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Sistema de Control Contro l de Humedad y Temperatura Temperatura para un Invernadero. Inverna dero. Sebastián Alvarado Ostos, Mario Ferney Estupiñan Pérez, Fabio Albero Suarez Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Facultad Sede Seccional Sogamoso - Escuela de Ingeniería Electrónica Agricultura de Precisión
S e construirá un invernadero tipo Capilla a dos aguas en su variante sin lucarna con dimensiones reales a una escala de 1:6.6 en el que se controlaran distintas variables, controlara la humedad del suelo y humedad relativa y la temperatura, utilizando distintos sensores para adquirir los datos y mediante actuadores llevara el invernadero a las condiciones apropiadas programadas por un operario mediante mediante una interfaz con con el computador. computador. Resumen:
I.
INTRODUCCION
En la actualidad, la eficiencia y la funcionalidad juegan un papel importante en la administración de un invernadero. Por eficiencia se entiende la idoneidad para condicionar alguno de los principales elementos del clima, no de una manera estática o incontrolable, sino entre limites bien determinados de acuerdo con las exigencias fisiológicas del cultivo. La funcionalidad es el conjunto de requisitos que permiten la mejor utilización del invernadero como sistema productivo. Esta automatización permite interactuar con el invernadero sin necesidad de operar manualmente los diferentes actuadores y leer los sensores en terreno. II.
METODOLOGIA
La construcción del invernadero se realizara en madera tipo pino, recubierto de plástico transparente para invernadero según diseños [1]. La automatización o control se realizara retroalimentando el controlador mediante sensores y tomando acciones sobre los actuadores. (Figura 1)
Para el control de temperatura, mediante los sensores de esta, se medirá la variable constantemente y estos datos se llevaran hasta el software del computador para que este decida según las condiciones de referencia si debe encender un ventilador para que ingrese aire frio del exterior o si debe encender el ventilador junto a una resistencia eléctrica la cual proporcionara calor al aire para que ingrese al invernadero. Para la humedad del suelo, mediante los datos adquiridos por el respectivo sensor, cuando esta se encuentre en un nivel bajo se accionara una bomba de agua la cual permite que mediante goteo se llegue al nivel deseado, cuando llega a este punto esta se apagara hasta que la humedad varié. La humedad ambiente se controla mediante una bomba de agua y un aspersor en la parte superior del invernadero, la cual se medirá mediante su respectivo sensor, y con los datos adquiridos se controlara si se debe activar o no la bomba para que se incremente la humedad.
III.
ESTADO DEL ARTE
El cultivo bajo invernadero siempre ha permitido obtener producciones de primor, de calidad y mayores rendimientos, en cualquier momento del año, a la vez que permiten alargar el ciclo de cultivo, permitiendo producir en las épocas del año más difíciles y obteniéndose mejores precios. Este incremento del valor
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de los productos permite que el agricultor pueda invertir tecnológicamente en su explotación mejorando la estructura del invernadero, los sistemas de riego localizado, los sistemas de gestión del clima, etc., que se reflejan posteriormente en una mejora de los rendimientos y de la calidad del producto final. [2] En [3] la temperatura 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. Normalmente la temperatura óptima para las plantas se encuentra entre los 10 y 20º C. Para el manejo de la temperatura es importante conocer las necesidades y limitaciones de la especie cultivada. Así mismo se deben aclarar los siguientes conceptos de temperaturas, que indican los valores objetivos a tener en cuenta para el buen funcionamiento del cultivo y sus limitaciones. De [4], para elevar la temperatura de los invernaderos, la calefacción por aire caliente consiste en hacer pasar aire a través de focos caloríficos y luego impulsarlo dentro de la atmósfera del invernadero. Existen dos sistemas: Generadores de combustión directa. Un ventilador lanza una corriente de aire al interior de la cámara de combustión del generador, con lo que en su salida el aire ya caliente arrastra consigo gases de la combustión, que pueden crear problemas de toxicidad, y Generadores con intercambiador de calor. La corriente de aire no pasa directamente a través de la cámara de combustión, sino que se calienta atravesando una cámara de intercambio. Por otra parte, la cámara de combustión elimina los gases que se producen en ella a través de una chimenea. Los generadores de aire caliente pueden instalarse dentro o fuera del invernadero. Si están fuera el aire caliente se lleva hasta intercambiadores que están establecidos dentro del invernadero. Cuando los generadores están colocados dentro del invernadero, los ventiladores aspiran el aire del invernadero por una parte del aparato, donde se calienta y es expulsado directamente a la atmósfera del invernadero. También puede distribuirse por medio de tubos de plástico perforado, que recorren en todas las direcciones el invernadero. En el caso de que el generador de calor esté en el exterior, el aire del invernadero es retornado al generador con la ayuda de unos conductos termoaislantes, donde se calienta y es impulsado de nuevo por medio de otros conductos. Los sistemas de calefacción por aire caliente tienen la ventaja de su menor inversión económica y mayor versatilidad al poder usarse como sistema de ventilación, con el consiguiente beneficio para el control de enfermedades. Como inconvenientes pueden citarse, proporcionan una deficiente distribución del calor, creando a veces
turbulencias internas que ocasionan pérdidas caloríficas (menor inercia térmica y uniformidad), su costo de funcionamiento es elevado y si se averían, la temperatura desciende rápidamente. En [5], durante la mayor parte del ciclo productivo, la temperatura del invernadero es excesiva tanto para el buen rendimiento del cultivo como para la salud de los trabajadores que realizan en pleno verano las labores. El reducir la temperatura es uno de los mayores problemas de los invernaderos en climas cálidos, porque no es fácil refrigerar el invernadero sin invertir cantidades relativamente altas en instalaciones y equipos. Los cuatro factores fundamentales que permiten reducir la temperatura son: - La reducción de la radiación solar que llega al cultivo (blanqueado, sombreado, etc.). - La evapotranspiración del cultivo. - La ventilación del invernadero. - La refrigeración por evaporación de agua (nebulización, "cooling system", etc.). Para la ventilación de los invernaderos en ambiente cálido, en [6], la ventilación consiste en la renovación del aire dentro del recinto del invernadero. Al renovar el aire se actúa sobre la temperatura, la humedad, el contenido en CO2 y el oxígeno que hay en el interior del invernadero. La ventilación puede hacerse de una forma natural o forzada. La ventilación natural o pasiva se basa en la disposición, en las paredes y en el techo del invernadero, de un sistema de ventanas que permiten la aparición de una serie de corrientes de aire que contribuyen a disminuir las temperaturas elevadas y a reducir el nivel higrométrico. Las ventanas pueden ser cenitales si se disponen en la techumbre o laterales si están colocadas sobre las paredes laterales del invernadero. Se admite que una ventana cenital de una determinada superficie resulta a efectos de aireación hasta ocho veces más efectiva que otra situada lateralmente de igual superficie. Normalmente las ventanas deben ocupar entre un 18 y 22% de la superficie de los invernaderos, teniendo en cuenta que con anchuras superiores a los 20 m. será imprescindible disponer de ventilación cenital que mejore la aireación lateral. En [7], la apertura y cierre de las ventanas suele hacerse mecánicamente a través de un sistema de cremalleras, accionado eléctricamente por un termostato, aunque también puede hacerse manualmente. La ventilación mecánica o forzada consisten en establecer una corriente de aire mediante ventiladores extractores, en la que se extrae aire caliente del invernadero, y el volumen extraído es ocupado inmediatamente por aire de la
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atmósfera exterior. Con este sistema solamente se puede conseguir una temperatura idéntica a la del exterior, pero su control es más preciso que el que se logra con la ventilación pasiva. Para el riego por goteo de [8] identifican que es la aplicación lenta y frecuente de agua al suelo mediante emisores o goteros localizados en puntos específicos a lo largo de unas líneas distribuidoras de agua. El agua emitida se mueve a través del suelo mayormente por flujo no saturado. De este modo se mantienen unas condiciones favorables de humedad en la zona de las raíces de las plantas y se propicia su desarrollo óptimo. De [9] las ventajas de un sistema de riego por goteo bien diseñado puede ayudar a las cosechas de frutas, hortalizas y de otras cosechas en los siguientes aspectos: Uso eficiente del agua, Inhibe el crecimiento del consumo de agua de yerbajos. Reacción de la planta, Ambiente de la raíz, Combate las plagas y enfermedades, Corrección de sanidad, Combate de malezas, Práctica y efecto agronómicos, Beneficios económicos. En [10], el aire refrigerado tiende a bajar la humedad relativa que es benéfica para el ambiente del invernadero. El método más sencillo para aumentar la humedad relativa del aire del almacén consiste en mojar el suelo del invernadero, o humectar los recipientes o los empaques con agua fría y dejar que se evapore.
IV.
REFERENCIAS
[1]. Pere Muñoz, Assumpció Antón, Juan Ignacio Montero Departament de Tecnologia Hortícola Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries Tendencias En La Construcción De Invernaderos. 2005 [2]. Wageningen Agricultural University, Department of Agricultural, Environmental and Systems Technology, Systems and Control Group, Bomenweg 4,Acceptance Of Optimal Operation And Control Methods For Greenhouse Cultivation. 1999 [3] N. Bennisa,d,, J. Duplaixb, G. Eneab, M. Halouac, H. Youlald Greenhouse climate modelling and robust control. 2007
[4] Ilya Ioslovich , Per-Olof Gutman, Raphael Linker. HamiltonJacobiBellman formalism for optimal climate control of greenhouse crop. 2000 [5] M. Hernández, A. Sariñana Toledo. Control Remoto de Temperatura, Ventilación y Riego en un Invernadero.2008. [6] L. Holoubek, R. Kukla, R. Kadlec. Monitoring of glasshouse climatic processes with the proposal of their control.2006. [7] Meir Teitela,, Josef Tanny Natural ventilation of greenhouses: experiments and model 1999 [8] Francisco Alcon, María Dolores de Miguel, Michael Burton. Duration analysis of adoption of drip irrigation technology in southeastern Spain. 2011. [9] Megh R. Goyal, Milton Martínez Rodríguez, Luis E. Rivera Martínez y Nelson I. Rojas Torres. PRINCIPIOS DE RIEGO POR GOTEO, Pag 171. [10] Lourdes Huertas. Control ambiental invernaderos - Humedad Relativa. 2008.
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