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CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGÍA DE INVERNADEROS

Orihuela, del 7 al 23 de noviembre de 2002

Estructura de invernaderos. Tipología y materiales

Joaquín Hernández. Dept. Producción Vegetal. Universidad de Almería

¿Qué es un invernadero? Cerramiento transparente diseñado para cultivar o proteger temporalmente las plantas (Enoch y Enoch,1999)

Efecto invernadero

No tiene en cuenta el componente estructural

1

Desarrollo de la horticultura protegida en la cuenca mediterránea

Invernaderos de bajo coste

Crisis del petróleo (años 70) Tecnologías simples

Desarrollo de los plásticos

2

Gama de productos competitivos Nuevos mercados Auge del transporte

Expansión de la producción hortícola protegida

3

En los invernaderos actuales, la utilización de energía permite realizar un control activo sobre el clima de modo que podemos ajustar éste a las necesidades de nuestro cultivo y a las expectativas económicas Permitir condiciones ambientales subóptimas Elección de estrategia

Optimizar el microclima dentro de invernadero

Estrategia 1

Limitaciones productivas Bajo coste

4

Estrategia 2

Alta productividad Posibilita programación Alto coste

Consideraciones climáticas

Requerimientos cultivos

Consideraciones económicas

5

Consideraciones económicas

6

Consumo de energía/m2/año

Bélgica 440 kW Holanda 43 m3 gas Hasta 12 euros/m2

0,10 euros/m2*

* En invernaderos pasivos

Country

Yield

Cost (euros/Kg)

Kg/m2 Product.

Market

Spain

18-20 0.26-0.27 0.53-0.62

Netherl.

58-60

0.55

0,73

(Verhaegh, 1988; Verhaegh and de Groot, 2000)

7

Country

Spain (1) Spain(2) Netherl.

Yield Cost (euros/Kg) Market Kg/m2 Product. 6.2-6.6 0.52-0.57 0.94-0.98 8.0-12.0 0.29-0.30 0.70-0.71 23.0-27.0 1.18 1.5

(1) Autumn-winter supply (2) Spring-summer supply (Verhaegh, 1988; Verhaegh and de Groot, 2000)

Country Spain Netherl.

Yield Cost (euros/Kg) Market Kg/m2 Product. 9.5-12.5 0.20-0.23 0.49-0.52 65 0.49 0.65

Spain: Autumn-winter supply (Verhaegh, 1988; Verhaegh and de Groot, 2000)

8

Rendimiento, costes de cultivo y de puesta en mercado (Perpignan) del cultivo de tomate en Marruecos (Agadir)

Yield (Kg/m2) 6.0 11.0

Cost (euros/Kg) Production Market 0.23-0.24 0.66-0.69 0.15-0.16 0.58-0.61

Source: Calatrava J. Project CICYT-SEC-94-0391

Costes variables (euros/m2) del cultivo de tomate invernaderos pasivos de Almería y climatizados en Bélgica (Calatrava y col., 2001; Benoit, 2002).

Fe

Plan tM 0.17 a t .

Fertilizers.+ Pest control 0.65

Spain 14 Kg/m2 2 euros /m2

Salaries 0.92

Others 2.06

Others 0.12 t er Wa 13 0.

rt+ P Pla est n t 1.3 M 2.0 at. 7

Salaries 10.91

Natural gas Heat+CO2 8.80

Belgium 55 Kg/m2 25 euros /m2

9

Consideraciones climáticas y requerimientos de los cultivos

Relación entre insolación y temperatura media. Indica la aptitud climática de una zona para el cultivo en invernadero. Adaptada de Zabeltitz (1999)

8,00 La Coruña Motril Bélgica

6,00 Julio

5,00 4,00 3,00 2,00 1,00

Enero

Necesidad de calefacción

0,00 -4

Radiación limitante

Radiación KW h m-2 d-1

7,00

1

6

11

16

Necesidad de refrigeración

21

26

Temperatura media ºC

10

Diagrama para estimar los periodos en que es necesaria la calefacción en el cultivo de invernadero en Almería (Puerto, 2001)

Evolución temporal del índice de estacionalidad de los precios de los principales productos hortícolas (Puerto, 2001)

11

Elección de estrategia Objetivo: Maximizar la rentabilidad

10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 E

Almería 1997-98

F

M

A

Pimiento

M

J

J

A

S

Tomate

O

N

D

Pepino

Radiación PAR media diaria (moles m-2 s-1) en invernadero tipo parral y exterior en Almería 80 70 60 50 40 30 20 10

se p

oc t no v di c en e fe b m ar ab r m ay ju n Exterior

l ag o

encalado

0

ju

Exportación (millones de pts)

Elección del calendario productivo

Invernadero

12

Clima espontáneo en invernadero sin control climático Reducción de la radiación Elevación de temperaturas máximas Reducción del transporte turbulento Oscilación higrométrica Modificación de la atmósfera interior

Lluvia, nieve y viento son determinantes por su acción sobre la carga estructural

13

Las cargas pueden ser fuerzas de tensión o de succión

Cargas: Cargas permanentes o cargas muertas Estructura Material de cerramiento Equipamientos anclados a estructura Carga de viento Carga del cultivo Carga de nieve Otras: cargas sísmicas; cargas concentradas verticales, cargas térmicas

14

Carga permanente: Peso estructura

Tipo de invernadero Invernadero en acero con cubierta de vidrio Invernadero en aluminio con cubierta de vidrio

Peso medio (kg/m2) 8-14 5-8

Carga permanente: Peso estructura

15

Carga permanente: Material de cerramiento

Vidrio 4 mm 2,5 kg /m2

Plástico flexible tricapa 0,2 kg /m2

Cargas permanentes: Equipamientos

16

Cargas permanentes: Equipamientos

Cargas de viento

17

Carga de viento

Fv = A C pv Fuerza del viento

Superficie afectada

Coeficiente de presión

Presión dinámica

Superficie afectada Función de las dimensiones y tipo de invernadero

18

Coeficiente de presión Función de la orientación, forma, altura y número de capillas

(Suay, R., 1998)

Presión dinámica

Depende de la anchura de los módulos

19

Carga de cultivo

Carga de cultivo

20

Carga de cultivo

(Suay, R., 1998)

Norma europea establece para cultivo como tomate y pepino 0,15 kN/m2

Cuando carga se distribuye en una red de emparrillado la fuerza de este alambre Debe tomarse como: Fal= Cc x a (I2 /8u)

Fal: Fuerza horizontal por alambre Cc: Carga del cultivo A: Separación entre alambres I: distancia entre los soportes de los alambres U: flecha en el centro del alambre cargado

Materiales de cerramiento

21

Materiales de cerramiento

Coste de diversos materiales de cubierta. Adaptado de Muñoz y col. (1998) Material Rígidos Cristal 4 mm Policarbonato ondulado 0,8 mm Policarbonato alveolar 6 mm Poliéster 1,2 mm PVC 0,8 mm Flexibles Polietileno normal 0,1-0,2 mm Polietileno larga duración 0,18-0,2 mm Polietileno térmico 0,2 mm EVA 0,2 mm Tricapa 0,2 mm PVC 0,2 mm PVC reforzado 0,3-0,5 mm

Precio euros/m2

18-25,5 15-16,2 19,2 14.4 9 0,3-0,36 0,36-0,41 0,42-0,48 0,50-0,53 0,54-0,60 0,48-0,90 1,5

22

Cerramientos mixtos: Lámina+placa

Invernadero para cubierta rígida con plástico flexible

23

Propiedades del material de cerramiento Propiedades físicas -Peso, cargas permanentes -Facilidad de manipulación -Resistencia a la rotura -Duración

Propiedades ópticas Comportamiento del material ante las radiaciones comprendidas entre 0,2 y 2,5 micras

Propiedades térmicas Comportamiento frente a radiaciones de alta longitud de onda

Propiedades ópticas de los materiales de cerramiento 0,483 9 % UVA 45 % Visible 46 % Infrarrojo

9,66

PAR UVA

Cantidad De energía

IR

0,15-4 µm

UV

Visible

3-80 µm

IR

10 µm 0.5 µm Longitud de onda

24

1= Absorbancia + reflectividad + transmisividad Para cada longitud de onda

UV

Visible

Infrarrojo

Transmisión Reflexión

Radiación Ultravioleta

Efectos negativos sobre la duración del filme Agentes estabilizantes y anti-UVA

25

Absorción clorofila a y b

Filmes selectivos o fluorescentes o de efecto cascada

380

430

470 500

560

600

650

760

Longitud de onda (nanómetros)

Comparación entre filmes normales y fotoselectivos

1.- EVA normal 2,3,4 EVA fluorescente

1.- PVC 2.- PVC tricapa fluorescente

26

Espectrofotograma de diversos materiales de cerramiento en la región del visible

Transmisividad % Total Directa Difusa día claro Cristal 84 90 79 Policarbonato 77 78 66

Difusa día nublado 70 59

La transmisividad en la región del visible depende de: Condiciones climáticas: nubosidad especialmente (% rad. directa y difusa) Posición del sol: hora, fecha , latitud Orientación del invernadero Material de cubierta y estado del mismo Elementos estructurales y equipo (sombreos) Geometría de cubierta del invernadero

27

Reduce transmisividad Aumenta el efecto térmico

Filmes anticondensantes Pendiente de cubierta

Transmisividad (%)

92 90 88 86 84 82 80 78

cristal

Seco

PE normal

PE anticondensante

Con condesación

28

Transmisividad (%)

Propiedades térmicas. Comportamiento ante radiación de larga longitud de onda

Efecto invernadero

Longitud de onda (µ)

Propiedades térmicas. Comportamiento ante radiación de larga longitud de onda Transmisividad en la región de 2,5 a 50 µ Transmisividad %

70 60 50 40 30 20 10 0 -20

-10

0

10

20

Temperatura ºC

PE térmico

PE normal

Línea continua: PE normal Línea discontinua: PE térmico

29

Propiedades térmicas. Comportamiento ante radiación de larga longitud de onda

El coeficiente K

Propiedades térmicas. Comportamiento ante radiación de larga longitud de onda

K (W m-2 ºC-1)

14 12 10 8 6 4 2 0

Cristal

Cristal de baja emisividad

Cristal doble

Policarb. ondulado

Policarb. alveolar

Poliester Polietieleno Polietileno reforzado normal térmico

30

Propiedades térmicas. Comportamiento ante radiación de larga longitud de onda

qrc = KAc(Ti-to)

Estructura muy expuesta Grandes pérdidas nocturnas

Propiedades térmicas. Comportamiento ante radiación de larga longitud de onda

qrc = KAc(Ti-to)

31

Materiales de cerramiento: Materiales rígidos

Cristal : simple doble pared Plástico: Capa simple Ondulada o greca Celular o multialveolar

Vidrio Material

Cristal Cristal de baja emisividad Cristal doble

Transmisividad a Transmisividad K la radiación de a la radiación (W m-2 ºK-1) onda corta (%) de onda larga (%). Efecto térmico 87-90 0 > 2800 nm 5,8 78-80

0

3,7-3,9

78-80

0

3,0-5,2

Policarbonato Material

Ondulado Alveolar

Transmisividad a Transmisividad K la radiación de a la radiación (W m-2 ºK-1) onda corta (%) de onda larga (%). Efecto térmico 89-90 71-83

0 > 5000 nm

5,8 1,6-3,9

32

Polimetacrilato Material

simple ondulado alveolar

Transmisividad a Transmisividad K la radiación de a la radiación (W m-2 ºK-1) onda corta (%) de onda larga (%). Efecto térmico 92 0 > 2800 nm 91 81-91 0 > 2800 nm 1,9-2,9

Poliéster reforzado con fibra de vidrio Material

Simple Ondulado

Transmisividad a Transmisividad K la radiación de a la radiación (W m-2 ºK-1) onda corta (%) de onda larga (%). Efecto térmico 80-85 1,5 75-85

4

5,0

Materiales de cerramiento: Materiales flexibles

Material

Polietileno baja densidad 0,15 mm EVA 0,15 mm

Transmisividad a Transmisividad K la radiación de a la radiación (W m-2 ºK-1) onda corta (%) de onda larga (%). Efecto térmico 89

70

9,4-16,2

90

25

9,1-11,9

33

Materiales de cerramiento: Mallas

Materiales de cerramiento: Mallas

Bajas exigencias estructurales Modificación climática discreta

34

Invernadero de gran anchura. Catálogo ININSA (Invernaderos e ingeniería SA)

35

36

37

Invernadero Venlo. La imagen superior es de Zabeltitz (1999)

Las capillas, generalmente, son de 3,2 m de ancho, pero pueden unirse varias por módulo

38

39

Túnel de cultivo (Zabeltitz, 1999)

40

41

42

43

Invernadero hemicilíndrico. Catálogo ININSA (Invernaderos e ingeniería SA)

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Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral

Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral

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Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral 1º) Replanteo y ejecución de muros de cerramiento

Marcado de apoyos del ruedo

Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral 2º) Colocación de los tensores del ruedo (vientos, anclajes o muertos)

50

Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral 3º) Colocación de bloques de hormigón para apoyos del ruedo

Soporte perimetral: Palo de pino o eucalipto 12-14 cm Tubo hueco de acero galvanizado 2-3’’ Perfil de acero IPN-80 Hormigón pretensado

Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral 4º) Colocación de apoyos esquineros y cerco

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Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral 5º) Colocación de apoyos perimetrales y cordada de malla

Estructura porticada

Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral Modificación con apoyos esquineros y perimetrales derechos

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Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral Modificación con apoyos esquineros y perimetrales derechos

Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral 6º) Colocación del cerco de alambre para el tejido superior,

Llaneo con alambre 2-2,4 mm cada 30-35 cm Cruces con alambre 1,8-2,2mm cada 30-35 cm 7º) Tejido inferior

53

Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral 8º) Colocación de apoyos interiores o pies derechos 9) Construcción de los amagados

Pies derechos Palos de eucalipto o pino 8-12 cm Tubo hueco de acero galvanizado 1,25-3’’ Hormigón pretensado

Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral

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Invernaderos artesanales: El caso del invernadero tipo parral 10º) Elaboración de bandas y ventanas 11) Colocación del plástico y punteo final

Evolución del invernadero parral

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Evolución del invernadero parral

Evolución del invernadero parral

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Evolución del invernadero parral

Evolución del invernadero parral

Ventana enrollable

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Evolución del invernadero parral Ventana abatible motorizada

Ventana de cremallera

Evolución del invernadero parral

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Tendencia: Gran altura y volumen Aumentar superficie de ventilación Hermeticidad

Evolución del invernadero parral

Evolución del invernadero parral

Sujeción del plástico en bandas por omegas

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¿Cómo serán los invernaderos del futuro?

¿Cómo serán los invernaderos del futuro?

El diseño será función del modelo productivo. ¿”Holandización” única alternativa? ¿Costes asumibles? ¿Competencia?

60

Gracias por su atención

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