Modelación matemática y análisis del ambiente de un invernadero con ventilación natural

Abstract

El objetivo general fue desarrollar, analizar y validar un modelo matemático dinámico para el clima de un invernadero con ventilación natural para climas templados del centro de México, para ser usado en el diseño de algoritmos de control basado en modelos y en optimización del invernadero. El modelo propuesto describe la dinámica de la temperatura y humedad del aire, e incorpora submodelos para los procesos de transpiración del cultivo y ventilación natural del invernadero. Cuatro modelos matemáticos de transpiración, incluyendo Stanghellini, Wang & Boulard, Baille y Jolliet, fueron calibrados y validados en términos de precisión en la estimación. El modelo de Jolliet mostró el mejor desempeño. Para estimar las tasas de ventilación natural, calibrar y validar el modelo desarrollado para el clima del invernadero, se llevó a cabo un experimento en el cual se midieron las variables ambientales en el interior y exterior del invernadero, así como el área de ventilación. Las tasas de ventilación natural fueron estimadas con el método de balance de energía. Las tasas de ventilación fueron en general bajas e insuficientes para lograr las renovaciones de aire recomendadas para tener las condiciones climáticas optimas dentro de un invernadero. Para seleccionar los parámetros del modelo del clima del invernadero a ser estimados se llevó a cabo un análisis de identificabilidad, y los parámetros seleccionados fueron estimados con un algoritmo de computación evolutiva. Las predicciones del modelo calibrado mostraron un buen ajuste con las mediciones. Para mejorar la calidad de las predicciones del modelo dinámico NICOLET, se diseñó un filtro de Kalman sin esencia como método de asimilación de datos. El filtro estimó apropiadamente las variables de estado y mejoró significativamente las predicciones del contenido de nitratos del modelo.