Factors que influeixen en la fotosíntesi i la ventilació en hivernacles

Factors que influeixen en la fotosíntesi

• Llum: La llum del sol és la principal font d'energia per a la fotosíntesi. La radiació fotosintèticament activa (PAR) interceptada per la coberta vegetal és el principal factor que determina la producció de matèria seca.

• Temperatura:

• Humitat relativa (HR): Període crític pel cultiu. HR baixa (<30%) i temperatura elevada (>35ºC): transpiració elevada.

• CO₂: És un factor limitant per a la fotosíntesi (òptim: [CO₂] = 900 - 2000 μmol mol^-1).

• Dèficit de pressió de vapor (DPV): És la quantitat de vapor d'aigua que es necessita per saturar l'atmosfera.

Ventilació en hivernacles

La ventilació modifica la temperatura, la humitat relativa i la [CO₂]. A l'hivern, també és necessària per evitar HR altes i la condensació, implicant una disminució de la temperatura.

Per què es produeix la condensació? Punt de rosada: Quan la quantitat de vapor d'aigua a l'aire arriba al nivell màxim (100% HR), l'aire està saturat.

Eficiència de la ventilació: Induir la mescla de l'aire interior i exterior. Velocitat de l'aire adequada per promoure l'intercanvi d'energia i de massa entre les plantes i l'aire interior.

Taxa de renovació de l'aire (Z): Volum d'aire intercanviat (V_aire) per unitat de temps (∆T) respecte al volum de l'hivernacle (V_hivernacle).

Cabal o flux de ventilació (ɸ): Volum d'aire que entra o surt d'un espai en un període determinat de temps. Es pot expressar com a volum d'aire intercanviat per unitat de temps (m³ s^-1).

Diferència de pressió (∆P)

Es basa en dos processos: efecte del vent (velocitat i direcció) i temperatura. L'efecte del vent i de la temperatura tenen lloc simultàniament.

Es genera un camp de pressió en diferents punts de la superfície exterior de l'hivernacle que depenen de:

• Component estacionària: Depèn de la velocitat del vent.

• Component fluctuant: Depèn de la turbulència.

Component estacionària: La diferència de pressió (∆P) entre els dos costats de la finestra es considera proporcional a l'energia cinètica del vent mesurada a l'exterior a una altura de referència.

Considerant un hivernacle amb una finestra orientada a barlovent i una altra a sotavent, tindrem dos CV diferents: CV,b > 0 per la finestra orientada a barlovent i CV,b < 0 per la finestra orientada a sotavent.

Si l'hivernacle té diferents finestres amb diferents valors CV, la diferència de pressió estàtica mesurada entre l'interior i l'exterior origina un flux d'aire des de les zones amb CV > 0 cap a les zones amb CV < 0. Aquest intercanvi té lloc en hivernacles amb finestres laterals i zenitals.

Component fluctuant: La naturalesa fluctuant del vent dona lloc a una variació de pressió que passa de positiva a negativa. L'amplitud temporal de la variació és la força motriu de la renovació de l'aire de l'hivernacle. Els càlculs es realitzen substituint el coeficient de pressió per un coeficient de fluctuació. La força motriu del flux és proporcional a la diferència de temperatura ∆T entre l'interior (T_a) i l'exterior (T₀).

Influència de la ventilació sobre el clima exterior

Avaluació mitjançant els balanços de:

• Energia: Estimar el flux de ventilació per aconseguir un determinat ∆T. ∆T també dependrà de la fracció de càrrega solar que es transforma en calor latent (b). Quan més baixa sigui la fracció de l'energia solar utilitzada en el procés de transpiració (b molt baix), es necessitarà un flux de ventilació més elevat per mantenir ∆T.

• Matèria:

• Vapor d'aigua: Estimació de la transpiració del cultiu. Mecanisme de retroacció.

• [CO₂]: Font de CO₂ a partir de l'aire exterior. Font de CO₂ quan s'aplica l'enriquiment carbònic a un hivernacle tancat (pèrdues de CO₂ a través de defectes d'estanqueïtat).

Sistemes de refrigeració i calefacció

Panells d'evaporació (evaporation pad o cooling system)

Característiques:

• Material cel·lulòsic en forma de làmines impregnades amb additius.
• Gruixa: 100-200 mm.
• Superfície: 1 m² / 20-30 m² hivernacle.
• Distància entre el panell i el ventilador: <30-40 m. Evitar gradients de temperatura elevats. Hivernacles de gran longitud: ubicació en sentit longitudinal.
• Distància entre ventiladors: <10 m.
• Velocitat de l'aire: 0,5-1,75 m s^-1. Taxa de renovació de l'aire: 120-150 m³ h^-1 / m² hivernacle.
• Cabal mínim d'aigua (panell de gruixa 100 mm): 10 L min^-1 / m lineal de panell.
• Funcionament amb la ventilació natural tancada.
• Es poden utilitzar amb aigua de baixa qualitat.

Succió (pressió negativa)

• Disposició dels panells a la paret oposada del ventilador.
• Pressió interior < Pressió exterior: Entrades d'aire exterior i de pols a través dels defectes d'estanqueïtat.
• Col·locació dels panells: Vertical o Horitzontal.

Pressió (pressió positiva)

• Disposició dels panells i dels ventiladors de manera contigua. Els ventiladors es col·loquen abans dels panells.
• La refrigeració depèn de la diferència entre la HR de l'aire exterior i la del panell (100%). Quan més elevat sigui ∆HR, el salt tèrmic també ho serà. Eficiència superior en climes secs.
• Pressió interior > Pressió exterior: L'aire exterior amb partícules en suspensió no pot entrar a través dels defectes d'estanqueïtat.
• Altra configuració: Panells col·locats a un compartiment exterior de l'hivernacle. Repartiment de l'aire fred mitjançant un sistema de distribució.

Sistemes de calefacció per convecció

• Utilitzen generadors d'aire calent.
• Cost d'inversió moderat.
• Instal·lació senzilla.
• Temps de resposta relativament curt.

Avantatge: Permeten disminuir la HR de l'aire en el període nocturn.

Desavantatge: Indueixen gradients tèrmics elevats. L'aire calent s'acumula al voltant de les parets del sostre. Augment de les pèrdues tèrmiques de l'hivernacle.

Distribució de l'aire mitjançant conductes de PE perforats.

Dos sistemes:

• Sistemes amb bescanviador de calor: Aerotermos i generadors d'aire calent.
• Sistemes sense bescanviador de calor.

Combustibles amb contingut baix en sofre:

• Gas natural.
• Propà.

Combustió completa (teoria): S'allibera CO₂ + H₂O. Injecció a l'hivernacle (↑ [CO₂]). Sistema econòmic d'enriquiment carbònic.

Combustió incompleta (realitat): Subproductes de la combustió: CO (combustió incompleta / posada en funcionament o aturada del cremador), NO i NO₂ (generats a l'atmosfera, problemes de fitotoxicitat).

H₂O: 1,6 kg per m³ de gas. HR de l'hivernacle molt elevada (demanda energètica elevada).

CO₂: 2,0 kg per m³ de gas. Alliberació durant la nit. Evitar [CO₂] tòxiques.

Utilitzar el sòl com a sistema de bescanviador de calor amb l'aire de l'hivernacle. La superfície del sòl és superior a la superfície d'intercanvi dels sistemes de calefacció aeris tradicionals. Avui dia, és un sistema poc utilitzat, ja que exigeix molta mà d'obra i maquinària. Si els tubs no estan enterrats a una profunditat elevada, dificulta els treballs. Si el sòl es troba humit, millora la conducció.