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Calefacción con energías renovables y sistemas mixtos

por Redacción

Por Joaquín Luna Calderón 

En los cultivos hortícolas que se producen en condiciones de invernadero existen una serie de factores controlables e incontrolables que influyen decisivamente sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas. El control de estos factores debe conducirnos a poder expresar todo el potencial productivo y de calidad de las plantas.

Se debe crear un microclima en el invernadero que alcance en los parámetros ambientales valores próximos a las condiciones biológicas óptimas para la variedad cultivada, de ahí que el manejo del invernadero y del cultivo son piezas clave para la rentabilidad de la explotación. Por lo tanto, un invernadero tiene por objetivo proporcionar a los cultivos las condiciones climáticas adecuadas para lograr cosechas abundantes y de alta calidad, con cierta independencia del medio exterior. La energía es fundamental para cualquier actividad productiva; su ausencia disminuye la posibilidad de un desarrollo sustentable. Con el fin de alzancar las metas proyectadas, debe tenerse presente que el desarrollo de los cultivos en sus diferentes fases de crecimiento está condicionado principalmente por cuatro factores ambientales o climáticos. Para que las plantas puedan realizar sus funciones es necesaria la conjunción de estos factores dentro de unos límites mínimos y máximos, fuera de los cuales las plantas cesan su metabolismo, pudiendo llegar a la muerte. Dichos importantes factores ambientales son:

Temperatura

Este es el parámetro más importante a tener en cuenta en el manejo del ambiente dentro de un invernadero, ya que es el que más influye en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Para el manejo de la temperatura es importante conocer las necesidades y limitaciones de la especie cultivada.

Humedad relativa

La temperatura en el interior del invernadero, va a estar en función de la radiación solar. La misión principal del invernadero será la de acumular calor durante las épocas invernales.

Luz

A mayor luminosidad en el interior del invernadero se debe aumentar la temperatura, la HR y el CO2, para que la fotosíntesis sea máxima; por el contrario, si hay poca luz pueden descender las necesidades de otros factores.

CO2

El anhídrido carbónico de la atmósfera es la materia prima imprescindible de la función clorofílica de las plantas. Los niveles aconsejados de CO2 dependen de la especie o variedad cultivada, de la radiación solar, de la ventilación, de la temperatura y de la humedad.

Sistemas para controlar la temperatura al interior del invernadero

El control ambiental está basado en manejar de forma adecuada todos aquellos sistemas instalados en el invernadero: sistema de calefacción, la ventilación y el suministro de fertilización carbónica, para mantener los niveles adecuados de la radiación, temperatura, humedad relativa y nivel de CO2, y así conseguir la mejor respuesta del cultivo y por tanto, mejoras en el rendimiento, precocidad, calidad del producto y calidad del cultivo. Existen distintos sistemas para calentar y mantener la temperatura en el interior de un invernadero,:

Empleo adecuado de los materiales de cubierta.

Hermetismo del invernadero, evitando pérdidas de calor.

Empleo de pantallas térmicas, cuyo uso permite mantener entre 2 y 4º C más en el interior del invernadero, con el consiguiente ahorro de energía. Dichas pantallas están justificadas en el caso de utilización de sistemas de calefacción.

Condensación que evita la pérdida de radiación de longitud de onda larga, aunque tiene el inconveniente del goteo sobre la planta.

Capas dobles de polietileno de 150 galgas o de polipropileno, que se pueden emplear como pantalla térmica, para evitar condensaciones sobre cubierta, con el inconveniente de pérdida de luminosidad en el interior. Se emplea mucho en invernaderos sin calefacción.

Invernaderos más voluminosos que permiten mayor captación de la luz y al mismo tiempo mayor pérdida de calor por conducción. La mayor inercia térmica de volúmenes grandes permite un mejor control del clima.

Propio follaje de las plantas, ya que almacenan radiación.

Sistemas de calefacción por agua caliente o por aire caliente, que son los que se emplean de manera principal.

Una forma de mejorar la eficiencia energética en el invernadero es la sustitución de fuentes de energía no renovables por energías renovables. La energía solar es una energía limpia y no contaminante, teniendo un efecto muy positivo ante el medioambiente, ya que permite sustituir el uso de otras fuentes de energía contaminantes.

Teniendo en cuenta las necesidades energéticas del invernadero se pueden plantear dos posibilidades de introducción de la energía solar:

  • Instalación solar térmica como apoyo a la calefacción.
  • Instalación solar fotovoltaica para producir electricidad.

Las temperaturas nocturnas en el interior de los invernaderos en ciertas regiones son demasiados bajas, por lo que en muchos semilleros es necesario contar con algún sistema de calefacción para evitar daños irreversibles en las plántulas. Una comparativa en dos semilleros de pimiento, uno de los invernaderos no tenía ningún sistema de calefacción, y el segundo disponía de un sistema de calefacción por agua calentada durante el día con un captador solar con una superficie de captación solar de 6 m2. El agua era almacenada en un depósito adecuadamente aislado con una capacidad de 3 m3. A corto plazo, la eficacia del colector solar alcanzó más del 80%, pero a largo plazo el promedio era casi del 50%. El porcentaje de germinación en el invernadero con calefacción fue del 100%, mientras que sólo se alcanzó una germinación del 80% en el invernadero sin calefacción y un 60% al aire libre.

Sistema de calefacción mixto

La posibilidad de incorporar un sistema mixto que combinaba la combustión de queroseno con un captador solar. En días soleados no era necesario complementar el sistema solar con queroseno, el calor aportado era suficiente para mantener una temperatura adecuada del agua; pero en días lluviosos el aporte de energía solar era insuficiente y era necesario complementarlo con algún tipo de combustible. Estos sistemas de calefacción mixtos por suelo radiante aprovechan el calor del sol en época estival con un campo de captación pequeño que acumula la energía a través de un fluido en grandes tanques en superficie o enterrados bajo el suelo del invernadero. De esta forma, durante la época de mayor demanda calorífica, permiten tener un reservorio de energía en perfectas condiciones para circularlo por el suelo radiante del invernadero produciendo un gran ahorro en el combustible fósil.

Cuando el sistema solar no sea capaz de proporcionar la energía necesaria para mantener la temperatura óptima del invernadero entrará en funcionamiento el sistema convencional; de esta forma tenemos garantizado el suministro y el ahorro energético con la diversificación a través de la energía solar térmica. La inversión con estas configuraciones es más alta en el sistema de acumulación que en el sistema de captación, sistema que además por ser relativamente pequeño no tiene por qué sombrear en ninguna época del año la superficie del invernadero. Las características de funcionamiento de un sistema de calefacción mediante colectores solares asistido geotérmicamente. El agua caliente de los colectores solares se hacía pasar bajo tierra para que la pérdida de temperatura fuese menor hasta el momento de su uso.

Un sistema de calefacción que aprovecha la energía solar mediante una red de tuberías instaladas en el interior del invernadero y un depósito bajo tierra. Durante el día las tuberías captan el calor del aire del invernadero y el agua caliente se almacena en el depósito subterráneo, devolviendo al invernadero durante la noche esa energía almacenada. Este sistema permitía alcanzar temperaturas nocturnas de 12° C en invierno, a la vez que disminuir las temperaturas diurnas en épocas cálidas. Otra de las aplicaciones de la energía solar térmica es el calentamiento de la disolución nutritiva en cultivos sin suelo, mejorando la absorción de iones. De esta manera se puede incrementar la precocidad y calidad de las cosechas, y simultáneamente, reducir los lixiviados con el consiguiente impacto medioambiental positivo.

Otra de las aplicaciones de la energía solar térmica es el calentamiento de la disolución nutritiva en cultivos sin suelo, mejorando la absorción de iones. De esta manera se puede incrementar la precocidad y calidad de las cosechas, y simultáneamente, reducir los lixiviados con el consiguiente impacto medioambiental positivo.

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