Modelación mediante dinámica de fluidos computacional 3D de la temperatura y humedad en un invernadero con humidificación

Abstract

Los invernaderos instalados en regiones cálidas y templadas usan solamente ventilación natural como método de control de la temperatura y humedad. Sin embargo, en ciertos periodos del año está es insuficiente para extraer el exceso de calor durante los días con altos niveles de radiación. Este control limitado dificulta mantener valores óptimos del clima requerido para el crecimiento y desarrollo de cultivos. Por lo tanto, se requiere usar sistemas de refrigeración con nebulización o humidificación. El objetivo general de esta investigación fue conocer la distribución espacial de la temperatura y humedad mediante experimentación y modelación con dinámica de fluidos computacional (CFD) en 3D de un invernadero ventilado naturalmente y equipado con humidificadores. Primero se determinó la porosidad, la permeabilidad y el factor inercial de las mallas anti-insectos usadas en las ventanas del invernadero. Posteriormente, estas características geométricas y aerodinámicas junto con mediciones ambientales experimentales internas y externas fueron usadas como condiciones de frontera en el modelo CFD-3D. Además, se usaron los modelos de turbulencia k-ε, de flotabilidad, de radiación DO, de medio poroso, de transporte de especies y de fase discreta. La transpiración del cultivo fue calculada con el modelo de Baille. Se estimó que las mallas anti-insectos reducen la tasa de ventilación natural desde un 21% hasta un 50%. El modelo CFD 3D describió satisfactoriamente la temperatura y humedad del invernadero estudiado ya que los porcentajes del error en las simulaciones con cultivo fueron de 0.11–3.43% para temperatura y 0.44–10.80% para humedad, respectivamente. Por otro lado, el porcentaje del error en las simulaciones sin cultivo fueron de 2.72–14.47% para temperatura y 5.89–23.56% para humedad, respectivamente. Además, el uso de humidificadores mejoró la distribución espacial de la temperatura y humedad del invernadero, aunque sus valores más grandes se presentaron en la parte central del mismo.