Resumen de Evaluación del desempeño climático de un invernadero baticenital del centro de México mediante dinámica de fluidos computacional (CFD)

Jorge Flores Velázquez, Irineo L. López Cruz, Enrique Mejía Saenz, Juan Ignacio Montero Camacho

• español

  Una de las principales actividades económicas en México es la producción de hortalizas para satisfacer el mercado estadounidense y la superficie cultivada en ambiente protegido aumenta alrededor de 20 % anualmente. Pero la producción es restringida debido a temperaturas altas y bajas en periodos específicos, planteando la necesidad de un sistema de enfriamiento. La ventilación natural eficiente es un método efectivo para controlar el clima, pero su descripción es compleja y una simplificación demanda mayor conocimiento del proceso. El objetivo del presente estudio fue mostrar, mediante el planteamiento y la solución del modelo físico de movimiento del aire, la representación visual del flujo en un invernadero baticenital de 10 naves (110x90x4.7), típico del centro de México, y la distribución de temperaturas en el interior donde se simula un cultivo de tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) totalmente desarrollado (IAF=4). El modelo utiliza el enfoque de dinámica de fluidos computacional (CFD). La construcción y validación del modelo se llevó a cabo en las instalaciones del Institut de Recerca i Technologia Agroalimentaries (IRTA) de Cabrils, Barcelona, España, del 2009 al 2010. El análisis de los resultados indica diferencias sustantivas en el flujo de aire debido a la orientación de la apertura de las ventanas. El análisis numérico (CFD) 3-dimensional permite una visión global de la distribución espacial del clima interior del invernadero y sus deficiencias climáticas. Para velocidades de viento de 3 m s-1 en las primeras cinco naves, la ventilación lateral tiene más importancia relativa que la ventilación cenital debido al efecto eólico o térmico. La combinación de apertura de ventanas laterales y cenitales aumenta la uniformidad térmica del invernadero en 30 %, debido a un flujo mayor de entrada /salida por la ventana cenital que aporta aire fresco al ambiente interior manteniendo gradientes máximos de 5 a 8 K.

• English

  One of the main economic activities in México is horticulture production in protected environments for the US market. The area under protected agriculture increases about 20 % yearly, notwistanding production is restricted by high and low temperatures during specific periods. This poses the need for a cooling system. Efficient natural ventilation is an effective method for controlling climate, but its description is complex and requires more knowledge of the process. The objective of this study was to visually represent the air flow and temperature distribution in a cenital greenhouse with 10 spans (110x90x4.7), typical in central Mexico, by posing and solving the physical model of air movement. A totally developed (LAI=4) tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) crop was simulated. The model uses the computational fluid dynamics (CFD) approach and was structured and validated in the installations of the Institut de Recerca i Technolgía Agroalimentaries (IRTA) de Cabrils, Barcelona, Spain, from 2009 to 2010. Analysis of the results indicates significant differences in air flow due to the direction of window opening. The 3-Dimensional numerical analysis (CFD) enabled overall visualization of the spatial distribution of the climate inside the greenhouse and its climatic deficiencies. For wind speeds of 3 m s-1 in the first five spans, lateral ventilation is more important than roof ventilation because of wind or thermal effects. The combination of lateral and roof window opening increases thermal uniformity in the greenhouse by 30 % due to greater exchange flow through the roof windows, contributing fresh air to the interior, which maintains maximum gradients of 5-8 K.