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Sistemas de Calefacción para un Invernadero en Producción

Jueves, 7 de septiembre de 2023 | Jose Chen Lopez

Debido al aumento de la preocupación sobre el calentamiento global, es muy importante utilizar la menor cantidad de combustibles fósiles* como energía para minimizar el impacto en nuestro delicado medio ambiente. Para los horticultores puede ser muy difícil mantener temperaturas ideales en los invernaderos durante los meses de invierno, incluso durante el día.

Durante esos meses, puede ser que las estrategias para conservar la energía no sean suficientes para mantener la temperatura del aire en un rango óptimo y, por lo tanto, sea necesario utilizar combustibles fósiles para calentar el ambiente de cultivo.

Criterios por considerar al seleccionar un método de calefacción:

• Rentabilidad de la inversión.
• Que la fuente de calor este cerca de las plantas, que cubra toda el área de producción y que mantenga la temperatura suficientemente alta para promover un crecimiento activo de la planta.
• Seguridad en el uso de la fuente de energía.

Los siguientes tres sistemas de calefacción cumplen con los criterios mencionados anteriormente: sistema de calefacción central, sistema de calefacción por radiación infrarroja y sistema decalefacción forzada por aire.

Tuberías para un sistema de calefacción de piso. Note los tubos en la base de la pared.

Fuente: http://www.nexuscorp.com/equipment_hot_water_radiant_heat

Sistema de Calefacción Central

Funcionamiento

• El calor se transfiere desde la tubería de agua caliente hacia un objeto, este tipo de transferencia de calor se considera como calor radiante.
• Este tipo de sistema de calefacción utiliza una caldera para calentar agua o para producir vapor.
• Las calderas pueden quemar combustible como gas natural, madera, carbón o queroseno.
• Los sistemas de agua caliente son más efectivos que los sistemas de vapor.
• El CO₂ es un subproducto de la caldera. Este gas se puede capturar y liberar durante el día en el invernadero para ayudar a las plantas en el proceso de fotosíntesis.
• El agua o vapor se debe transportar en tuberías por todo el invernadero.
• La temperatura del agua para sistemas elevados puede ser de hasta 94°C (200°F) mientras que la temperatura bajo los bancos puede llegar hasta 40°C (104°F).
• El calentamiento del piso con agua caliente es otro método para incrementar la temperatura del invernadero. En este método, las tuberías se colocan en el suelo, bajo una capa de hormigón, gravilla, arena o tierra. Las tuberías calefactoras forman circuitos alrededor de toda la superficie del invernadero. La temperatura del agua puede llegar hasta 40°C (104°C).

Tipo de Producción

• En los invernaderos dedicados a la producción de hortalizas, se colocan dos tuberías de agua caliente sobre el piso, paralelas a las hileras y entre las hileras. Estas tuberías sirven para calentar el invernadero; parecen rieles de tren. Se pueden utilizar carros en estos rieles para transportar la cosecha, apoyar el equipo para fumigar plantas y el equipo para la gente que trabaja en las plantas.
• Otra opción para la producción de hortalizas en invernadero es colocar tuberías de polietileno con agua tibia cerca de las plantas.

Tipo de Invernadero

• Las tuberías se pueden colocar alrededor del perímetro interno del invernadero en caso de tener un invernadero de capilla sencilla. Para invernaderos multicapilla, se recomienda instalar las tuberías cerca del canalón (para derretir el hielo) o bajo los bancos de cultivo.

Notas

• Este sistema se recomienda para grandes operaciones debido a su alto costo de instalación y de equipo.
• Puede ser más eficiente que utilizar unidades de calefacción por aire forzado ya que el invernadero se calienta de manera uniforme, no hay gran necesidad de ventilación.
• Estos sistemas necesitan tiempo para alcanzar la temperatura deseada y, del mismo modo, toma tiempo para que disminuya la temperatura.

Tuberías de calefacción infrarroja colocada en la parte superior del invernadero; irradian calor que calienta los objetos sólidos debajo.
Fuente: http://www.robertsgordon.com/greenhouse-infrared-heating

Calefactor de radiación infrarroja

Funcionamiento

• El calor se transfiere desde la fuente de energía hacia el objeto. En el caso de los invernaderos, el calor se transfiere desde la tubería infrarroja hacia la planta u otros objetos. En otras palabras, el aire no transfiere el calor y la temperatura del aire no aumenta.
• Una tubería infrarroja o dos tuberías (con forma de U) van en paralelo al canalón a lo largo de todo el invernadero.
• El sistema consiste en un solo quemador o una serie de quemadores a lo largo de la tubería.
• La fuente de combustible puede ser gas natural o propano.
• En un invernadero es más seguro utilizar calefactores infrarrojos de baja intensidad que calefactores infrarrojos de alta intensidad ya que las tuberías llegan a estar a una temperatura de hasta 594°C (1100°F). Las tuberías de los calefactores infrarrojos de alta intensidad pueden llegar a una temperatura tan alta como 982°C (1800°F).
• La diferencia de calor irradiado hacia el suelo entre la fuente y el final de la tubería se puede minimizar aumentando la altura de la tubería.

Notas

• Las tuberías de aletas son más efectivas que las tuberías sin revestimiento gracias a la mayor área superficial de la tubería de aletas para irradiar calor.
• Este tipo de sistema de calefacción distribuye el calor de forma más eficiente cuando el calor se refleja en un ángulo de 90° (orientado hacia las plantas) ya que puede cubrir la superficie completa del invernadero.

Calefactor sobre las plantas, sistema de calefacción por aire forzado. Fuente: Premier Tech 

Unidades de calefacción por aire forzado

Tipos de Calentadores por Aire Forzado

• Existen dos tipos de calefactores por aire forzado: calefactores con ventilación y sin ventilación. En el primer tipo, el calor de la combustión se transfiere al aire mediante intercambiadores de calor; los gases de escape de la combustión se deben enviar fuera del invernadero a través de un tubo a presión.  El oxígeno para la combustión se obtiene del ambiente exterior. El segundo tipo utiliza oxígeno del interior del invernadero. La desventaja de este tipo de calefactor es que los gases de la combustión permanecen dentro del invernadero. Todo el calor que produce el calefactor se utiliza para calentar el aire.

Funcionamiento

• Las fuentes de combustible que utilizan los calefactores son: gas natural, gas licuado del petróleo y queroseno.
• Los subproductos de la combustión son: vapor de agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono, etileno, propileno y dióxido de azufre. Las plantas pueden utilizar el dióxido de carbono hasta cierto punto.
• Los calefactores se pueden colocar a cierta altura o en el suelo.
• Un invernadero puede tener una o varias unidades, esto depende del diseño.
• Un calefactor y una tubería de polietileno elevada es suficiente para calefaccionar un invernadero. Sin embargo, las tuberías de polietileno de menor diámetro se pueden colocar del lado de los bancos, bajo o entre las hileras.
• Este tipo de sistema necesita ventiladores para hacer circular el aire desde el calefactor (fuente de energía) hacia el lado opuesto del invernadero. Una forma de lograr esto es mediante el uso de tuberías de polietileno. Una tubería va en paralelo al largo del invernadero y a las hileras de cultivo. Estas tuberías tienen orificios de ventilación en toda su longitud, perpendiculares a la tubería para distribuir el calor de manera uniforme a las plantas.
• Es necesario instalar ventiladores de flujo de aire horizontal (HAF, por sus siglas en inglés) para hacer circular el aire a través de todo el invernadero. Estos ventiladores facilitan la circulación del aire; el aire estancado puede causar diferencias en la temperatura del aire, las plantas pueden crecer de forma dispareja y el microambiente caliente y húmedo puede estimular el desarrollo de enfermedades.
• Se puede encender o apagar el calefactor según los valores de temperatura establecidos en el termostato.

Notas

• Se recomienda este tipo de sistema de calefacción para invernaderos pequeños.
• El tiempo para calentar el aire es relativamente bajo en comparación con los sistemas de calefacción central.
• El calor que se transfiere a las plantas es menos eficiente debido a que se debe de calentar el aire primero para poder calentar las plantas (el calor se transfiere por convección). Por lo tanto, la temperatura de las plantas no puede ser mayor a la temperatura del aire.

Además de los métodos anteriores, se puede calentar un invernadero con agua caliente residual proveniente de las centrales eléctricas que puedan estar cerca. Otra opción es utilizar calor geotérmico, en el cual se bombea agua caliente del subsuelo hacia la superficie para calentar el invernadero. Aún más, las minas profundas pueden proveer aire caliente al invernadero.

Sea cual sea el método que elija para calentar su invernadero, es muy importante consultar a un ingeniero para modificar o modernizar el invernadero porque el éxito de los diferentes sistemas de calefacción o de las estrategias de conservación de energía dependerá del diseño ajustado a su invernadero.

Para más información sobre las diferentes estrategias de conservación de energía y de cómo evitar la pérdida excesiva de calor dependiendo del tipo de invernadero y de su localización, lea el siguiente artículo: Consejos para Mejorar la Conservación de Energía en un Invernadero 

*En este artículo, se considera como combustibles fósiles al gas natural, gas licuado del petróleo, carbón o queroseno.

Para mayor información, contacte a su representante de Servicios al Productor de Premier Tech.

Jose Chen Lopez Es especialista en horticultura México y el sur oeste de los Estados Unidos