Curso Invernaderos

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Esta presentación trata sobre los sistemas de refrigeración en invernaderos, centrándose fundamentalmente en los sistemas de nebulización.

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Curso Invernaderos

  1. 1. ESTRATEGIAS DE CONTROL DE LA REFRIGERACIÓN EN INVERNADEROS Antonio Romero López Ingeniero Agrónomo
  2. 2. INTRODUCCIÓN
  3. 3. Invernadero: “Espacio cerrado con paredes y techo translúcidos, que permite obtener, para la producción de vegetales, unas condiciones ambientales mejores que las naturales”
  4. 4. <ul><li>Época invernal: </li></ul><ul><li>bajas temperaturas </li></ul>Acción de las temperaturas desfavorables <ul><li>Debilita la actividad funcional </li></ul><ul><li>Desplaza los equilibrios biológicos </li></ul><ul><li>Muerte celular </li></ul>SISTEMAS DE CALEFACCIÓN <ul><li>Marchitez temporal o permanente </li></ul><ul><li>Autoenvenenamiento de células </li></ul><ul><li>Muerte de la planta por inanición </li></ul>SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN Época estival: altas temperaturas
  5. 5. Acción de las altas temperaturas F  Actividad fotosintética R  Respiración I  Iluminación A,B,C,D  Punto de compensación
  6. 6. Sistemas de refrigeración <ul><li>Disminución de la radiación entrante </li></ul><ul><li>Métodos externos: cortinas externas extensibles </li></ul><ul><li>Métodos internos: encalado; mallas de sombreo </li></ul>2) Ventilación <ul><li>Ventilación natural </li></ul><ul><li>Ventilación forzada </li></ul>3) Sistemas evaporativos <ul><li>Pantallas evaporativas ( Cooling System) </li></ul><ul><li>Nebulización ( Fog System): alta y baja presión </li></ul>
  7. 7. Disminución de la radiación entrante <ul><li>Encalado </li></ul><ul><li>Dificultad en la aplicación. Poca homogeneidad </li></ul><ul><li>Pinturas no selectivas son más económicas pero </li></ul><ul><li>disminuyen la absorción de radiación PAR </li></ul><ul><li>Presentan buenos resultados respecto a la relación producción/coste </li></ul>2) Mallas de sombreo <ul><li>Permiten una mayor regulación </li></ul><ul><li>No impiden la entrada de radiación calorífica al </li></ul><ul><li>interior </li></ul><ul><li>Son de gran utilidad en épocas invernales </li></ul>
  8. 8. Ventilación natural Condicionantes <ul><li>Orientación respecto de los vientos dominantes </li></ul><ul><li>Superficie mínima de ventilación </li></ul><ul><li>Número y posición de las ventanas </li></ul>: 15-25% : Ventana lateral y cenital
  9. 9. Sistemas de evaporación de agua <ul><li>Pantallas evaporativas </li></ul><ul><li>Más eficientes desde el punto de vista refrigerativo </li></ul><ul><li>Poca homogeneidad </li></ul><ul><li>en la distribución del aire frío </li></ul><ul><li>Mayor inversión inicial </li></ul>Fundamento: conversión de calor sensible en calor latente de evaporación del agua, aportada de forma mecánica. <ul><li>Nebulizadores </li></ul><ul><li>Menor eficiencia, sobre todo en baja presión </li></ul><ul><li>Mayor uniformidad. Nebulizadores por todo el invernadero </li></ul><ul><li>Menor inversión inicial </li></ul>
  10. 10. ALTA PRESIÓN BAJA PRESIÓN <ul><li>Presión : 40-60 atmósferas </li></ul><ul><li>Tamaño de gota : 2-60 μ m </li></ul><ul><li>Alta superficie y bajo peso. Prácticamente la totalidad de agua se evapora </li></ul><ul><li>Sistemas caros </li></ul><ul><li>Presión : 40-60 atmósferas </li></ul><ul><li>Tamaño de gota : 2-60 μ m </li></ul><ul><li>Baja superficie y mayor peso. Puede llegar a mojar a la planta </li></ul><ul><li>Sistemas económicos </li></ul>Nebulización ( fog system)
  11. 11. Parámetros de control <ul><li>Hora de inicio </li></ul><ul><li>2) Hora de finalización </li></ul><ul><li>3) Duración mínima y máxima de humedecimiento </li></ul><ul><li>4) Tiempo de nebulización (en sistemas T/N coincide con la duración de humedecimiento) </li></ul><ul><li>5) Pausa mínima entre 2 turnos de humedecimiento </li></ul>1 2 3 5
  12. 12. ESTRATEGIAS DE CONTROL DE LA NEBULIZACIÓN A BAJA PRESIÓN EN INVERNADEROS
  13. 13. OBJETIVOS
  14. 14. <ul><li>Comparar distintos sistemas de refrigeración, en función del salto térmico obtenido (T interior –T exterior ), prestando especial atención a los sistemas de nebulización. </li></ul><ul><li>Determinar estrategias de control que permitan optimizar el consumo de agua utilizado en los sistemas de nebulización </li></ul><ul><li>Determinar un modelo climático que represente el comportamiento físico del invernadero. </li></ul><ul><li>Validar el modelo, realizando simulaciones y comparando los resultados con datos climáticos reales. </li></ul>
  15. 15. MATERIALES Y METODOS
  16. 16. Invernadero experimental de techo curvo, estructura de acero galvanizado y cubierta de metacrilato 6,6 m 20 m 3 m
  17. 17. Actuadores de los sistemas de refrigeración Disminución de la energía solar entrante: mallas de sombreo Ventilación natural: ventana cenital y lateral Sistemas evaporativos: nebulización
  18. 18. Estrategias de refrigeración 1 . Ventilación lateral y cenital. 2 . Ventilación lateral y cenital + pantalla de sombreo . 3 . Ventilación lateral y cenital. Nebulización sin pantalla 4 . Ventilación lateral y cenital. Nebulización por debajo de la pantalla 5 . Ventilación lateral y cenital. Nebulización por encima de la pantalla
  19. 19. Nebulización por encima de la malla de sombreo
  20. 20. Control de la nebulización 1.- Localización de la nebulización Llave general Llaves de paso a los conductos principales Bifurcaciones a los ramales secundarios
  21. 21. 2.- Frecuencia de la nebulización SALIDAS ENTRADAS SELECTORES DE PROGRAMACIÓN MICROCONTROLADOR “ LOGO” (SIEMENS)
  22. 22. temporización simétrica temporización a la conexión 30 sg Ejemplo  8 s cada 1 minuto (1,6 l/m2 h) 8 sg
  23. 23. Colocación de los sensores en el inverandero
  24. 24. Modelo. Balance de energía τ b S V (T i – T o ) U (T i – T o ) F Ti (periodo siguiente) = Ti + [ τ b S- U (Ti – To)- V (Ti – To)-F]/C
  25. 25. RESULTADOS
  26. 26. Datos de campo.Análisis de varizanza Año 2002 44,3 b 0,9 a 32,8 ab 5) + pantalla de sombreo + nebulización POR ENCIMA (8 s cada minuto  1,6 l/m 2 h) 61,1 c -0,2 a 33,0 ab 4) + pantalla de sombreo + nebulización POR DEBAJO (8 s cada minuto  1,3 l/m 2 h) 36,6 ab 2,6 b 35,5 b 3) + nebulización (12 s cad 4 minutos  0,6 l/m 2 h) 32,4 ab 2,9 b 31,6 a 2) + pantalla de sombreo 28,9 a 4,4 c 32,3 ab 1) Ventilación cenital y lateral HR (%) ∆ T (ºC) Tmed (ºC) Experimento Variable medida
  27. 27. Año 2003 58,6 D -0,9 A 31,9 A 6) + nebulización (8 s cada minuto  1,6 l/m 2 h) 41,5 C -0,1 A 33,5 AB 5) + pantalla de sombreo + nebulización POR ENCIMA (8 s cada minuto  1,6 l/m 2 h) 71,8 D -0,7 A 32,6 AB 4) + pantalla de sombreo + nebulización POR DEBAJO (8 s cada minuto  1,3 l/m 2 h) 39,8 BC 1,5 B 35,3 B 3) + nebulización (12 s cada 4 minutos  0,6 l/m 2 h) 27,0 AB 2,2 B 34,9 B 2) + pantalla de sombreo 18,6 A 3,8 C 38,1 B 1) Ventilación cenital y lateral HR (%) ∆ T (ºC) Tmed (ºC) Experimento Variable medida
  28. 28. Análisis de varianza para estrategias de nebulización por encima de la pantalla Año 2002
  29. 29. Ajuste del modelo <ul><li>Ti (periodo siguiente) = Ti + [ τ b S- U (Ti – To)- V (Ti – To)-F]/C </li></ul>601,98 (W/m 2 ) F (neb. sin pantalla;dosis  1,6 l/m 2 h) 56,66 (W/m 2 ) F (neb. POR ENCIMA;dosis  0,3 l/m 2 h) 73,17 (W/m 2 ) F (neb. POR ENCIMA;dosis  0,4 l/m 2 h) 118,91 (W/m 2 ) F (neb. POR ENCIMA;dosis  0,6 l/m 2 h) 157,39 (W/m 2 ) F (neb. POR ENCIMA;dosis  1,6 l/m 2 h) 80,74 (W/m 2 ) F (neb. POR DEBAJO;dosis  0,325 l/m 2 h) 273,39 (W/m 2 ) F (neb. POR DEBAJO;dosis  1,3 l/m 2 h) 211,31 (W/m 2 ) F (neb. POR DEBAJO;dosis  0,6 l/m 2 h) 75,86 (W/m 2 ºC) C 70,42 (W/m 2 ºC) V (con pantalla) 86,19 (W/m 2 ºC) V (sin pantalla) 0,35 (adimensional) τb (con pantalla) 0,63 (adimensional) τb (sin pantalla) 2002/2003 Coeficiente
  30. 30. Validación del modelo Ventilación cenital y lateral + pantalla de sombreo+ nebulización por debajo con ciclos de 8 s cada minuto Nebulización Temp. int. medida Temp. int. simulada Error: 1,05 ºC
  31. 31. Simulación de los flujos energéticos Ventilación cenital y lateral + pantalla de sombreo+ nebulización por debajo con ciclos de 8 s cada minuto Flujo energético W/m 2 Radiación solar Pérdidas en cubierta Ventilación Nebulización -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 0:00:00 0:00:00 Tiempo, h
  32. 32. Simulación (estrategias de nebulización) Sin pantalla Nebulización por encima de la pantalla Nebulización por debajo de la pantalla F = F (Q)
  33. 33. Estrategias de control 1. Definimos los puntos de consigna 1. CONTROL T/N 2. CONTROL PWM
  34. 34. 2. Escogemos el tipo de control 1. CONTROL T/N
  35. 35. 2. CONTROL PWM
  36. 36. PWM TODO/NADA La temperatura media es similar, siendo más gradual con control PWM. El consumo de agua es mucho menor mediante el control por sistema de PWM, del orden del 8% al 15%. Nebulización sin pantalla
  37. 37. Combinación de sistemas de nebulización con control PWM Sin pantalla Por debajo de la pantalla Por encima de la pantalla
  38. 38. Sin pantalla Por debajo de la pantalla Por encima de la pantalla
  39. 39. CONCLUSIONES
  40. 40. <ul><li>LA COMBINACIÓN DE VENTILACIÓN +PANTALLA DE SOMBREO +NEBULIZACIÓN A BAJA PRESIÓN POR ENCIMA DE LA PANTALLA CONSIGUE REDUCIR LA TEMPERATURA INTERIOR Y NO SATURA LA HUMEDAD EN EL ENTORNO DE LA PLANTA. </li></ul><ul><li>EL MODELO CALCULADO ESTIMA LA TEMPERATURA INTERIOR CON UN ERROR ABSOLUTO MEDIO, RESPECTO DEL VALOR REAL, INFERIOR A 1,5ºC. POR ELLO, PERMITE SU EMPLEO EN SIMULACIONES DE CONTROL. </li></ul><ul><li>EL SISTEMA DE CONTROL MÁS EFICIENTE ES LA TÉCNICA DE MODULACIÓN POR EL ANCHO DE IMPULSO (PWM), CONSIGUIENDO UN AHORRO DE AGUA RESPECTO A UN CONTROL CONVENCIONAL TODO/NADA DEL ORDEN DEL 8 % AL 15%. </li></ul>

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