12 junio 2009 - Relación Suelo Agua Planta

12 junio 2009 - Relación Suelo Agua Planta

FUNDAMENTOS DE PRODUCCIÓN DE CULTIVOS
PRIMER SEMESTRE 2009
UNIDAD: SISTEMAS DE CRECIMIENTO CONTROLADO
CLASE 1: INVERNADEROS
Fecha: 12 junio 2009
MARÍA LUISA TAPIA FIGUERAS
Ingeniero Agrónomo, M. Sc.
Departamento de Producción Agrícola
Área de Fitotecnia
DEFINICIÓN DE INVERNADERO
“Se entiende por invernadero todo abrigo, cierro o invernáculo de
construcción alta o baja, más o menos perfecta, cuyo
acondicionamiento puede ser controlado y bajo el cual se cultivan
variedades hortícolas y ornamentales”
“Construcción especial en la que la cubierta y las paredes son
transparentes y dejan pasar la luz, y que se emplean para cultivar
plantas mediante el control del clima en el que se desarrollan”
“Construcción agrícola, cuyo objetivo es la producción sistemática y
fuera de estación de productos horto-frutícolas, convirtiéndose en
instrumento de trabajo que permite controlar eficazmente los
rendimientos en calidad y cantidad”
SUPERFICIE DE INVERNADEROS CON COBERTURA
DE P.E (ha)
Europa del Norte
16.700
Zona Mediterránea
95.300
América
15.600
Chile
2.500-3.000
Asia
138.200
Total Mundial
265.800
Superficie de Invernaderos y Túneles Zona Mediterránea
PAÍS
Hortalizas
Flores
Argelia
-
-
3.500
Chipre
-
-
245
Egipto
Total
2.254
46
2.300
España
45.900
2.800
48.700
Francia
7.200
1.750
8.950
Grecia
4.700
350
5.050
Israel
-
-
4.700
Italia*
26.400
5.600
32.000
Líbano
1.850
150
2.000
10.895
350
11.245
Portugal
1.700
300
2.000
Túnez
1.300
-
1.300
Turquía
21.840
1.150
22.990
TOTAL
124.039
12.496
144.980
Marruecos
Fuente: FAO
*
No incluye 16.300 ha de cubiertas semipermanentes de damascos y vides
ALMERÍA – ESPAÑA
LA MAYOR SUPERFICIE REGIONAL DE INVERNADEROS
ALMERÍA
INVERNADERO TIPO “PARRAL”:
ALMERÍA-ESPAÑA
AZIENDA PACINI. PISA, ITALIA.
CRECIMIENTO ANUAL DE LA SUPERFICIE DE INVERNADEROS
Y TÚNELES EN LA ZONA MEDITERRÁNEA
En los 30 años de existencia del cultivo bajo plástico, la superficie de
invernaderos y túneles ha crecido en aproximadamente 2.000 ha/año.
Razones
generales
Disponibilidad de plásticos de calidad mejorada
• Bajo costo de la estructura (generalmente de madera)
•
Los invernaderos de vidrio han disminuido sustancialmente y sólo
continúan, salvo algunas excepciones, en el Sur de Francia y en el
Norte de Italia.
UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LOS INVERNADEROS
“FRÍOS” DE LA ZONA MEDITERRÁNEA
PAÍS
ESPAÑA
ZONA
%
La mayoría
ITALIA
Almería, Murcia,
Alicante, Málaga
Sur y Sicilia
FRANCIA
Provenza
La mayoría
PORTUGAL
Algarve
41,5
GRECIA
Creta
41,5
60
Superficie de Túneles bajos (semiforzados) en la zona mediterránea.
PAÍS
Especies
Total
Argelia
Tomate, pepino ensalada, frutilla
300
Chipre
Tomate, melón, pepino ensalada, frutilla
442
Egipto
Melón, sandía, frutilla, poroto verde, tomate
España
Poroto verde, espárragos, melón, frutilla, lechuga
Francia
Melón, sandía, zapallo italiano
8.130
Israel
Sandía, melón, frutilla
4.000
Italia
Jordania
Tomate, pepino ensalada
5.800
3.000
Marruecos
Frutilla, pepino ensalada, melón, ají
Portugal
Tomate, lechuga, melón
Túnez
Tomate, pimiento, zapallito italiano, pepino ensalada
Turquía
Pepino, tomate, pimiento, pepino ensalada, berenjena
Fuente: FAO
11.000
33.000
Líbano
TOTAL
2.000
1.670
400
5.300
17.800
92.842
VOLUMEN DE PRODUCCIÓN DE LA ZONA MEDITERRÁNEA
HORTALIZAS: La producción anual de hortalizas bajo
invernaderos y túneles de la zona Mediterránea se
estima en 5 millones de toneladas, 3 provienen de
túneles bajos.
FLORES DE CORTE Y PLANTAS ORNAMENTALES:
Italia, España y Francia lideran la producción. En
conjunto producen de 6 a 7.000 millones de unidades.
VENTAJAS DEL USO DE INVERNADEROS
•
PRECOCIDAD DE LA COSECHA
•
AUMENTO DE RENDIMIENTOS (cvs. MEJORADOS)
•
FACTIBILIDAD DE OBTENER COSECHAS FUERA DE LA TEMPORADA
HABITUAL PARA LA ZONA.
•
FACTIBILIDAD DE OBTENCIÓN DE 2-3 O MAS COSECHAS POR AÑO
EN EL MISMO SUELO
•
PRODUCTOS SANOS, LIMPIOS, HOMOGÉNEOS
•
AHORRO DE AGUA
•
CONTROL DEL MEDIOAMBIENTE (T°, HR, CO2, PAR, VENTILACIÓN)
•
MENOR INCIDENCIA DE PLAGAS Y ENFERMEDADES. EFICIENTE
DETECCIÓN Y CONTROL EFICAZ.
•
FACTIBILIDAD DE USAR RIEGO TECNIFICADO – FERTIRRIEGO
•
OPTIMIZACIÓN DEL USO DE LA MANO DE OBRA
TIPOS DE INVERNADEROS
• FRIOS
–
–
–
–
–
SIN ADICIÓN FORZADA DE CALEFACCIÓN
INFRAESTRUCTURA DE MADERA GENERALMENTE
PE
2 AGUAS CON O SIN LUCARNA
MEDIANA ALTURA A LA CUMBRERA
• CLIMATIZADOS
– INFRAESTRUCTURA METÁLICA GENERALMENTE
– TIPO CAPILLA
– PE, PVC, EVA O POLICARBONATO
DISEÑOS SIMPLIFICADOS
A: dos aguas, techo simétrico B: dos aguas, techo asimétrico
C: túnel semicircular D: capilla simple, techo semicircular, paredes verticales
E: capilla simple, techo gótico, paredes en pendiente
F: capilla simple, techo gótico, paredes en pendiente
INVERNADERO DE 2 AGUAS, CON LUCARNA.
MADERA Y P.E. V REGIÓN.
INVERNADERO MULTICAPILLA CURVO
A = 6,4 - 8,0 – 9,0 m
B = 3,0 - 3,5 m – 4,0 – 4,5 m
Altura a cumbrera = 4,35 – 4,70 – 4,85 – 4,95 – 5,20 – 5,45 – 6,2 – 6,45 m
Arcos = 2,5 m
Separación pilar interior = 5,0 m
Entutorados = 5,0 m
Separación pilar exterior = 2,5 m
MULTICAPILLA CURVO
INVERNADERO MULTICAPILLA GÓTICO
A = 8,0 – 9,6 m
B = 3,5 m – 4,0 – 4,5 m
Altura a cumbrera = 5,6 – 6,0 – 6,1 – 6,5 – 7,0 m
Arcos = 2,5 m
Separación pilar interior = 5,0 m
Entutorados = 2,5 m
Separación pilar exterior = 2,5 m
MULTICAPILLA CURVO Y DETALLE
VENTILACIÓN CENITAL
MULTICAPILLA SEMI CURVO DETALLE
VENTILACIÓN CENITAL
PROBLEMAS DE LOS INVERNADEROS FRÍOS
• En invierno:
– La bajas temperaturas limitan el crecimiento y
desarrollo de las especies de “estación cálida”, no se
logran los rendimientos potenciales y disminuye la
calidad de los productos cosechados.
– Disminución de la concentración de anhídrido
carbónico durante el día en los invernaderos
cerrados.
– El alto nivel de humedad nocturna.
• En verano: la temperatura del invernadero puede
mantenerse con dificultad dentro de los límites
aceptables para la especie. Es uno de los problemas
más serios del uso de este tipo de infraestructuras.
ASPECTOS NEGATIVOS DE LOS ACTUALES DE INVERNADEROS
CUBIERTOS CON P.E.
• El cambio de material de cobertura demanda gran cantidad de
mano de obra.
• El material de cobertura pierde su tensión debido a la radiación
solar y a la fricción con los elementos estructurales.
• El material de cobertura tiende a “flamear” en la estructura debido a
la acción del viento. Rotura del material en situaciones extremas.
• La condensación de agua reduce la trasmisión de luz y causa goteo
sobre el cultivo.
• La ventilación es inadecuada en los invernaderos multimodulares.
• La estructura del invernadero, especialmente si es de madera, tiene
muchos elementos opacos que producen pérdida de luminosidad.
• Pérdida de temperatura por falta de hermeticidad.
BALANCE DE ENERGÍA
ENERGÍA SOLAR + SUPLEMENTO DE
CALEFACCIÓN
–
PÉRDIDAS
DE
ENERGÍA
PÉRDIDAS DE ENERGÍA:
RADIACIÓN
CONVECCIÓN
INFILTRACIÓN
MATERIALES DE COBERTURA
• VIDRIO
•POLÍMEROS PLÁSTICOS
PANELES RÍGIDOS:
•FIBRA DE VIDRIO REFORZADA CON POLYESTER (FRP)
•POLICARBONATO (PC)
•POLIMETILMETACRILATO (PMMA)
•POLIVINILCLORURO (PVC)
PLÁSTICOS FLEXIBLES DELGADOS
•P.E. DE BAJA DENSIDAD (LDPE)
•POLIVINILCLORURO (PVC)
•COPOLÍMERO DE ACETATO DE POLIVINILO (EVA)
TRANSMISIÓN DE RADIACIÓN SOLAR DE LOS
MATERIALES DE COBERTURA PARA INVERNADEROS
TRANSPARENCIA (%)
VIDRIO (3mm)
89,0
EVA (0,10 mm)
88,0
POLIMETACRILATO (3mm)
84,5
P.E. TRANSPARENTE (0,1 mm)
80,0
P.E. ANTI U.V.
74,0
TRANSPARENCIA DE LOS MATERIALES DE
COBERTURA A LAS RADIACIONES NOCTURNAS
(I.R. de 2.500 a 25.000 nm)
TRANSPARENCIA (%)
P.E. (0,05 mm) SIN ADITIVOS
77,0
P.E. (0,5 mm) SIN ADITIVOS
56,5
EVA (0,2 mm)
10,0
P.E. TÉRMICO (0,2 mm)
13,0
VIDRIO (3mm) y
POLIMETACRILATO
0,0
MEJORAS EN LOS MATERIALES
INHIBIDORES AL DETERIORO POR UV
ABSORBANCIA DE RADIACIÓN IR
ANTICONDENSANCIÓN
TRANSMITANCIA DE RADIACIÓN
CONSIDERAR
• DÍA DEL AÑO Y HORA DEL DÍA
• LATITUD
• CONDICIONES CLIMÁTICAS LOCALES
• PREDOMINANCIA
DIFUSA
DE
RADIACIÓN
DIRECTA
O
• CALIDAD ESPECTRAL DE LA RADIACIÓN
• PROPIEDADES DEL MATERIAL DE COBERTURA
(EFECTO DE POLUCIÓN, CONDENSACIÓN, POLVO,
SUCIEDAD, SENSIBILIDAD A AGROQUÍMICOS)
TRANSMITANCIA Y ESTRUCTURA FÍSICA DEL
INVERNADERO
CONSIDERAR
•
•
•
•
•
ÁGULO Y FORMA DEL TECHO
NÚMERO Y DIMENSIONES DE VENTANAS
ALTURA DE PAREDES
ALTURA CENITAL
RELACIÓN LARGO – ANCHO DE LA
ESTRUCTURA
• ORIENTACIÓN CARDINAL
EJEMPLO
TRANSMITANCIA PAR (400 – 700 nm) MEDIDA AL
INTERIOR DEL TECHO Y A LA ALTURA DE LA CANOPIA
• VIDRIO SIMPLE
– TECHO: 60%
– CANOPIA: 56%
• VIDRIO DOBLE
– TECHO: 58%
– CANOPIA: 56%
CONTROL AMBIENTAL
EL ÉXITO DE UN CULTIVO EN INVERNADERO
DEPENDE DE MUCHOS FACTORES.
EL CONTROL DE LOS NIVELES ADECUADOS DE NUTRIENTES,
C.E., pH DEL AGUA DE RIEGO – SOLUCIÓN NUTRITIVA, NO
GARANTIZA EL ÉXITO SIN CONTROL AMBIENTAL.
TEMPERATURA
HUMEDAD RELATIVA
RADIACIÓN PAR
VENTILACIÓN
CONCENTRACIÓN DE CO2,
ES FUNDAMENTAL EL SISTEMA DE
CONTROL AMBIENTAL
TEMPERATURA
PANTALLAS
VENTAJAS DEL USO DE PANTALLAS ALUMINIZADAS
• Control de temperatura
Permiten obtener un nivel óptimo de reflexión de los rayos solares, lo
que equivale a un nivel idóneo de refrigeración del cultivo.
• Ahorro energético
Este mismo aluminio efectúa una óptima reflexión del calor, lo que en
temporadas frías implica un ahorro considerable de energía.
• Control de humedad del aire
De noche, mantienen la temperatura en los invernaderos. Su diseño
especial mantiene una alta temperatura relativa y permite el paso de una
cantidad suficiente de vapor de agua evitando que se formen
condensaciones en la parte inferior de la pantalla fomentando el ciclo
natural de agua en el invernadero y niveles favorables de humedad
interior.
PANTALLAS TÉRMICAS Y DE SOMBREO
• Correcto control de la luz, la temperatura y la
humedad que se traduce en una mejora considerable
del control del clima.
• Se pueden instalar en cualquier tipo de invernadero y
de clima.
• Son telas formadas por una combinación de tejidos
de poliéster dotados de una fina capa de aluminio
entretejido con hilo de acril absorbente.
• Importante ahorro energético.
• Existen diversos tipos de pantallas térmicas según la
cantidad de luz y los usos que se le desee dar.
– Pantallas de interior:
para invernaderos.
Abiertas, cerradas o
enrollables.
PANTALLA INTERIOR
– Pantallas de exterior:
para
cultivos
que
necesitan aireación y
que deben protegerse
de las circunstancias
climáticas adversas.
PANTALLA EXTERIOR
Abiertas, cerradas o
enrollables.
Pantallas para regulación fotoperiódica
Temperatura y humedad
Tº y HR excesivas pueden ocasionar numerosos problemas
• Detención del crecimiento y desarrollo
• Fallas en la polinización y cuaja
• Quemadura foliar y de frutos (golpe de sol)
• Desórdenes fisiológicos
• Degradación de pigmentos
Entre otros…………………
En circunstancias como éstas, se ha demostrado que el enfriamiento
evaporativo
es
el
método
más
confiable
y
económico.
Este sistema de humidificación se compone de extractores y paneles
“cooling”.
Los paneles se colocan en la pared opuesta a los ventiladores para crear
una zona de presión negativa dentro del invernadero. Esto hace que el aire
exterior que atraviesa los paneles húmedos se cargue de moléculas de agua
y se reduzca la temperatura interior del invernadero.
HUMIDIFICACIÓN - COOLING
•
El paso de aire seco y caliente a través de un
panel humedecido es el principio básico de
funcionamiento del sistema “cooling”.
•
La consecuencia es la salida de aire saturado de
humedad y por tanto de aire fresco.
•
El panel puede estar compuesto por láminas de
celulosa corrugada con diferentes ángulos y
estrías de formas inclinadas y planas, tratadas
contra la descomposición, lo que las hace más
duraderas.
•
El agua es puesta mediante una pequeña bomba
en la parte superior del panel. Ésta fluye por el
panel y parte de la misma se evapora con el aire
que pasa. El agua sobrante se recoge en la
canaleta inferior, para ser bombeada nuevamente
a la parte superior. Un ventilador colocado a una
cierta distancia del panel hace de succionador, lo
que facilita el paso del aire por el panel
evaporativo.
•
El resultado es aire frío y húmedo.
TEMPERATURA – HUMEDAD RELATIVA
Sistema nebulizador: “fog system”
• Produce niebla fina.
• Trabaja
con
relativamente
presiones
elevadas
(en
torno a 2-4 Atm)
• Se requiere agua con bajo
contenido de sales
• Se logra reducir la temperatura
ambiental
y
aumentar
humedad relativa.
la
FUNDAMENTOS DE PRODUCCIÓN DE CULTIVOS
PRIMER SEMESTRE 2009
UNIDAD: SISTEMAS DE CRECIMIENTO CONTROLADO
CLASE 2: INVERNADEROS
Fecha: 19 junio 2009
MARÍA LUISA TAPIA FIGUERAS
Ingeniero Agrónomo, M. Sc.
Departamento de Producción Agrícola
Área de Fitotecnia
DISEÑOS SIMPLIFICADOS: Valores referenciales
α = 15 – 45°
α = 180°
h = 0,4 – 1,7 m
h = 1,65 m
h
α
h
α
60-70% de la radiación incidente ingresa al
invernadero
85-90% de la radiación incidente
ingresa al invernadero
h
α
α = 180°
h = 2,5 – 3,5 m
85-90% de la radiación incidente ingresa al invernadero
Diseño aerodinámico = zonas ventosas
CONTROL AMBIENTAL
CALEFACCIÓN POR AGUA: (dinámica – conductividad térmica)
CALEFACCIÓN POR AIRE ( Convectiva)
Calentar el aire es muy ineficiente desde el punto de vista energético
VENTILACIÓN
PASIVA
• Cenital
• Perimetral
• Frontal
FORZADA
VENTILACIÓN PASIVA PERIMETRAL
ANHIDRIDO CARBÓNICO
• En el exterior del invernadero, las concentraciones
de CO2 son cercanas a las 300-350 ppm.
• En invernaderos cerrados,
intercambio gaseoso con el
concentración de CO2 limita
productividad
(disminución
fotosintético).
se dificulta el
exterior. La baja
drásticamente la
del
rendimiento
• Se ha demostrado que las plantas C3 aumentan
significativamente el rendimiento en cantidad y
calidad con concentraciones de 700 -1500 ppm de
CO2 . Idealmente con suplementación de luz.
SUPLEMENTO LUMÍNICO
• Objetivo: aumentar el nivel de radiación PAR y/o
prolongar
la
longitud
efectiva del día
(fotoperíodo).
– La iluminación artificial suplementaria PAR se realiza
con lámparas de vapor de sodio de alta presión.
Generalmente se realizan instalaciones que aportan
del orden de 5 a 20 W/m² de radiación.
– Para iluminación de fotoperíodo, se emplean lámparas
incandescentes. Es común realizar instalaciones que
aportan del orden de 0,2 a 2 W/m².
REGISTROS Y ANÁLISIS DE PARÁMETROS
AMBIENTALES
Agricultura Intensiva de Precisión
UN EJEMPLO: Equipo de control ambiental Climatec®
INCORPORA
• Un controlador con funcionamiento autónomo
• Diferentes opciones: 2, 4, 6 compartimentos climáticos.
• Una misma estación meteorológica para varios
controladores.
– Sondas de: Velocidad y dirección del viento, HR, T°,
Radiación PAR, Pluviometría.
• Horario Astronómico.
• Posibilidad de un Software bajo Windows para el PC.
• Posibilidad de comunicación 232, 486, Wiffi, modem.
• Es posible comunicar varios equipos compatibles tanto de
riego como de clima al PC.
SITUACIÓN EN CHILE
•
FRIOS
– La gran mayoría
•
CLIMATIZADOS
– Pocos en la zona Sur – Austral
• Producción de hortalizas
• Producción de viveros forestales
– Pocos en la zona Central
• Producción tecnificada de plantines de hortalizas
• Producción de semillas
• Producción hidropónica de hortalizas
USOS DE INVERNADEROS EN CHILE
• PRODUCCIÓN DE PLANTINES
• PRODUCCIÓN DE SEMILLAS
• PRODUCCIÓN DE HORTALIZAS
–
–
–
–
–
–
–
TOMATE
PEPINO DE ENSALADA
PIMIENTO
MELÓN
MAÍZ DULCE
POROTO VERDE
OTRAS
Producción comercial de plantines
VIVERO LOS OLMOS. VI REGIÓN.
ECOPLANTA. R.M.
AGROFOIL. R.M.
ROBLE HUACHO. VR.
PLANTINERA ACONCAGUA. VR.
TOMATE: suelo desnudo
PRECIOS INFRAESTRUCTURA
• Los precios actuales en Chile:
– Invernadero metálico multicapilla, techo curvo
cubierto con Copolímero EVA = 21 €/m2
– Control ambiental “full”= 10 €/m2
• Los precios actuales en Chile:
– Invernadero de madera con lucarna + PE anti UV de
2 temporadas (techo) + PE anti UV de 1 temporada
en perimetrales + Riego por cinta + acochado de PE
= aproximadamente $ 30.000.000/ha.
RENDIMIENTOS ESPERADOS
En Invernadero Metálico “Full equipo”
• Tomate = 600 ton/año (producción continua)
– Precio venta promedio = $300/Kg
– Ingreso bruto/año = $180.000.000/ha
– Costos de producción = $120/Kg
– Ingreso neto =$ 108.000.000/ha