IFAPA

1. 1. Introducción
2. Descripción del trabajo experimental
3. Resultados
4. Conclusiones
Influencia de un Acumulador de Calor
Pasivo sobre el Microclima y la
Bioproductividad bajo Invernadero

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Influencia de un Acumulador de Calor Pasivo sobre el Microclima y la Bioproductividad bajo Invernadero
© Edita JUNTA DE ANDALUCÍA. Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera.
Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural.
Almería, Diciembre de 2015.
Autoría:
Esteban José Baeza Romero1
Evangelina Medrano Cortés1
Pilar Lorenzo Mínguez1
Mª Cruz Sánchez-Guerrero Cantó1
Mª Jesús Sánchez González1
Manuel Eduardo Porras Sánchez1
Milagros Torrecillas Ruiz1
1IFAPA, Centro La Mojonera, Almería
Influencia de un Acumulador de Calor Pasivo sobre el Microclima y la Bioproductividad bajo Invernadero./ [Baeza, E.J., Medrano, E.,
Lorenzo, P
., Sánchez-Guerrero, M.C., Sánchez, M.J., Porras, M.E., Torrecillas, M.]. – Almería. Consejería de Agricultura, Pesca y
Desarrollo Rural. Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera , 2014. – 1-18 pp. Formato digital (e-book) – (Área de
Producción Agraria).
Almacenamiento térmico –Mangas de agua- Temperatura – Radiación– Producción

3. 1. Introducción
La horticultura protegida andaluza debe aumentar el
rendimiento y la calidad de sus productos especialmente durante los
periodos fríos, cuando teóricamente es y debe seguir siendo más
competitiva. Este incremento de producción y calidad no puede
realizarse a costa de incrementar el uso de insumos, especialmente
energía, agua y fertilizantes, para reducir el impacto de la
horticultura bajo invernadero en el mediterráneo (Imagen 1).
El uso integrado de nuevos materiales de cubierta de elevada
transmisividad, difusividad y mejor comportamiento frente a la
condensación de vapor de agua, junto con técnicas de
climatización/almacenamiento térmico pasivas (con bajos o nulos
requerimientos de energías fósiles) pueden ser algunas de las
estrategias que mejor se adapten al sistema productivo
predominante en Andalucía: explotaciones familiares relativamente
pequeñas con invernaderos de bajo coste y sin sistemas activos de
climatización (Imagen 2).
3/18
Imagen 1. Vista general zona productiva bajo
invernadero. Término municipal La Mojonera,
Almería
Imagen 2. Invernadero de bajo coste, sin
sistemas activos de calefacción.
La incorporación de mangas de plástico llenas de agua
como acumuladores de calor en el invernadero es un sistema
de calefacción pasivo que permite aumentar la temperatura del
aire y de la planta durante el periodo frio e incrementar la
producción del fruto de pimiento.

4. Objetivo
El objetivo es mejorar el microclima en la época invernal en el interior de los invernaderos
Mediterráneos mediante un sistema pasivo de calefacción, basado en el uso de acumuladores de calor
sencillos: distribución de mangas de polietiléno (PE) con filtro para la absorción de la radiación infrarroja
cercana (NIR), llenas de agua y selladas por sus extremos (Imagen 3). Durante el día, la radiación solar
que incide sobre las mangas calienta el agua que hay en su interior. Durante la noche, el calor acumulado
en el agua es emitido al aire por convección y por radiación (Imagen 4).
4/18
Imagen 4. El agua se calienta durante el día y emite el calor acumulado por la noche
DIA NOCHE
Radiación solar
 
convección
Radiación
Imagen 3. Mangas de PE llenas de agua,
distribuidas en el suelo del invernadero.

5. 5/18
Localización
La experimentación se llevó a cabo en el Centro
IFAPA La Mojonera, Almería.
El invernadero
Se utilizó un invernadero tipo parral multicapilla
(raspa y amagado) dividido en dos módulos de 27,5 x 50
m cada uno, con tres capillas orientadas en la dirección
Este-Oeste. La ventilación en cada módulo se gestiona
de forma independiente y consiste en dos ventanas
enrollables en los laterales Sur y Norte mas una ventana
cenital abatible en el medio de la capilla central. Un
pasillo central hormigonado de 2,5 m de anchura recorre
el invernadero de Este a Oeste, dejando dos parcelas de
cultivo, al Sur y al Norte de cada módulo, con una
dimensión cada una de 12,5 x 50 m (Imagen 5). Uno de
los módulos se consideró cómo referencia (R) y en el
otro se instaló el sistema de calefacción pasiva mediante
acumuladores de calor (CP). Las fechas clave del
experimento se muestran en la tabla 1.
Imagen 5. Esquema de los dos módulos experimentales
Fechas clave
Trasplante 7 de Agosto de 2014
Blanqueado 4 de Agosto - 30 de Septiembre
Semanas 1-9 de cultivo
Instalación mangas CP 10 de Noviembre de 2014
Semana 15 de cultivo
Inicio de recolección 30 de Octubre de 2014
Final del cultivo 20 de Marzo de 2015
Tabla 1. Fechas clave del experimento
2. Descripción del trabajo experimental

6. 6/18
Imagen 6. Instalación y esquema del sistema pasivo de calefacción basado en el uso de
mangas de film plástico llenas de agua en el módulo CP.
La mangas solares pasivas, similares a las empleadas en muchos
invernaderos con calefacción para distribuir aire caliente, son de film
semi-transparente de PE fotoselectivo. La fotoselectividad consiste en
que el material contiene aditivos para absorber un elevado porcentaje
de la radiación infrarroja cercana (NIR) que incide sobre las mangas y
de esta forma aumentar el calentamiento del agua contenida en su
interior por convección frente a un plástico estándar no fotoselectivo al
NIR.
En el módulo CP se colocaron las mangas solares (24 en el Sur y
24 en el Norte), con una longitud de 12,5 m, un diámetro de 0,5 m y un
espesor de pared de 250 micras, resultando una superficie total de
plástico con absorción NIR de ≈ 720 m2. Las mangas estaban ubicadas
justo en medio de cada línea pareada de cultivo (Imagen 6) sobre un
lámina de polipropileno negro para intentar limitar las pérdidas hacia el
suelo. Cuando las mangas estuvieron llenas de agua, contenían un total
del 50 litros de agua por m2 de superficie de suelo.
2.1 Sistema de calefacción pasiva

7. 2.2. Medidas climáticas y físicas
7/18
Temperatura
Se utilizaron sensores tipo termistor para medir la
temperatura en diferentes medios y posiciones: la temperatura del
agua en el interior de 4 mangas de las 48 ubicadas en el módulo
CP: 2 en la parcela Sur y 2 en la parcela Norte, así como la
temperatura entre la manga y la base de polipropileno negro,
también en esos mismos 4 puntos. La temperatura del aire se midió
en los dos módulos (CP y R), colocando un sensor a 1 m de altura
desde el suelo y protegido de la incidencia de la radiación y la
temperatura exterior con otra sonda tipo termistor de precisión en
una estación meteorológica compacta exterior.
Radiación solar
La radiación solar global se midió mediante piranómetros,
fuera del invernadero a 4 m de altura en la estación meteorológica y
en el interior mediante 2 sensores ubicados en cada módulo a dos
alturas distintas, en la parte superior del cultivo y al nivel de la parte
superior de las mangas (Imagen 7).
Todos los sensores realizaban una medida por minuto y
almacenaban el valor promedio de 5 minutos mediante un equipo
de adquisición de datos.
Imagen 7. Sensores tipo piranómetro para la
medida de la Radiación Solar

8. 8/18
Se ha llevado a cabo un ciclo de cultivo con pimiento tipo
"California" cv. Melchor, de Zeraím Ibérica. La densidad de
plantación fue 1,8 plantas/m2 (Imagen 8).
Imagen 8. Cultivo de pimiento tipo “California” cv. Melchor en fase de recolección.
Bioproductividad
En cada módulo y a lo largo del ciclo de cultivo se realizaron
cinco determinaciones del peso fresco y seco de la parte aérea de la
planta dividida en sus fracciones: hoja, tallo y fruto, así como del
área foliar. Cada determinación se realizó sobre 6 plantas por
módulo.
Se evaluó la producción de fruto a lo largo del ciclo de cultivo
y se clasificó en función de su calidad comercial y no comercial.
Para ello se cuantificó la producción de 10 plantas ubicadas en el
centro de 6 líneas de cultivo por cada módulo.
Se estableció un diseño experimental factorial de medidas
repetidas.
2.3. El cultivo y las medidas bioproductivas

9. 9/18
3.1. Condiciones de clima exterior durante el
experimento
Figura 1. Evolución semanal del clima exterior: A) media de
integrales diarias de radiación global y B) media de
temperaturas máximas, medias y mínimas diarias. La flecha
indica el momento de instalación de las mangas de agua.
La integral media diaria de radiación (Figura 1A)
disminuyó desde 28,2 a 9,7 MJ/m2.día entre los meses
de agosto y diciembre. Posteriormente volvió a aumentar
hasta el mes de marzo, cuando alcanzó valores de 20,8
MJ/m2.día.
La media semanal de las temperaturas máximas,
medias y mínimas se movieron en los intervalos de: 14,3
- 31,7ºC; 10,4 - 27ºC y 6,6 - 22,4ºC respectivamente
(Figura 1B). Las mangas se instalaron en el módulo CP
la semana 15 de cultivo en la que la media de la
temperatura mínima fue de 12,3ºC. A partir de la semana
17 y hasta el final del cultivo la media de las
temperaturas mínimas fue inferior a 12ºC, valor a partir
del cual puede llegar a ser limitante para el desarrollo
óptimo del cultivo.
A)
B)
3. Resultados

10. 10/18
La figura 2 corresponde a la comparativa entre un día
nublado (izquierda) y uno despejado (derecha), en fechas
próximas a la instalación de las mangas de agua en el módulo CP,
con temperatura mínima en el exterior no muy bajas. A lo largo del
día nublado (Figura 2C) se observa una menor amplitud de la
variación térmica que en el día despejado (Figura 2D). Durante el
día nublado el agua en la manga adquiere valores entre 18,2 y
20,6ºC y se observa un ligero aumento de la temperatura del aire
en el módulo CP respecto a R. Ambos módulos mantienen
temperaturas mínimas en el aire superiores al exterior y no
descienden de 13ºC. Durante el día despejado la temperatura del
agua de las mangas se sitúa entre 15,9 y 20,4ºC. También es
mayor la diferencia de la temperatura mínima del aire entre ambos
módulos, observándose un aumento de hasta 1,5ºC en el módulo
CP respecto al R, en el que se observa inversión térmica.
Figura 2. Evolución durante los días 27-28/11/14 (Izquierda) y 4-5/12/14 (derecha) de: A,B) Radiación global (exterior e interior del módulo con
calefacción pasiva C,D) Temperatura del aire (exterior e interior de los módulos) y del agua en las mangas de PE.
3.2. Dinámica térmica diaria
La evolución diaria de la temperatura del agua en las mangas de calefacción pasiva (Figuras 2C,
2D, 3C y 3D) muestra cómo los valores máximos se alcanzan en torno a las 15:00 hora solar (equivalente
a las 16:00 en horario de invierno). Posteriormente, conforme se reduce la temperatura del aire se genera
un gradiente térmico que favorece la emisión de calor del agua hacia el aire, descendiendo la temperatura
del agua. Esta emisión de calor provoca un incremento de la temperatura nocturna en el módulo CP
respecto al módulo R.

11. 11/18
En el día despejado (A,C) la evolución de la
temperatura del agua en las mangas muestra una gran
variación y se sitúa entre 13,9 y 20,9ºC. La temperatura
mínima del aire alcanzó 5,6ºC en el módulo CP, aunque fue
notablemente superior a la del módulo R, en el que se
produjo inversión térmica.
En el día nublado (B,D), la evolución de la
temperatura del agua muestra una menor variación a lo
largo del día. En este caso, la temperatura del agua en la
bolsa osciló entre 15,1 y 17,3ºC y se observa un ligero
aumento de la temperatura del aire en el módulo CP
respecto a R. Ambos módulos mantienen temperaturas
mínimas superiores al exterior y no descienden de 10ºC,
valor no tan determinante como el observado en el caso
anterior.
La Figura 3 corresponde a la comparativa entre un día despejado (izquierda) y uno nublado
(derecha), en un periodo del ciclo de cultivo con baja temperatura mínima en el exterior.
Figura 3. Evolución durante los días 4-5/02/15 (Izquierda)
y 12-13/02/15 (derecha) de: A,B) Radiación global exterior
e interior del módulo con calefacción pasiva; C,D)
Temperatura del aire exterior e interior de los módulos y
temperatura del agua en las mangas de PE.

12. 12/18
El sistema de calefacción pasiva indujo un
incremento en los valores de temperatura ambiente
nocturna respecto al módulo de referencia. Dicho
incremento será mayor cuanto mayor sea la
intensidad de radiación incidente sobre la manga
(Figura 4). A medida que avanzó el ciclo de cultivo
el promedio de las diferencias de temperatura
ambiente y la diferencia máxima alcanzada entre
CP y R fue aumentando (Tabla 2).
Durante el ciclo de cultivo las temperaturas
mínimas descendieron hasta los 5ºC en el
invernadero de referencia, en estas condiciones un
incremento térmico de 1,5 a 3ºC puede ser crucial
para el desarrollo del cultivo ya que nos
encontramos por debajo de las temperaturas
consideradas limitantes para el cultivo de pimiento,
que se sitúan entre los 10-12ºC.
3.3. Incremento térmico nocturno
Tabla 2.- Incremento térmico nocturno, medio y máximo, entre la
temperatura del aire registrada en los módulos CP y R durante los
meses de otoño e invierno.
Figura 4.- Temperatura del aire mínima alcanzada en los módulos
CP y R entre el 12 y el 25 de enero. Integral de radiación global
diaria (Rg) incidente sobre las mangas de agua registrada el día
anterior.
Mes D Medio (ºC) D Máximo (ºC)
Noviembre 0,9 2,0
Diciembre 0,8 1,7
Enero 0,9 2,3
Febrero 1,5 2,8
Marzo 1,7 2,9

13. 13/18
Figura 5. Evolución de los valores de temperatura de suelo medidos
en los módulos CP y R en el periodo 24/11 al 9/12.
La Figura 5 muestra la evolución de la
temperatura de suelo medida en los módulos CP
y R, durante el periodo del 24/11 al 9/12. Se
observa que en general, excepto al final, los
valores de temperatura de suelo en CP fueron
mayores que los de R tanto durante el periodo
diurno como en el nocturno.
Durante el resto del ciclo de cultivo, y al
igual que sucede con la temperatura ambiente,
en el módulo CP se midieron temperaturas de
suelo superiores a las de R. Durante el día el
suelo se va calentando a medida que se calienta
el agua en el interior de la manga y durante la
noche, que es cuando el incremento térmico fue
mayor, el calor emitido por las mangas es el que
calentaba el suelo.
3.4. Influencia del acumulador de calor sobre la temperatura del suelo

14. 14/18
La mañana del 10 de febrero, antes del
amanecer, se realizaron medidas con
termómetro de infrarrojo en los módulos CP y
R, en hojas a tres alturas del dosel vegetal,
en el fruto desarrollado, en el suelo y en la
cubierta del invernadero.
Como se puede ver en la Figura 6,
todos los valores de temperatura en CP
fueron superiores que en R, lo que indica que
el calor nocturno liberado por las mangas
permitía calentar tanto por convección como
por radiación directa, no solo el aire del
módulo del invernadero sino también el
propio cultivo y la cubierta del módulo del
invernadero, en la que se midió un
incremento de 2,2ºC en CP respecto a la
temperatura de la cubierta en el módulo R.
3.5. Influencia del acumulador de calor sobre la temperatura en el cultivo
Figura 6. Promedio de los valores de temperatura superficial medidos
mediante termómetro de infrarrojo en hojas a tres alturas del perfil
vertical de la planta: superior (S), media (M) e inferior (I), así como en la
superficie del fruto, suelo y cubierta de los módulos CP y R (10/2/2015).

15. 15/18
3.6. Análisis del efecto del sistema de calefacción pasivo sobre la bioproductividad
Tabla 3. Producción de materia seca en las diferentes fracciones de la planta, índice de área
foliar (LAI) y área foliar específica (SLA) de los cultivos desarrollados en el módulo con
acumuladores de calor (CP) y en el módulo de referencia (R).
Módulo
Hoja
(g/m2)
Tallo
(g/m2)
Fruto
(g/m2)
LAI
(m/m2)
SLA
(m2/g)
Calor pasivo
(CP)
190 B 251 940 A 1.47 0.008 A
Referencia
(R)
235 A 232 837 B 1.34 0.006 B
Efecto ** n.s. ** n.s. **
Biomasa del cultivo
Las plantas desarrolladas en el módulo con calefacción pasiva (Imagen 9) incrementaron la
producción de materia seca de fruto y redujeron la de hoja, sin afectar al índice de área foliar (LAI). Por
tanto, el área específica foliar (área de hoja por gramo de peso seco de hoja, SLA) fue mayor en el módulo
CP dando lugar a hojas más finas.
n.s. No hay diferencias entre ambos módulos. * Hay diferencias con una probabilidad del 95%
** Hay diferencias con una probabilidad del 99%
Imagen 9. Cultivo de pimiento tipo
“California” cv. Melchor en el módulo con
calefacción pasiva.

16. Tabla 4. Producción comercial de fruto, número de frutos y peso medio del fruto obtenido
en los cultivos con acumuladores de calor y testigo.
Módulo
Producción Comercial
(kg/m2)
Número
de frutos
Peso Medio
fruto (g)
Calor pasivo
(CP)
8,94 36,5 245
Referencia
(R)
7,96 31,8 251
Efecto * ** n.s.
Producción
La colocación de los acumuladores de calor en el módulo CP
aumentó la producción comercial de fruto (Imagen 10), respecto a la
obtenida en el módulo de referencia (R). El incremento fue del 12%
y se debió al desarrollo de un mayor número de frutos a lo largo del
ciclo de cultivo. El peso medio de los frutos en ambos módulos fue
semejante.
n.s. No hay diferencias entre ambos módulos.
* Hay diferencias con una probabilidad del 95%
** Hay diferencias con una probabilidad del 99%
16/18
Imagen 10. Fruto en fase de recolección.

17. La incorporación de mangas de plástico llenas de
agua como acumuladores de calor (Imagen 11) en el
invernadero es un sistema pasivo de calefacción que
permite incrementar la temperatura del aire del invernadero
por la noche durante el periodo frio (noviembre-marzo) e
impide la inversión térmica. Particularmente el efecto es
mayor durante las noches precedidas de días despejados.
En el experimento los incrementos térmicos medios
máximos obtenidos a lo largo del ciclo de cultivo se sitúan
entre 2 y 3 ºC.
Los acumuladores de calor también mejoran la
temperatura de la planta y del suelo lo que ha permitido
incrementar un 12% la producción de fruto comercial de
pimiento debido al crecimiento y desarrollo de mayor
número de frutos durante el ciclo de cultivo.
4. Conclusiones
17/18
Imagen 11. Mangas de plástico llenas de agua utilizadas como acumuladores de
calor.

18. .
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Teléfonos: 954 994 593 / 954 994 666 Fax: 954 994 664
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Este trabajo ha sido financiado por el Proyecto AVA titulado “Desarrollo sostenible de la horticultura protegida” (PP.AVA.AVA201301.8), fondos
FEDER y fondos FSE (Programa Operativo FSE de Andalucía 2007-2013_"Andalucía se mueve con Europa”).
Influencia de un Acumulador de Calor Pasivo
sobre el Microclima y la Bioproductividad bajo
Invernadero