Determinación del comportamiento térmico de un invernadero espacial colombiano mediante dinámica de fluidos computacional

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Autores

Edwin Andrés Villagran Munar https://orcid.org/0000-0003-1860-5932
Carlos Ricardo Bojacá Aldana https://orcid.org/0000-0003-0230-326X
Niccole Alejandra Rojas Bahamon https://orcid.org/0000-0002-7996-4966

Resumen

En Colombia, la producción de flores se lleva a cabo en invernaderos de diferentes tipos y formas geométricas, pero con la una característica común de usar ventilación natural, para control de clima. En la actualidad, el conocimiento sobre el desempeño climático de estas estructuras es escaso. El objetivo del trabajo consistió en evaluar el comportamiento térmico de un invernadero espacial en condiciones de clima diurno y nocturno. La evaluación realizada, mediante modelado computacional, empleó la dinámica de fluidos computacional (CFD, en idioma inglés), aplicada a un invernadero dedicado a la producción de clavel (Dianthus caryophyllus), bajo las condiciones meteorológicas de la Sabana de Bogotá (Colombia). Este enfoque metodológico permitió obtener los patrones de distribución térmica en el interior del invernadero, encontrando que, para las condiciones meteorológicas evaluadas, el invernadero genera unas condiciones térmicas inadecuadas para el desarrollo del cultivo. La validación del modelo CFD, se realizó comparando los resultados de las simulaciones y las temperaturas registradas en el prototipo real del invernadero, obteniendo un grado de ajuste adecuado entre los valores simulados y medidos.

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Referencias

1. ACUÑA, J.F.; BUSTAMANTE, N.; CASALLAS, L.F.; GUTIERREZ, N. 2004. Caracterización de los invernaderos para cultivo de flores en la sabana de Bogotá. En: Memorias del VI Congreso Latinoamericano para el desarrollo y aplicación de plásticos en la agricultura. CIDAPA Bogotá. p.57-64.

2. BAEZA, E.J.; PÉREZ-PARRA, J.J.; LÓPEZ, J.C.; MONTERO, J.I. 2006. CFD study of the natural ventilation performance of a parral type greenhouse with different numbers of spans and roof vent configurations. Acta Horticulturae. 719:333-338. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2006.719.37

3. BAXEVANOU, C.; FIDAROS, D.; BARTZANAS, T.; KITTAS, C. 2017. Yearly numerical evaluation of greenhouse cover materials. Computers and Electronics in Agriculture. 149(1):54-70. https://doi.org/10.1016/j.compag.2017.12.006

4. BOJACÁ, C.R.; GIL, R.; COOMAN, A. 2009. Use of geostatistical and crop growth modelling to assess the variability of greenhouse tomato yield caused by spatial temperature variations. Computers and Electronics in Agriculture. 65(2):219-227. https://doi.org/10.1016/j.compag.2008.10.001

5. BOSHELL, J. 2009. Manejo del riesgo climático en la floricultura colombiana. Ceniflores (Colombia). 97p.

6. CAMPEN, J.B.; BOT, G.P.A. 2001. SE structures and environment:design of a low-energy dehumidifying system for greenhouses. J. Agricultural Engineering Research: 78(1):65-73. https://doi.org/10.1006/jaer.2000.0633

7. CHEN, Q. 2009. Ventilation performance prediction for buildings: A method overview and recent applications. Building and Environment. 44(4):848-858. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2008.05.025.

8. COELHO, M.; BAPTISTA, F.; FITAS DA CRUZ, V.; GARCIA, J.L. 2006. Comparison of four natural ventilation systems in a Mediterranean greenhouse. Acta Hort. 719:157-171. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2006.719.15

9. ESPINAL-MONTES, V.; LOPEZ-CRUZ, I.; ROJANO-AGUILAR, A.; ROMANTCHIK-KRIUCHOVA, E.; RAMIREZ-ARIAS, A. 2015. Determinación de los gradientes térmicos nocturnos en un invernadero usando dinámica de fluidos computacional. Agrociencia. 49(3):233-247.

10. FLORES-VELÁZQUEZ, J.; VILLARREAL-GUERRERO, F. 2015. Diseño de un sistema de ventilación forzada para un invernadero cenital usando CFD. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas. 6(2):303-316.

11. FATNASSI, H.; BOULARD, T.; PONCET, M.C. 2006. Optimisation of greenhouse insect screening with computational fluid dynamics. Biosystems Engineering. 93(3):301-312. http://dx.doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2005.11.014

12. HE, X.; WANG, J.; GUO, S.; ZHANG, J.; WEI, B.; SUN, J.; SHU, S. 2017. Ventilation optimization of solar greenhouse with removable back walls based on CFD. Computers and Electronics in Agriculture. 149(1):16-25. https://doi.org/10.1016/j.compag.2017.10.001

13. IGLESIAS, N.; MONTERO, J.I.; MUÑOZ, P.; ANTÓN, A. 2009. Estudio del clima nocturno y el empleo de doble cubierta de techo como alternativa pasiva para aumentar la temperatura nocturna de los invernaderos utilizando un modelo basado en la Mecánica de Fluidos Computacional (CFD). Hort. Argentina. 28:18-23.

14. KATSOULAS, N.; BARTZANAS, T.; BOULARD, T.; MERMIER, M.; KITTAS, C. 2006. Effect of vent openings and insect screens on greenhouse ventilation. Biosystems Engineering. 93(4):427-436. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2005.01.001

15. KITTAS, C.; KARAMANIS, M.; KATSOULAS, N. 2005. Air temperature regime in a forced ventilated greenhouse with rose crop. Energy and Buildings. 37(8):807-812. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2004.10.009

16. KITTAS, C.; BOULARD, T.; PAPADAKIS, G. 1997. Natural ventilation of a greenhouse with ridge and side openings: sensitivity to temperature and wind effects. Trans. ASAE. 40(2):415-425. https://doi.org/10.13031/2013.21268

17. MOLINA-AIZ, F.D.; VALERA, D.L.; PEÑA, A.A.; GIL, J.A.; LÓPEZ, A. 2009. A study of natural ventilation in an Almería-type greenhouse with insect screens by means of tri-sonic anemometry. Biosystems Engineering. 104(2):224-242. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2009.06.013

18. MONTERO, J.I.; MUÑOZ, P.; SÁNCHEZ-GUERRERO, M.C.; MEDRANO, E.; PISCIA, D.; LORENZO, P. 2013. Shading screens for the improvement of the night-time climate of unheated greenhouses. Span. J. Agric. Res. 11:32-46. http://dx.doi.org/10.5424/sjar/2013111-411-11

19. NEWMAN, S. 1999. Efectos del clima en la fisiología de la floración. En: Lee, R. (ed). Clima, fisiología y producción de cultivos bajo invernadero. Cuadernos del Centro de Investigaciones y Asesorías Agroindustriales - CIAA. Fundación Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano, Bogotá, p.27-34.

20. NORTON, T.; SUN, D.-W.; GRANT, J.; FALLON, R.; DODD, V. 2007. Applications of computational fluid dynamics (CFD) in the modelling and design of ventilation systems in the agricultural industry: A review. Bioresource Technology. 98(12):2386-2414. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.11.025

21. PISCIA, D.; MONTERO, J.I.; BAEZA, E.; BAILEY, B.J. 2012. A CFD greenhouse night-time condensation model. Biosystems Engineering. 111(2):141-154. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2011.11.006

22. RICO-GARCÍA, E.; SOTO-ZARAZÚA, G.M.; ALATORRE-JACOME, G.A.; De la Torre-Gea, O. 2011. Aerodynamic study of greenhouses using computational fluid dynamics. Internal J. Physical Sciences. 6(28):6541-6547. https://doi.org/10.5897/IJPS11.852

23. SATO, S.; PEET, M.M.; GARDNER, R.G. 2001. Formation of parthenocarpic fruit, undeveloped flowers and aborted flowers in tomato under moderately elevated temperatures. Sci. Hortic. 90:243-254. https://doi.org/10.1016/S0304-4238(00)00262-4

24. TEITEL, M.; LIRAN, O.; TANNY, J.; BARAK, M. 2008. Wind driven ventilation of a mono-span greenhouse with a rose crop and continuous screened side vents and its effect on flow patterns and microclimate. Biosystems Engineering. 101(1):111-122. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2008.05.012

25. TOMINAGA, Y.; MOCHIDA, A.; YOSHIE, R.; KATAOKA, H.; NOZU, T.; YOSHIKAWA, M.; SHIRASAWA, T. 2008. AIJ guidelines for practical applications of CFD to pedestrian wind environment around buildings. J. Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 96(10-11):1749-1761. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2008.02.058

26. VAN HENTEN, E.J.; BAKKER, J.C.; MARCELIS, L.F.M.; VAN TOOSTER, A.; DEKKER, E.; STANGHELLINI, C.; WESTRA, J. 2006. The adaptive greenhouse - an integrated systems approach to developing protected cultivation systems. Acta Horticulturae. 718:399-406. https://doi.org/ 10.17660/ActaHortic.2006.718.46.

27. VILLAGRÁN, E.A.; GIL, R.; ACUÑA, J.F.; BOJACÁ, C.R. 2012. Optimization of ventilation and its effect on the microclimate of a colombian multispan greenhouse. Agronomia Colombiana. 30(2):282-288.

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