Monitoreo 3D y análisis CFD del ambiente de un invernadero con ventilación natural

Abstract

La mayoría de los invernaderos en México son de bajo a mediano nivel tecnológico, en donde predomina la ventilación natural como mecanismo de modificación del ambiente. Sin embargo, la operación de ésta es deficiente, resultando en condiciones ambientales no óptimos para los cultivos. Por lo tanto, se propone realizar el análisis del ambiente de un invernadero mono-bahía de 300 m2, conventilación natural. El análisis se realizó modelos numéricos de dinámica de fluidos computacional para diferentes configuraciones de ventilación y condiciones climáticas externas diversas. La configuración de las ventilas del invernadero incluye dos laterales (LE, LO) y dos cenitales (CE, CO). Esto resulta en una infinidad de condiciones ambientales, al aplicar diferentes combinaciones de porcentajes apertura para cada una de las ventilas. Por ejemplo, para la combinación de porcentaje de apertura LE50-LO50-CE0-CO0, se obtuvo una disminución de temperatura de 5 °C, y un gradiente vertical de 2 °C. En contraste, con la combinación LE50-LO50-CE50-CO50, se logró una reducción de 8.77 °C y un gradiente vertical de 1.38 °C. La velocidad y dirección del viento juegan un papel importante en implementar la combinación de aperturas correcta. Por ejemplo, para la combinación de aperturas LE75-LO0-CE0-CO0, cuando la dirección del viento es de Este-Oeste, a velocidades superiores a 2 ms-1, la temperatura del aire desciende a más de 4 °C y genera un gradiente térmico de 1 °C. En contraste, a velocidades menores, la temperatura del aire disminuye únicamente 1 °C y el gradiente térmico es superior a 2 °C. Para evaluar las predicciones de los modelos CFD se diseñó e implementó un sistema inalámbrico de monitoreo tridimensional de temperatura del aire del invernadero.