacción y de iluminación se combinan para hacer de la producción de primavera una operación costosa en estas latitudes donde los inviernos son largos y fríos.

Por el contrario, los inviernos de las zonas cálidas son leves y la luz solar puede ser abundante, lo que obliga a los operadores de estas zonas a usar ventiladores para el enfriamiento y así evitar temperaturas extremas. Debido a su clima templado, esta producción en invernaderos se lleva a cabo principalmente durante el invierno y la primavera.

La producción de verano es difícil debido a las altas temperaturas y humedad, por lo que, los cultivos de hortalizas se producen en los invernaderos de las zonas cálidas, principalmente de septiembre a mayo. Se han hecho intentos para producir todo el año, pero los costos de ventilación son altos durante el verano mientras que los rendimientos y la calidad de los cultivos se reduce. A pesar de estas dificultades, algunos productores consideran que algunos buenos mercados potenciales existen para los cultivos de invernadero en verano y están dispuestos a hacer frente a los problemas asociados con la producción de verano.

Debido a que la mayoría de la producción de hortalizas en invernaderos se ha realizado en zonas frías, gran parte de la información, investigaciones y fabricantes de equipos de invernadero se ha orientado hacia lugares de condiciones climáticas de este tipo. Por ejemplo, hay abundante información sobre los sistemas de calefacción, con tópicos que van desde las pantallas térmicas para la conservación de energía, el diseño y operación de sistemas de calefacción, hasta como manejar cargas de nieve. Por el contrario, hay poca información sobre los sistemas de enfriamiento por evaporación, que son el pilar de los sistemas de control ambiental en la industria de invernaderos en zonas cálidas. El propósito de este artículo es brindar al agricultor la información básica necesaria para hacer un diseño razonable y tomar las decisiones adecuadas para una instalación para la producción en invernaderos en las zonas cálidas.

Elección del lugar.

Una planificación cuidadosa antes de la construcción es un primer paso esencial en el desarrollo de un sistema exitoso y rentable para la producción en conservatorios. Antes que todo, debe elegirse el sitio para la construcción. 

Idealmente, muchos diferentes sitios deberían ser objetivamente evaluados para su adecuación al proyecto propuesto. Sin embargo, el terreno que se considere para el invernadero debe ser propiedad del futuro inversionista ya que será una inversión costosa que debe durar largo tiempo.

La primera consideración es si el sitio cumple con la normativa local y tiene acceso a los servicios necesarios. El sitio  propuesto debe cumplir con los requisitos locales de zonificación y la operación del invernadero debe cumplir con los códigos de construcción local, del uso del agua y los requisitos del medio ambiente así como tener los consecuentes permisos. Además, la disponibilidad y el costo de las instalaciones de los servicios públicos deben ser considerados. Si el servicio eléctrico o de agua municipal ya están disponibles, la necesidad de una mejora en estos servicios debe ser evaluada. El acceso a buenas carreteras también debe ser considerado.



Los impuestos varían dependiendo de si un sitio está dentro de los límites de una zona urbana. Los impuestos también pueden variar considerablemente de un distrito a otro. Por último, las intenciones de los gobiernos locales y las agencias reguladoras en materia de exenciones agrícolas, la anexión, y los planes de crecimiento deben ser considerados en términos del plan de negocios.

El agua de alta calidad es una parte esencial de cualquier tipo de producción en invernadero. El agua obtenida de una fuente poco profunda o superficial puede introducir nemátodos, bacterias patógenas, hongos, algas o semillas de malas hierbas en el sistema del invernadero. Esto es especialmente posible si el agua se obtiene de lagunas o arroyos a donde vayan a parar los drenajes agrícolas. Los pozos poco profundos no deberían plantear un problema, pero si la cubierta de un pozo está rota o mal instalada, será más propenso a la contaminación con agua de superficie que un pozo profundo.

Aunque el agua se obtenga de pozos profundos, por lo general los sistemas municipales también puede suministrar agua de calidad adecuada para en invernaderos hidropónicos. Sin embargo, antes de convertirse en totalmente dependiente del agua pública, los costos económicos deben ser considerados. Independientemente de la fuente de agua, deben hacerse pruebas de idoneidad por un agente local adecuado. Un análisis completo del agua es crítico y debe incluir como mínimo: pH, conductividad eléctrica, bicarbonatos, hierro, azufre, calcio y magnesio.



Los sitios a nivel permiten la construcción de invernaderos de gran tamaño que son más económicos para calentar considerando la misma superficie con invernaderos pequeños. Los grandes invernaderos en lugares a nivel son también más fáciles de automatizar que los pequeños invernaderos. Si se parte de un terreno nivelado se reduce la cantidad de movimientos de tierra necesarios para proporcionar el nivelado de la obra. Un terreno nivelado también elimina la necesidad de que los trabajadores tengan que subir cuestas al llevar o empujar cargas pesadas.

De ser posible el terreno donde se construye el conservatorio debe tener cierta altura y tener buen drenaje para evitar las inundaciones si llueve mucho. Después de la preparación, las áreas adyacentes al sitio del invernadero deben tener al menos una pendiente del 2% partiendo de él para promover el escurrimiento del agua de lluvia. Si el sitio está localizado en una zona de mal drenaje deben construirse zanjas de desagüe o canales con baldosas para proporcionarlo.

Los productores deben evitar las áreas que contienen mucha arcilla, especialmente arcillas expansibles. Además de los problemas de drenaje que los suelos de arcilla puede crear, la contracción y expansión de las arcillas puede causar grietas en pisos de concreto y cimientos. Las áreas que contienen suelo elevado por objetos grandes, tales como troncos de árboles deben ser evitadas debido al asentamiento diferencial que se producirá luego. Sitios cerca de aceites usados, almacenamiento de productos químicos, o vertederos de basura se deben evitar.

;de la tierra adyacente es otra consideración en la selección del sitio. La cercanía a las áreas comerciales, de producción activa comercial de hortalizas aumentará los niveles de inóculo de patógenos locales (especialmente por el aire) y las poblaciones locales de insectos dañinos. La construcción cerca de campos comerciales abandonados, vertederos, y pilas de productos agrícolas en mal estado representan el mismo riesgo de una mayor incidencia de enfermedades y de insectos en la producción.

Como se sugirió antes, las intenciones futuras del gobierno local y la comunidad empresarial deben tenerse en cuenta durante la selección del sitio. Por ejemplo, en el futuro pueden ser mas probables restricciones ambientales a la hora de descargar las aguas residuales para evitar la contaminación de lagos, ríos o aguas subterráneas.

Especialmente cerca de zonas urbanas y carreteras, el desarrollo futuro de la tierra debe ser considerado por su impacto en el plan de negocios de la operación. La construcción residencial o comercial en la zona cercana al sitio puede tener un efecto significativo sobre el costo de los servicios, la zonificación, los impuestos, y los valores de la tierra. Dependiendo de las intenciones a largo plazo del inversionista, estas tendencias pueden ser beneficiosas o perjudiciales.

Para inversores a largo plazo, el lugar físico debe ser lo suficientemente grande para permitir la expansión futura posible.

Consideraciones estructurales

de arco

Figura 1: Invernadero que combina el techo de arco con el de dos aguas
semitunel
Figura 2 Invernadero de semi-túnel

Forma y dimensiones

Los invernaderos comerciales pueden construirse en una variedad de estilos que varían en tamaño desde pequeñas casas independientes a grandes locales ínter-conectados con más de una hectárea de superficie. Las casas pequeñas pueden tener el estilo de construcción de techo de dos aguas o en forma de semi-túnel y ofrecer las ventajas de la baja inversión total inicial y la flexibilidad de operación. Sin embargo, en base a la unidad de área son generalmente más caras de construir y son mas caras de calentar y enfriar que las grandes casas.

Los grandes invernaderos se forman mediante la conexión de unidades individuales. El techo de cada unidad puede ser una estructura a dos aguas o arqueado o estar en pendiente de forma que el invernadero total quede con el techo en diente de sierra. En función de la superficie, estos invernaderos tienen un costo inicial más bajo que los de pequeñas casas independientes. Son también más fáciles de calentar y enfriar porque tienen menor área de pared expuesta al sol y a las condiciones ambientales exteriores en proporción al volumen.

Las casas de dos aguas y las de arcos son los tipos más comunes en la construcción de los conservadores. Los de dos aguas son más caros de construir que los tipos de arco, pero ofrecen la ventaja de ser compatibles con la instalación de respiraderos en el borde superior del techo. Los techos de diente de sierra son más caros de construir que los tipos de arco y de dos aguas, pero ofrecen la ventaja de permitir el uso de las técnicas de ventilación natural.

Los invernaderos individuales son normalmente de 6 a 12 metros de ancho y de 30 a 40 metros de largo. Estas son buenas dimensiones de trabajo y son fácilmente recubiertos por los tamaños disponibles en el mercado de las láminas de polietileno y las telas de sombra. Si los invernaderos deben ser ventilados mecánicamente, entonces deben estar dispuestos para que el aire no tenga que viajar mucho desde la entrada a la salida a fin de que los gradientes de temperatura dentro del invernadero se reduzcan al mínimo. La altura de los invernaderos con ventilación mecánica debe ser tan baja como sea posible para la comodidad de los trabajadores y para reducir la magnitud volumétrica que se calienta o se enfría. La ventilación natural de los invernaderos requieren el uso de una cresta de ventilación en el techo a dos aguas o de un techo en diente de sierra. Este tipo de techo debe tener una inclinación entre 3:12-6:12 para una ventilación natural adecuada. Normalmente, esto se traducirá en un techo más alto del que se requiere para la ventilación mecánica.

Estructura del invernadero

La estructura del invernadero debe ser diseñada para soportar las cargas que se le imponen durante el uso normal. Estas incluyen las cargas ambientales como el viento, la lluvia, y las cargas impuestas por cestas colgantes o por un equipo montado en la estructura. Para la producción de hortalizas, la mayoría de los marcos de las casas de invernadero no son lo suficientemente fuertes para llevar a cabo la doble función: como soporte de las telas y del enrejado de las verduras. Por lo tanto, lo mejor es construir un sistema de soporte independiente dentro de la casa para las hortalizas.

Los marcos de los invernaderos pueden construirse de diferentes materiales. Los marcos de aluminio son de larga duración, resistentes a la corrosión, peso ligero, y puede ser prefabricados. Pueden ser de tipo permanente con vidrios y tienen bajos requerimientos de mantenimiento. Los marcos de aluminio tienen un alto costo inicial y requieren los servicios de personal experimentado durante la construcción.

Los marcos de acero galvanizado, ofrecen alta resistencia y larga vida a menos costo inicial que los marcos de aluminio, aunque los costos de mantenimiento de los marcos de acero puede ser mayor. Los metales son buenos conductores del calor por lo que las pérdidas o ganancias de calor a través de un marco de aluminio o de acero pueden ser significativos. La alta resistencia del acero hace posible el uso de pequeños elementos estructurales y minimizar el sombreado causado por el marco.
 
Los marcos de madera tienen un coste inicial bajo, pero tienen altos costos de mantenimiento. Ellos también son inflamables. La pintura de los marcos de madera de color blanco mejorará las condiciones de iluminación dentro del conservatorio. La madera debe ser tratada con preservantes no tóxicos a las plantas para aumentar su durabilidad.

Para invernaderos pequeños y temporales de jardín es común que se usen los tubos de PVC.

Materiales de recubrimiento

Según el propósito del conservatorio pueden utilizarse diferentes materiales de recubrimiento, lo mas común es que los invernaderos construidos para proteger del frío en zonas templadas o frías, o para crear micro-climas de alta humedad se recubran de materiales impermeables y transparentes o semi transparentes tanto en la paredes como en el techo. Si el propósito es reducir la incidencia solar o proteger de los plagas sin que el frío sea un factor a tener en cuenta, lo mas común es que se recubran con las llamadas telas de sombra o telas contra insectos. Cuando la lluvia es un factor negativo el techo se construye siempre de materiales impermeables.

Materiales transparentes


Una variedad de materiales pueden ser utilizados para cubrir los invernaderos. Históricamente, el vidrio fue el primer material utilizado para aislar los invernaderos. El vidrio es un material excelente cuando su elevado coste inicial puede ser tolerado. El vidrio tiene una vida útil de 25 años o más, requiere poco mantenimiento, y transmite la luz muy bien. Se requiere mano de obra calificada para la construcción y tiene una resistencia baja al impacto. Vidrios de alta resistencia deben ser utilizados para el recubrimiento. El vidrio es pesado y requiere el uso de marcos fuertes con grandes elementos estructurales que pueden bloquear la luz.

En los últimos años, las hojas sintéticas y las películas han reemplazado el vidrio como el material de recubrimiento utilizado en la mayoría de los invernaderos. El material más utilizado es la lámina de polietileno. Este material es de bajo costo, peso ligero, está disponible en formatos fáciles de aplicar usando secciones y tiene una transmitancia de luz alta. Por desgracia, también tiene una vida muy corta, los tipos regulares tienen una duración que puede ser de tan sólo nueve meses en los lugares cálidos con mucho sol. Los hay de tipo estabilizados a los rayos ultravioleta, que duran de dieciocho meses a cuatro años, pero todavía requieren un reemplazo relativamente mas frecuente que otros materiales de recubrimiento. Los tipos comunes de polietileno son transparentes a la radiación infrarroja. Modernamente se están elaborando ciertos tipos que bloquean la radiación infrarroja desde dentro del invernadero por lo que reducen las pérdidas de calor y la condensación en la película.

Otros materiales plásticos han sido utilizados para recubrir los invernaderos con cierto éxito, pero sus ventajas no son generalmente compensadas por su mayor costo inicial en comparación con el polietileno. Algunos de los que se han utilizado son son el cloruro de polivinilo (PVC) en láminas, películas de fluoruro de polivinilo (Tedlar), hojas de acrílico (plexiglás), películas de poliéster (Mylar), y láminas de policarbonato (Lexan).

Las hojas de plástico reforzados con fibra de vidrio son ampliamente utilizadas como material de recubrimiento. En general son laminas de poliéster con incrustaciones de fibra de vidrio. Estas hojas de fibra de vidrio son menos costosas que las de vidrio, pero más caras que el polietileno. Son resistentes al impacto y ligeras en comparación con el vidrio. Tienen una transmisión de la luz muy alta que es ligeramente inferior a la del vidrio y el polietileno, pero la cubierta de fibra de vidrio es faćil de construir, no obstante se degrada por los rayos ultravioleta aunque su capacidad de resistencia se puede mejorar con el uso de recubrimientos con otros materiales.

Los materiales para recubrimiento deben transmitir la máxima cantidad de luz solar para el cultivo, mientras que también deben tener una ganancia o pérdida de calor mínima. El uso de capas dobles de la lámina puede agregar valor aislador al sistema de recubrimiento con sólo una pequeña reducción en la transmisión de la luz. Cuando se utiliza una lámina de polietileno se le llama de doble polietileno. En este caso se utiliza un pequeño ventilador para inflar el área entre las dos capas. Este espacio de aire muerto mejora notablemente las propiedades aislantes del invernadero. Cuando se compara con una sola capa de lámina de polietileno, el sistema doble poli reduce la pérdida o ganancia de calor entre 35% - 40% con una reducción del 10% en la transmisión de la luz. Un doble poli bien inflado es más resistente a los daños por el viento que una sola capa de polietileno, sin embargo, un invernadero de polietileno doble requiere mayor mantenimiento para mantener el sistema de doble poli correctamente inflado y un sistema bien hermético resulta necesario para sellar las capas de polietileno en sus costuras.

Recubrimientos permeables

Los invernaderos recubiertos completamente de material transparente como los descritos anteriormente, son aplicables a zonas templadas o frías donde la protección contra el frío es el requerimiento mas importante ya que son impermeables e impiden la entrada de aire frío al invernadero, lo que facilita el control interior de la temperatura. Si embargo en conservadores para zonas cálidas solo son aplicables a las instalaciones que se construyan para mantener un ambiente controlado interior a fin de conseguir una gran humedad relativa para la reproducción de plantas por estacas o similares.

En zonas donde el frío no resulte un problemas los invernaderos pueden ser recubiertos básicamente de dos formas:

Con el techo de material transparente e impermeable, para evitar los daños por la lluvia, pero con las paredes de telas permeables que favorecen la ventilación y con ello evitan la temperatura interior extrema; o bien recubierto con telas permeables en su totalidad para aprovechar la lluvia y reducir los gastos de riego.

Estas telas permeables pueden ser de dos tipos básicos: las llamadas telas sombra y las telas contra insectos.

Telas de sombra

de punto
Figura 3: Estructura de una tela de punto.

tejida
Figura 4: Estructura de una tela tejida.

Estos materiales de recubrimiento se usan para bloquear parte de la iluminación solar que entra al invernadero, y su capacidad de interferencia a la luz puede variar desde algo mas de 20 hasta el 90%. Al mismo tiempo pueden proteger contra el viento y en alguna medida contra los insectos.

Hay dos tipos básicos de estas telas, las de punto y las tejidas. Las telas de punto están hechas de forma tal que los hilos corren en varias direcciones, mientras que las tejidas los hilos están entramados en direcciones mutuamente perpendiculares como una malla.

Lo mas común es que las telas de punto estén construidas de mono filamentos de polietileno protegido contra los rayos ultravioletas, y pueden aparecer en el mercado de diferentes colores, mientras que las tejidas son de polipropileno, que es por naturaleza muy resistente a la radiación ultra violeta, por lo que estas telas tienen una larga vida que puede llegar a los 12 años, pero en general son de color negro.

Las telas de sombra tejidas son mas ligeras que las de punto pero tiene la desventaja de que se pueden rasgar a lo largo de un mono filamento mientras que las de punto no lo hacen debido a la propia naturaleza del entramado.

Recientemente ha salido al mercado una tela de punto conocida como Aluminet la que está hecha de mono filamentos de polietileno de alta densidad recubiertos de una capa de aluminio anodizado que proporciona a la tela una alta reflexión a la luz.

Telas contra insectos

Estas telas son en esencia una tela de punto construida de mono filamentos de polietileno como las de sombra, pero se diferencian de estas, en que el entramado es muy tupido y no permite la entrada de insectos de pequeño tamaño que son en muchos casos portadores de virus, por tal motivo se conocen también como telas anti-virus.

Hay telas de este tipo que tienen un entramado particularmente tupido con agujeros muy pequeños que se conocen como no-trips.

Comúnmente reducen la irradiación solar entre un 20% y un 33% y se fabrican con diferentes tamaños de los agujeros de la tela para ser utilizadas en diferentes proyectos de acuerdo a los insectos cuya entrada se quiere bloquear. En la tabla 1 se muestran las características de algunos insectos enemigos de los cultivos y la tela apropiada a usar. En la tabla 2 las características de las telas.

Tabla 1: Dimensiones de algunos insectos y recomendaciones de la tela a utilizar 
Plaga Tamaño del insecto (Micrones) Tipo de tela a utilizar
Medida del agujero de la tela (Micrones) Eficacia
Mineros de hojas
640 Anti-Insecto/Virus 266 x 818 100%
Áfido del melón
340 Anti-Insecto/Virus 266 x 818 100%
Moscas blancas (aleyródidos) 462 Anti-Insecto/Virus 266 x 818 100%
Trips (tisanópteros) 192 No-Trips 150 x 150 100%

Tabla 2:  Características de las telas contra insectos del mercado de USA.
Especificaciones Anti-Insecto/Virus No-Trips
Material Mono filamento de polietileno
Mono filamento de polietileno
Construcción malla (hilos por pulgada) 50 x 24 malla (hilos por pulgada) 81 x 81
Medida de la abertura
266 x 818 micrones
150 x 150 micrones
Medida del hilo
0.24 mm 0.15 mm
Tejido 1/1 1/1
Peso 0.33 lbs/yarda cuadrada
0.216 lbs/yarda cuadrada
Valor de sombra
20% 33%
Transmisión de luz
80% 66%
Anchos estándares
43,78,118,137 pulgadas 39 y 78 pulgadas
Longitud Cortada a la medida
Cortada a la medida
Prueba de resistencia UV
Equivalente a 5 años de uso en el campo
Equivalente a 3 años de uso en el campo

Recubrimientos del suelo

Para los sistemas de producción con suelo o con bolsas, debe haber una barrera permanente entre los cultivos y el suelo natural de debajo de la casa. Los suelos nativos tienen una población de nemátodos y patógenos que son fáciles de introducir por las operaciones del invernadero y muy difíciles de controlar. Cualquiera de los múltiples nemátodos de raíz  y otros nemátodos de vegetales se encuentran comúnmente en la mayoría de los suelos nativos. Pueden entrar en los cultivos del invernadero siempre que la barrera entre el cultivo y el suelo debajo de la casa se rompa. Una raíz penetrando a través del plástico, hormigón o cualquier otro material puede proporcionar una vía de entrada.

Pasillos de hormigón entre las filas en el invernadero y entre los edificios no sólo facilitarán el movimiento de los materiales, si no que también pueden mejorar el saneamiento. Establecer caminos "controlan" la circulación del tráfico dentro y alrededor del área de producción y pueden reducir al mínimo la posibilidad de entrada de suelo o material de plantado contaminado en el invernadero. Esta es una consideración importante, ya que la prevención de la infestación con nemátodos es una estrategia de gestión mucho más segura que cualquier tratamiento curativo posterior.

Instalaciones adyacentes

Deben existir instalaciones adyacentes para el correcto almacenamiento y manipulación de los medios de cultivo. Cualquier componente que no haya sido esterilizado o haya estado expuesto a la contaminación durante el almacenamiento y la manipulación puede introducir los patógenos. Barreras de hormigón que estén quebradas, permiten a las raíces de las malas hierbas entrar a través del suelo nativo, lo que puede llevar a la infestación. Las aguas que escurren de las lluvias fuertes, contaminadas con tierra de campo, también pueden introducir patógenos al invernadero o a los materiales de cultivo. La maquinaria o herramientas que se ha utilizado para las operaciones de campo, para mezclar o mover los materiales de cultivo se puede contaminar también.

Consideraciones ambientales

El propósito inicial de los invernaderos fue simplemente para mantener vivas a las plantas que no podían sobrevivir en el exterior en las condiciones ambientales del invierno. Los primeros cultivadores en las latitudes septentrionales advirtieron que las temperaturas cálidas eran necesarias para la producción de frutas y hortalizas en ciertas épocas del año o en aquellos lugares en los que determinados cultivos no se producían de manera normal. Así, a principios los invernaderos fueron diseñados para proporcionar a las plantas los nutrientes esenciales, la luz del sol y calor. Más tarde se comenzó a reconocer la importancia de la refrigeración en la producción de algunos cultivos durante la época cálida del año y fueron añadidos conductos de ventilación para que salga el aire caliente del invernadero y se renueve con aire fresco del exterior.

Actualmente, los horticultores saben que cada variedad de planta (incluso dentro de la misma especie) tiene sus propias características particulares de respuesta a la temperatura. Para el productor, esto significa que no es suficiente con mantener las plantas vivas, simplemente manejando el calor y el frío, un productor de éxito siempre debe proporcionar las temperaturas en las que los cultivos puedan desarrollarse y producir óptimamente. Por lo tanto deben ser diseñados tanto la calefacción así como la ventilación, no solo para evitar que las temperaturas lleguen a niveles extremos que puedan dañar, sino  para obtener la gama de temperaturas óptimas para el desarrollo de crecimiento normal y producción alta de las plantas de acuerdo a lo que se coseche.

Intercambio térmico

En un momento dado, la temperatura del aire del invernadero depende del balance de calor o el flujo neto de energía entre el sistema del invernadero y el medio ambiente exterior. Hay tres procesos básicos de intercambio de energía, conducción, convección y radiación.

La conducción del calor es la transferencia de energía a través de un material sólido o materiales que estén en contacto físico directo. La velocidad de conducción de calor a través de un material depende de las propiedades físicas del material (densidad y conductividad), el espesor del material, y la diferencia de temperatura a través del material. La transferencia de calor por conducción puede ser minimizada mediante el uso de materiales que son malos conductores. Por ejemplo; la espuma de poliestireno es un mal conductor térmico mientras que el cobre tiene una conductividad térmica muy alta. Los sistemas de recubrimiento de doble capa aprovechan la baja conductividad térmica del aire para reducir la pérdida de calor mediante la formación de una capa aislante de aire.

La transferencia de calor por convección es el movimiento físico de los gases o líquidos entre las zonas, a diferentes temperaturas. Por ejemplo, dentro de un invernadero en el invierno, el intercambio de calor por convección se produce cuando el aire caliente sube y transfiere su calor a las superficies frías del material del recubrimiento (que transfiere la energía para el aire exterior por conducción). Después de que el aire del invernadero se enfría por contacto con las superficies de recubrimiento en la parte superior del invernadero fluye de nuevo al suelo. Otra forma de intercambio de calor por convección es la infiltración, que es el intercambio de aire de fuera con el interior. La tasa de infiltración depende del tamaño y el número de grietas y otras aberturas en la cubierta del invernadero. También depende de la velocidad del viento exterior. El tipo de intercambio térmico debido a la infiltración está simplemente en función del volumen y de la diferencia de temperatura del aire que se intercambia entre el interior y el exterior del invernadero. Por último, el viento aumenta directamente la tasa de transferencia de calor perdido desde la superficie exterior del invernadero al reducir el espesor de la película de aire estática en la superficie del recubrimiento.

La transferencia radiativa de calor se produce entre los objetos sin contacto físico o sin medio de transporte de calor entre ellos. Todos los objetos irradian energía en todas direcciones, sin embargo, varían en su capacidad de absorber y emitir radiación. Toda la energía entregada por el sol a la tierra es el resultado del transporte de energía radiante. Por supuesto, los humanos sentimos la luz solar directa, ya que nuestros ojos la pueden ver, pero hay también la energía radiante del sol que no se puede ver. Cuando la energía de radiación choca contra un objeto puede ser transmitida, reflejada o absorbida en función de la longitud de onda de la radiación y las características espectrales del objeto en particular. Por ejemplo, los materiales transparentes del invernadero transmiten la mayor parte de la luz visible (y que utilizan las plantas para la fotosíntesis), reflejan un 10%, y absorben muy poco. Sin embargo, los materiales de recubrimiento puede tener características muy diferentes en otras bandas de la longitud de onda como la infrarroja. Cuando la radiación se absorbe, se convierte en energía térmica y calienta el material que lo absorbe, los materiales altamente reflectantes reducen el paso de las radiaciones a través de ellos al reflejarlas al ambiente, mientras que los materiales oscuros y opacos absorben mucha radiación, se calientan y son eficaces irradiando de nuevo.

Cálculo de la pérdida de calor

Para dimensionar correctamente un sistema de calefacción de invernadero, es necesario estimar las pérdidas de calor para las condiciones más frías que se puede esperar durante el invierno. En el cálculo de las pérdidas de calor, hay dos factores principales, las pérdidas a través del recubrimiento, y las pérdidas por infiltración.

La fórmula 1 se puede utilizar para estimar las pérdidas de energía a través del material del recubrimiento desde las mas altas temperaturas dentro de la casa a las temperaturas más frías del exterior.

Qc = U A (Ti - Te) (1)

donde:

Qc = pérdida "por conducción" total de calor en Btu / hr,

U = coeficiente global de transferencia de calor en Btu / (pie2 hr º F),

A = el área total expuesta del techo y paredes en pie2,

Ti = temperatura del invernadero en el interior en oF,
Te = la temperatura del aire exterior en oF.

Aunque la energía se transfiere a través del material de recubrimiento por conducción, la transferencia de calor real de la superficie exterior del invernadero con el exterior consiste en una mezcla compleja de conducción, convección, radiación y los procesos de intercambio. La ecuación (1), simplifica el procedimiento de estimación mediante la utilización del coeficiente global de transferencia de calor (U), desarrollado para los diferentes sistemas de recubrimiento que se usan. La tabla 1 muestra los valores de algunos de los montajes mas comunes de recubrimiento.

La ecuación (2) se puede utilizar para estimar el calor que se pierden debido a las infiltraciones de aire.

Qi = 0,02 V C (Ti - Te) (2)

donde:

Qi = pérdida total de calor en Btu / hr,

V = el volumen en pie3 del invernadero,

C = número de cambios de aire por hora,

Ti = temperatura del invernadero en el interior en oF

Te = temperatura del aire exterior en oF.

La clave de esta ecuación es el valor de C, el número de cambios de aire por hora debido a fugas en el invernadero. La Tabla 3 muestra algunos valores aproximados de varias cubiertas comunes de invernadero.

Las ecuaciones (1) y (2) se refieren a términos que dependen del tamaño físico del invernadero. Ya que las pérdidas de conducción de calor son a través de las paredes y el techo, se deduce que la pérdida de calor total aumenta con el aumento de la superficie expuesta. Del mismo modo, las fugas normales están asociadas con los estilos particulares de la construcción y con el volumen de la instalación.

Tabla 3 Conducción de calor

Material de recubrimiento

Coeficiente de transferencia de calor U Btu/(pie2 oF hr)

Vidrio:

 

Capa simple

1.1

Capa doble, 1/2" de espacio

0.7

Lámina de polietileno:

 

Capa simple

1.1

Capa doble, separadas

0.7

Paneles de fibra de vidrio

1.0

Acrílico doble

0.6


En ambas situaciones, es evidente que hay ventajas cuando se reduce al mínimo la superficie del invernadero con respecto a la superficie del suelo donde se cultiva el producto. Esta es la razón por la que los invernaderos de instalaciones conectadas suelen ser más eficiente energéticamente que los invernaderos independientes.

Las pérdidas de calor calculado en ambas ecuaciones también dependen directamente de la diferencia de temperatura entre el interior del invernadero y la temperatura del aire exterior. Los valores de Ti y Te deben ser elegidos, a fin de utilizar las ecuaciones para estimar las necesidades potenciales de energía. La temperatura del invernadero en el interior (Ti) es la temperatura más baja que la cosecha puede tolerar con seguridad. El valor de la temperatura exterior (Te) debe ser la temperatura más baja que se espera durante el invierno para el área donde se encuentra el invernadero.

Tabla 4 Pérdidas por intercambio de aire

Tipo de construcción

Intercambio de aire por hora

Construcciones nuevas:  
Vidrio o fibra de vidrio

0.75 - 1.5

Polietileno:  
Doble capa

1.5 - 1.0

Construcciones viejas:  
Vidrio:  
Buenas condiciones

1.0 - 2.0

Malas condiciones

2.0 - 4.0

Sistemas de calentamiento

Una vez que las necesidades de calefacción se han calculado, de debe elegir un sistema de calefacción que tenga la capacidad necesaria. Hay muchas maneras para lograrlo desde el punto de vista de los equipos, tipo de combustible a utilizar y prácticas de gestión. El sistema debe ser compatible con el tipo de construcción del invernadero y el cultivo específico (o cultivos) que se van a cosechar.

Estos sistemas pueden tener gran complejidad para el control de la temperatura en los grandes invernaderos comerciales y muchos fabricantes ofrecen sistemas completos así como los servicios de instalación.

Unidades calentadoras.

El equipamiento necesario para el calentamiento de un invernadero dependerá en cierta medida del tamaño y volumen de este, generalmente para los pequeños de patio resulta suficiente con una o dos unidades calentadoras eléctricas domésticas temostatadas. El uso de dos unidades da cierta seguridad en el caso de que una de las unidades falle durante el trabajo sin vigilancia.

Para los invernaderos mas grandes, las unidades calentadoras se alimentan normalmente con gas natural, propano o Diesel y usan ventiladores para la distribución del calor. A menudo los ventiladores está suspendidos de la estructura del invernadero, pero a veces se montan en el piso. Este tipo de sistema es relativamente fácil de instalar y requiere una inversión relativamente moderada. Además los calentadores que queman gas natural, propano o Diesel producen C02 que puede ser beneficioso para las plantas, pero también pueden producir subproductos de la combustión (como monóxido de carbono y etileno) que pueden ser perjudiciales tanto para las personas como para las plantas. Para evitar este problema potencial, las instalaciones que usan unidades calentadoras a combustible deben ser ventiladas. Para ello de construyen chimeneas de ventilación de tamaño adecuado (seguir la recomendación del fabricante) y estas deben extenderse por lo menos metro y medio por encima del punto más alto del invernadero. Por último, resulta necesario una entrada de aire fresco a la hornilla de cada unidad para que trabaje adecuadamente.

Sistemas de agua caliente

En este sistema se colocan tuberías por las que circula agua caliente por todo el perímetro y entre las filas de la instalación y utiliza la convección natural para distribuir el aire caliente. Este sistema también se puede utilizar en combinación con ventiladores en el techo. Los sistemas de agua caliente requieren de una caldera para calentar el agua, las válvulas de control así como el sistema de control de la temperatura. También se puede hacer circular por los tubos vapor de agua como veremos mas adelante, pero el uso de agua caliente hace la instalación menos compleja y con menos mantenimiento que los sistemas de vapor, sin embargo, son mas lentos en calentar y enfriar que los sistemas de vapor.

Sistemas a vapor

Los sistemas de calefacción a vapor requieren una caldera, válvulas, trampas, y el sistema de control que varía en complejidad dependiendo del tipo y el tamaño de la caldera utilizada. El vapor ofrece un rápido calentamiento y enfriamiento de las líneas de circulación y requiere menos tubería que u sistema d agua caliente. Las líneas pueden ser lisas o con aletas y se puede combinar con ventiladores para proporcionar una distribución más uniforme si se requiere. A menudo en los sistemas de vapor, cerca de 1/3 de la tubería está arriba y 2/3 está a lo largo de las filas o en el perímetro en las paredes laterales. El vapor puede ser útil en los sistemas de producción en el suelo para la esterilización del mismo. Los sistemas de vapor requieren una inversión inicial alta, pero tienen una esperanza de vida larga.

Sistemas poli-tubo

En estos sistemas que pueden ser de diverso diseño se utilizan con frecuencia con cualquiera de las unidades de calefacción que ya se han mencionado para lograr una distribución de calor más uniforme, el movimiento del aire y la ventilación. Cuando se utilizan poli-tubos en un sistema de calefacción, estos están equipados con una caja de calentamiento de donde se alimenta un ventilador que infla el poli-tubo. Por lo general, se colocan dos unidades de calefacción de descarga horizontal situados a cierta distancia a ambos lados de la caja. Cuando los controles (termostato), encienden la calefacción, los calentadores de las unidades se encienden y soplan aire caliente dentro de la caja. Una vez que la temperatura del aire se eleva al nivel de ajuste de los calentadores estos se detienen, pero por el poli-tubo sigue circulando el aire empujado por el ventilador de inflado. Estos sistemas también son útiles para la deshumidificación e intercambio con aire exterior.
 
En la mayoría de los grandes invernaderos, este es el mejor sistema para proporcionar calor a través de un tubo de polietileno que se extiende a lo largo de la casa, y de donde parten otros tubos mas pequeños o aberturas por donde el aire caliente se distribuye a todo el invernadero, produciendo fuertes corriente de convección. La colocación de la tubería de distribución de calor debe ser cuidadosamente considerada. Tradicionalmente, la tubería se compone de una grande, de 30 pulgadas a todo lo largo del invernadero con un ventilador de chorro en el extremo de la casa. Este tubo está generalmente colocado a una altura de 8 pies sobre la tierra. Como resultado, el calor se descarga por encima de la copa de las plantas por lo que el calor necesario para elevar la temperatura del aire en el invernadero es alto, ya que el aire caliente tiende a subir y por lo tanto calienta las partes altas de la instalación donde no hay follaje. Un mejor enfoque es la descarga del aire caliente en pequeños tubos de polietileno de 8 pulgadas colocados en, o cerca del piso debajo de las plantas. El calor sube a la copa de las plantas. Este sistema también ha demostrado ser eficaz en la reducción de las enfermedades foliares en el tomate y la mejora de la calidad del fruto. La adición de una cortina térmica por encima de la espaldera en el sistema puede ayudar a reducir los costos de energía.

El calentamiento puede ser por propano líquido, gas natural, vapor, etc con un calentador en una casa independiente, pero es una buena idea usar dos calentadores pequeños, uno a cada lado del ventilador de chorro en lugar de un calentador grande. En este sistema, la congelación de las plantas es menos probable en caso de que un calentador falle. En el sistema de calefacción doble, un calentador está controlado para que se encienda dos o tres grados por encima del otro, de forma que solo en los casos de frío extremo tendrán que funcionar los dos, y además si uno falla el otro tome el control total de la instalación. Un buen diseño tendrá en cuenta que el sistema con un solo calentador por lo menos proporcione a las plantas una temperatura segura de supervivencia.

Ventilación.

En la práctica, el único método económico para la refrigeración de los invernaderos involucra la ventilación por el intercambio del aire interior con el aire exterior. La ventilación puede ser natural por el viento y/o gradientes de temperatura (el aire caliente se eleva), o mecánica, creada por el uso de ventiladores. Aunque hay varias razones para la ventilación en los climas cálidos, el propósito más evidente es para el control de las altas temperaturas. Un sistema de ventilación de tamaño adecuado puede evitar que la temperatura del aire dentro del invernadero se eleve demasiado por encima de la temperatura del aire exterior. El incremento de las temperaturas en el interior se debe a la radiación solar a través del material de recubrimiento del invernadero. Un sistema de ventilación eficaz debe mover el aire directamente a través del cultivo y sobre el suelo para evitar la acumulación excesiva de la temperatura alrededor de las plantas. Una regla de oro generalmente aceptada para los invernaderos de los climas cálidos es que, como mínimo, un sistema de ventilación debe ser capaz de intercambiar el aire interior por el exterior una vez por minuto.

La figura 5 muestra la relación en un día claro de verano entre la tasa de ventilación y el aumento de la temperatura en una instalación de 120 pies de largo recubierto con doble poli. El gráfico muestra que a medida que aumenta la tasa de intercambio de aire, la diferencia de la temperatura interior se reduce con respecto a la temperatura del aire exterior. Esto lleva a la conclusión de que mientras mas ventilación mejor, pero la desventaja de proporcionar una mayor capacidad de ventilación es el mayor costo de los aparatos, así como el aumento de los gastos de operación. También hay que señalar que, independientemente de cuan alto sea el índice de ventilación, la temperatura del aire en el interior será siempre superior a la temperatura del aire exterior. Para obtener temperaturas inferiores a los valores del aire exterior en el invernadero, se requiere el uso de la refrigeración por evaporación o por otros medios complementarios de acondicionamiento del aire.

tasas de ventilación
Figura 5: Elevación de la temperatura en el
interior del invernadero en relación con los
cambios de aire por minuto

En los climas cálidos por lo general la ventilación natural no es suficiente ni confiable en la mayoría de las situaciones, por lo que el uso de ventiladores resulta necesario. Para seleccionar el tamaño correcto y el número de ventiladores, debe ser calculada la tasa de flujo volumétrico total de aire que se mueve. El volumen de aire que se mueve se calcula a partir de los cambios de aire por minuto (o por hora). Un cambio de aire es equivalente al volumen del invernadero. Por ejemplo, una estructura típica tiene un volumen de cerca de 51,100 pies3, por lo tanto un intercambio de aire por minuto, corresponde a 51,100 pies3 por minuto.
 
En la selección de los ventiladores, utilice sólo equipos de alta calidad y seguridad que puedan producir una presión estática mínima de 0.125 pulgadas de H2O. Un ventilador es una bomba de aire, una máquina que crea una diferencia de presión y hace que el aire fluya. Hay dos tipos comunes de ventiladores que difieren en la dirección del flujo de aire: de flujo axial y de flujo centrífugo o radial. Los ventiladores de flujo axial de hélice son los tipos más comúnmente utilizados para las aplicaciones de ventilación general y otras situaciones de baja presión estática.

style="background-color: rgb(255, 255, 255);"> Al elegir un ventilador resulta necesario calcular o estimarla siguiente información. En primer lugar, como ya se indicó, el volumen de aire que se mueve por unidad de tiempo. En segundo lugar, la presión estática (la resistencia del sistema al flujo de aire). En la mayoría de los casos la resistencia de los invernaderos produce una presión estática de entre 0,07 y 0,10 pulgadas de H2O. Para las casas con placas de enfriamiento por evaporación, como se verá mas adelante, a la presión estática normal del invernadero hay que añadir la que producen las placas. Las estimaciones deben obtenerse del fabricante de las placas. En tercer lugar, la eficiencia, seleccione el ventilador que ofrece la tasa requerida de flujo volumétrico (pies cúbicos por minuto), la presión estática calculada con el menor consumo de energía. Por último, hay consideraciones económicas. Si los costos de los ventiladores más eficientes es mucho mayor que su competidor más cercano, debe hacerse un balance entre los costos de inversión fija y los costos variables de operación para determinar la mejor opción.

Algunas otras consideraciones importantes en el tamaño y la instalación de los ventiladores son los siguientes:

1.- Es necesario dirigir el flujo de los ventiladores en verano en contra de los vientos predominantes, y aumentar la capacidad de pies cúbicos por minuto en un 10% con el correspondiente aumento de la potencia del motor del ventilador.

2.- Todos los ventiladores deben estar equipados con persianas automáticas para evitar los contra-tiros cuando los ventiladores no están en uso.

3.- Cuando los ventiladores de dos casas adyacentes están cerca uno del otro y el escape esté en la misma zona entre las casas, deben tomarse las medidas para evitar que sople directamente uno contra el otro.

4.- Los ventiladores deben ser debidamente protegidos y ser vigilados para asegurarse de que el personal no pueda entrar en contacto con las partes móviles (las aspas del ventilador, poleas y correas).
Los ventiladores o extractores no deben tener una separación de más de 30 pies de distancia.

Enfriamiento por evaporación

Solo con ventilación, las temperaturas del invernadero nada mas se puede bajar a niveles muy cercanos al aire exterior, pero con la adición de un sistema de enfriamiento por evaporación, el aire del invernadero se puede llevar a temperaturas menores que las del ambiente. El sistema funciona aprovechando el enfriamiento del aire que produce la evaporación de agua al entra en contacto con este a una humedad relativa menor del 100%. La humedad relativa es el porcentaje de vapor de agua total que el aire contiene en relación con la que puede contener a esa temperatura. Cuando el aire contiene todo el vapor de agua que puede tener se dice que tiene un 100% de humedad relativa. Si el aire con una humedad relativa inferior al 100% entra en contacto con el agua, parte del agua se evaporará en el aire. El cambio de fase del agua a vapor (evaporación) requiere de energía (calor latente de vaporización), esta energía es extraída del aire causando que el aire se enfríe. Un sistema de refrigeración por evaporación se compone de ventiladores para mover el aire a través del invernadero  y otras dispositivos para facilitar la evaporación del agua en la corriente de aire. Dos sistemas se utilizan comercialmente, el de placas porosas, donde el aire fluye en contacto con una superficie húmeda y el de niebla a alta presión inyectada en la corriente de aire.

Enfriamiento con placas porosas

En estos sistemas se colocan placas de material poroso de entre 2 y 6 pulgadas de espesor instaladas a lo largo de la pared del invernadero frente a la entrada de aire de los ventiladores. El aire que entra en el invernadero se tira horizontalmente a través de las placas de material poroso. Una canaleta superior distribuye agua a la parte superior de las placas para mantenerlas mojadas. Cuando el aire exterior es forzado a través del material poroso, pasa a través de los poros de las placas que tienen una considerable superficie lo que facilita la evaporación. Si hubiera un "contacto perfecto" entre el aire y las superficies de los poros, entonces el sistema sería del 100% de eficiencia y el aire que sale de las placas tendría 100% de humedad. En la práctica, los sistemas más eficientes proporcionan alrededor del 85% del potencial de enfriamiento.

La cantidad exacta de refrigeración depende principalmente de la temperatura y la humedad relativa del aire exterior. La relación no es del todo sencilla, puesto que la temperatura y humedad relativa del aire ambiente puede cambiar, por lo que con ello cambia la capacidad refrigerante del sistema. La tabla 4 muestra algunas comparaciones de la temperatura, humedad relativa, y el potencial de enfriamiento. Los valores de la tabla muestran que en términos de refrigeración, mientras mayor es la humedad relativa, menor será el potencial, y que para una humedad relativa dada, a mayor temperatura, mayor es el potencial. La tabla también muestra los valores para el enfriamiento que se puede esperar de un sistema de placas de contacto con un medio eficiente. Por ejemplo, a 95 °F y 70% humedad relativa, la caída de la temperatura potencial es de 8.9 °F (a 86.1 °F), para un 100% de eficiencia. En un sistema de enfriamiento evaporativo la caída real es de 7,6 °F para un 85%. Por lo tanto, la temperatura del aire que sale de las placas y entra en el invernadero sería de alrededor de 87.4 °F.

Tabla 5: Enfriamiento potencial para diferentes temperaturas
y humedades relativas

Temp oF

Humedad relativa %

Caída de temperatura oF

   

100%

85%

95

90

2.8

(92.2)

2.4

(92.6)

 

70

8.9

(86.1)

7.6

(87.4)

 

50

15.9

(79.1)

13.5

(81.5)

90

90

2.6

(87.4)

2.2

(87.8)

 

70

8.4

(81.6)

7.1

(82.9)

 

50

15.0

(75.0)

12.7

(77.2)

85

90

2.5

(82.5)

2.1

(82.9)

 

70

8.0

(77.0)

6.8

(83.2)

 

50

14.1

(70.9)

12.0

(73.0)


Hay muchos tipos de placas de evaporación que van desde entramados al azar de bajo costo de viruta de álamo con mas baja eficiencia, hasta las mas caras y de alta eficiencia (85%) de celulosa. Dado que la longitud de la pared con placas se limita al largo del invernadero, el problema de diseño actual se reduce a decidir la altura de las placas que se instalen. Para calcular la altura, se necesitan las características de rendimiento de cada material. En concreto, cada tipo de placa tiene una velocidad de diseño asociada para el aire que la atraviesa, los valores se dan en la Tabla 5 para tres diferentes tipos de materiales, un producto de celulosa de 4 pulgadas, un producto de celulosa de 6 pulgadas, y los cojines de virutas de álamo. La altura requerida de la pared de placas se calcula de la siguiente manera: 

Altura de la pared = Flujo de aire / (Longitud de la pared x Velocidad de diseño)

donde:

La altura y la longitud de las paredes resultan en pies.

El flujo de aire se encuentra en pies3/min (pies cúbicos por minuto).

La velocidad de diseño es en pies/min (pies por minuto ).

Los grados de enfriamiento se pueden calcular multiplicando los grados de enfriamiento potenciales por las eficiencias de las placas. Por ejemplo, si consideramos que el aire exterior entra en las placas a 90 °F y 50% de humedad relativa, el potencial de enfriamiento en la tabla 4 es de 15 °F. Por lo tanto, utilizando las eficiencias de la tabla 5, un enfriamiento de 10.3 °F puede ser proporcionado por la celulosa de 4 pulgadas, 11.0 °F por la celulosa de 6 pulgadas, y 11.6 °F por Aspen.  Al elegir entre estos materiales, el costo inicial, el espacio requerido en la pared, y la esperanza de vida deben tenerse en cuenta en el plan de negocios para cada invernadero. style="background-color: rgb(255, 255, 255);">

Otras consideraciones en el diseño y la instalación de un sistema de placas son los siguientes:
1.- Cuando sea posible, coloque las placas en la pared exterior del lado del viento dominante y los ventiladores en el lado de menor viento del invernadero.

2.- El escape de los ventiladores no deben descargar hacia las placas de otra casa a menos que estén separados por lo menos 50 pies de distancia.

3.- La distancia máxima en la práctica de la almohadilla al ventilador no debe exceder de 200 pies, una distancia inferior a 150 pies es más eficaz.

4.- Las placas deben estar dispuestas en una sección continua a lo largo de toda la pared frente a la de los extractores de aire, un vacío, como una puerta de entrada puede causar un "punto caliente" hasta de ocho veces el ancho de la brecha.

5.- Proporcionar persianas para el cierre de la sección de placas en momentos en que es necesaria la calefacción en lugar del enfriamiento.

6.- Construir casas selladas y mantenerlas cerradas, no dejar puertas o rejillas de ventilación abiertas cuando el sistema está funcionando porque el flujo de aire se produce a lo largo de la ruta de mas fácil de acceso.

7.- Colocar mallas en las placas para evitar la entrada de insectos.
 

Celulosa de 4"

Celulosa de 6"

Aspen

Velocidad de diseño (pies/min)

250.000

380.000

165.000

Presión estática (pulgadas H2O)

0.026

0.067

0.065

Eficiencia

68.5%

73.5%

77.0%

Expectativa de vida (años)

5 - 10

5 - 10

0.5 - 2

Grados de enfriamiento (oF)

10.3

11.0

11.6

Refrigeración con niebla

Los sistemas a niebla operan a alta presión para generar en las boquillas de descarga un gran porcentaje de pequeñas gotas de agua que quedan suspendidas en el aire en lugar de caer como hacen las gotas de rocío. Para obtener la niebla se requiere de boquillas especialmente diseñadas y presiones entre 500 y 1000 psi (libras/pulgada2). Idealmente, las gotas de niebla deben permanecer suspendidas en el aire hasta que se evaporen. Por esta razón, un sistema de niebla tiene el potencial de proporcionar un medio muy eficaz para la refrigeración por evaporación de un invernadero. Las líneas de inyectores se deben distribuir a lo largo del invernadero para lograr una buena distribución de la humedad. Al igual que con las placas de evaporación, los sistemas de alta presión de niebla se operan en conjunto con ventiladores.

Estos sistemas son mucho más sofisticados que los sistemas de placas de evaporación y requieren un mayor mantenimiento. La fiabilidad de los componentes puede variar a menudo como una función del precio. El factor que explica la mayoría de las fallas es la calidad del agua. La pureza del agua varía considerablemente entre los diferentes lugares y cada fuente de agua debe ser probado y manejado de acuerdo a los resultados de las pruebas recomendadas. Con muy pocas excepciones, el agua debe ser tratada. Una combinación de tratamiento de filtración y química suele ser necesaria para mantener los sistemas de niebla operativos.

Son relativamente nuevos. Adecuadamente diseñado, instalado y operado, los sistemas de niebla puede ser el método más eficiente para la refrigeración por evaporación de los invernaderos. La inversión inicial y de mantenimiento son altas y esenciales.

Sombreado del invernadero



Durante los períodos calientes de año en las zonas cálidas la entrada de calor al invernadero puede ser tal que el sistema de enfriamiento no sea suficiente para mantener la temperatura óptima para el cultivo en cuestión; por ejemplo tomates.

En estos períodos, cuando la carga de radiación en el invernadero es mayor de lo que el sistema de enfriamiento por evaporación puede manejar, resulta necesario el sombreado de las plantas. Existen para ello básicamente dos enfoques: la pintura de sombra y las telas de sombra. Las pinturas de sombra son compuestos blancos que se aplican a la parte exterior de la cubierta de invernadero. Las telas de sombra se puede poner cubriendo la casa o dentro de la casa en un sistema de enrejado sobre las plantas.
 
En los lugares muy cálidos se requiere una combinación de ambos en el invernadero, tanto cubriendo el techo así como dentro de la casa cubriendo las plantas. Ninguno por si solo parece controlar de forma efectiva la acumulación de calor. El problema es que con el uso exclusivo de un paño dentro de la casa a nivel de la planta, el exceso de calor por encima de la tela se proyecta hacia abajo, hacia el área de cultivo por los ventiladores.

El problema del uso de la pintura de sombra sobre la cubierta, es que para mantener la acumulación de calor en el rango necesario, se reduce notablemente la entrada de luz a las plantas, de manera que el nivel de luz puede caer por debajo del óptimo. Otro problema con la pintura de sombra es que se trata de un enfoque de "todo o nada" y no puede ser "de vez en cuando" como resultaría necesario cuando la intensidad del sol baja o sube de acuerdo a las épocas del año o la cantidad de nubes en cielo.

Un forma viable para dar la sombra necesaria incluiría telas de sombra colgadas en cables, las que podrían ser fácilmente desplegadas o recogidas según el nivel de luz (según el clima y la temporada). Una idea sería la de desplegar una cortina de sombra que sigue el contorno del techo de la casa que podría ser extendida en los días soleados o recogida en los días nublados. Esta cubierta evitaría la necesidad de pintar el exterior de la casa. Esta cortina en el interior también podría ser mejor que colocarla sobre la parte exterior de la casa que estaría sujeta a los daños por viento.

La cortina de techo interior se complementa con una cortina por encima de las plantas colocada en un sistema de enrejado. La cortina de techo tendría la función de reducir la acumulación de calor por encima de la cortina de la planta. La cortina de la planta proporcionan sombra adicional y ayuda a proveer una mayor eficiencia del sistema de enfriamiento a lo largo de la casa. La cortina de techo podría complementarse además con un "ático" con ventiladores y tal vez un sistema de niebla para eliminar el aire caliente del área del techo de la casa.

La producción de hortalizas sensibles al calor en invernaderos en zonas muy cálidas en el final de la primavera, el verano y el comienzo del otoño es un desafío extremo. Tratar con la acumulación de calor requiere de medidas bastante drásticas para eliminarlo. Si el calor no puede ser efectivamente controlado, los productores deben considerar el abandono de la producción durante el período desde el verano hasta el comienzo del otoño.

Ventiladores horizontales de flujo

ventilador horizntal
Figura 5: Ventiladores horizontales de alto volumen y baja presión.

Hay dos sistemas principales que se suelen utilizar para la circulación de aire de forma horizontal en los invernaderos. Estos son: sistema de tubos de ventilación y el uso de ventiladores con alto volumen y baja velocidad.

El sistema de tubos de ventilación toma el aire desde un extremo del invernadero y lo distribuye a través de la cosecha por un tubo de polietileno perforado. Algo de aire fresco exterior se puede agregar al tubo para hacer  pequeños ajustes en la temperatura y humedad del invernadero. Este sistema como se ha descrito se puede utilizar en combinación con calentadores para la distribución uniforme del aire caliente. Los tubos pueden constituir un cuerpo opaco sobre las plantas y pueden reducir la transmisión de la luz En general, los tubos deben ser reemplazados cada año.

Los sistemas con ventilador de alto volumen y baja velocidad distribuyen el aire mediante la creación de un patrón general de circulación del aire en el invernadero. El sistema consta de uno o más ventiladores que ponen el aire en movimiento dentro del invernadero. Cuando más de una casa adyacentes están unidas como una sola unidad, los ventiladores se orientan en direcciones alternas para promover el flujo de aire en toda la instalación. Los ventiladores producen muy poca sombra y requieren de poco mantenimiento.

Inyección de CO2

Los beneficios de la adición de CO2 al ambiente del invernadero son bien conocidos. En particular, varios cultivos de hortalizas como pepino, lechuga y tomates responden de forma adecuada al enriquecimiento con dióxido de carbono. El CO2 es necesario para la fotosíntesis (también llamada asimilación de carbono) durante la cual las plantas verdes utilizan la energía de la luz solar para convertir el CO2 y el agua en azúcares. Estos azúcares son utilizados por la planta para el crecimiento y mantenimiento.
 
A través de un proceso de difusión, el CO2 entra en las plantas a través de pequeños agujeros en las hojas (llamados estomas). La velocidad a la que el dióxido de carbono es fijado foto sintéticamente en las hojas depende de la concentración de CO2 dentro de las hojas, que a su vez depende de la concentración de CO2 en el aire. Por lo tanto, aumentar los niveles de CO2 en el aire alrededor de la parte exterior de las hojas incrementará la tasa de absorción de CO2 y el crecimiento.

El aire exterior contiene normalmente alrededor de 340 partes por millón (ppm) de CO2 en volumen (0,034%). En general, las plantas crecen bien en este nivel de CO2, pero responden produciendo más azúcares, si los niveles son más altos. En un invernadero cerrado durante el día en el que las plantas utilizan el dióxido de carbono, se produce el efecto de que los niveles caen por debajo de 340 ppm y con ello la reducción de la fotosíntesis. En la nueva construcción compacta de los invernaderos con doble recubrimiento que tienen tasas de fugas muy bajos, la caída en la concentración de CO2 puede ser especialmente importante y tener un efecto muy negativo en la producción. Aunque la ventilación sola puede traer niveles cercanos a 340 ppm, la inyección adicional de CO2 en realidad puede elevar los niveles dentro del invernadero a niveles más altos que en el aire exterior. Por regla general las concentraciones de CO2 llevadas por encima de 1300 ppm producen una disminución del rendimiento en la mayoría de los cultivos. Un nivel más bajo (800ppm) está recomienda para el cultivo de verduras (tomates, pepinos y pimientos), así como para la producción de lechuga.

Los gases de la combustión para producir calor generan dióxido de carbono como un subproducto, lo que puede ser una ventaja en los invernaderos de zonas frías, pero puede llegar a ser un problema en las zonas cálidas. Para la inyección de CO2 en los climas cálidos, se utiliza CO2 líquido sin la generación de calor no deseada. El dióxido de carbono también tiene otras ventajas sobre los sistemas de producción con combustible. Es relativamente puro, no contiene azufre y evita el problema de la posible generación de CO, que es tóxico, cuando la combustión es incompleta. Además, su uso no produce vapor de agua ni causa "puntos calientes", cerca de los quemadores. Por otra parte, el mantenimiento de un sistema de inyección de CO2 es bajo en comparación con el sistema de quemador. La desventaja es que el precio del CO2 es normalmente más alto que el del propano o el gas natural.
 
Si se quieren mantener niveles elevados de CO2 en un invernadero, hay dos factores a considerar en el cálculo de la cantidad de CO2 necesaria para mantener los niveles deseados:

El intercambio natural de aire (pérdidas) y la cantidad de fotosíntesis en el invernadero que reduce los niveles de CO2. Por supuesto, con el uso de ventilación las pérdidas por cambio de aire pueden ser muy grandes. Las tasas foto sintéticas dependen principalmente del tipo de cultivo y el nivel de luz. Por regla general, un cultivo bien desarrollado bajo abundante luz tiene un consumo máximo estimado de CO2 de 0.5 libras por hora por cada 1000 pies2 de área del suelo del invernadero.

Dado que el CO2 entra en la planta por las hojas, es importante colocar sensores de CO2 en la cobertura vegetal (la mejor ubicación sería de alrededor de las plantas). El CO2 se debe inyectar en el área del follaje, alrededor de la planta, no en el espacio aéreo sobre la planta. Por lo tanto, es importante que no se coloque el sensor cerca de un emisor en la línea de CO2. Un sensor por casa es en general suficiente para el control.
 
El CO2 se debe agregar sólo durante el día ya que las plantas deben tener luz para poder hacer uso de él. También debe quedar claro que la inyección de CO2 es más eficiente cuando el invernadero está cerrado. No tiene sentido tratar de mantener altos niveles de CO2 cuando los ventiladores hace el "lavado" de la casa demasiado rápido. El momento ideal para el uso del CO2 es cuando hace frío y está claro. En las zonas cálidas, las temperaturas invernales son tan leves que los invernaderos de producción de hortalizas hay que ventilarlos durante el día. Por esta razón, la inyección de CO2 no es generalmente crítica en estas zonas. Por lo tanto, estos cultivadores, deben considerar cuidadosamente si la inyección de CO2 será beneficiosa.

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Consideraciones de control en los invernaderos.
Consideraciones de fertilización en invernaderos.
Consideraciones agronómicas en los invernaderos
Consideraciones para el control de plagas y enfermedades en el invernadero



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