Resumen de Simulación y modelación de la ventilación en invernaderos de Almería mediante la utilización de dinámica computacional de fluidos
Con el objetivo de avanzar en el conocimiento de la influencia de los distintos factores de diseño en la ventilación de los invernaderos de tipo Almería, se ha desarrollado un modelo de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). Para ello se ha utilizado el programa comercial ANSYS/FLOTRAN v6.1-12.0 basado en el Método de Elementos Finitos (MEF) proporcionando una descripción bidimensional estacionaria del microclima del invernadero (patrón de flujo de aire y distribución de temperatura). El flujo de aire a través de las mallas anti-insectos y el cultivo fue descrito en el modelo de CFD a través de una aproximación a medios porosos. Las mallas anti-insectos fueron modeladas mediante sus propiedades aerodinámicas, permeabilidad Kp y factor inercial Y, medidas experimentalmente. El efecto de resistencia aerodinámica producido por el flujo de aire a través del cultivo puede ser modelado como una función de la densidad de área foliar y el coeficiente de arrastre, CD.
Para obtener los parámetros aerodinámicos necesarios para su modelación, se evaluó la resistencia al flujo de aire de las mallas anti-insectos del invernadero y del cultivo mediante un túnel de viento de baja velocidad. Los resultados obtenidos en este trabajo sugieren que se puede utilizar una ecuación basada en el espesor em, en las propiedades aerodinámicas (permeabilidad Kp y factor inercial Y) de la malla y el número de Reynolds Rep para calcular su coeficiente de caída de presión, F2¿em¿Kp0.5¿(RepY). Los valores del coeficiente de resistencia aerodinámica CD obtenidos para tomate, pimiento, berenjena, judía, calabacín, melón y calabaza fueron 0.26, 0.23, 0.23, 0.22, 0.25, 0.21 y 0.22, respectivamente.
El modelo final de CFD fue comparado para su validación con datos experimentales obtenidos en un invernadero tipo Almería en «raspa y amagado» de 5 módulos equipado con ventanas laterales y cenitales. Se obtuvieron errores cuadráticos medios (RMSE) entre 2 y 2.9ºC y entre 0.13 y 0.27 m¿s-1 para la temperatura y la velocidad del aire, respectivamente. También se realizó una comparación de la eficiencia de cálculo del ANSYS/FLOTRAN basado en el MEF y del programa ANSYS/FLUENT, basado en el Método de los Volúmenes Finitos (MVF), ampliamente utilizado como código de CFD en trabajos de investigación sobre ventilación. Como media, para los 4 casos correspondientes al invernadero Almería vacío, el MEF requiere un 37% menos de tiempo de cálculo por elemento e iteración que el MVF, mientras que la cantidad de memoria necesaria fue aproximadamente 10 veces mayor para el MEF.
El modelo de CFD fue utilizado tras su validación para evaluar el efecto de diferentes parámetros que influyen en la ventilación de los invernaderos: anchura y número de módulos del invernadero, superficie de ventilación, localización y tipo de las ventanas, presencia de mallas anti-insectos con diferentes porosidad e incidencia de las plantas. Fue observada una reducción en la tasa de ventilación entre el 50 y 88% cuando aumentaba la anchura de 9 a 45 m. El uso de mallas anti-insectos disminuye alrededor de un 50% la tasa de ventilación y la presencia de un cultivo dentro del invernadero reduce la velocidad del aire a nivel del suelo aumentando en la zona sobre el cultivo.
Las máximas tasas de ventilación se consiguen cuando las ventanas laterales enrollables están totalmente abiertas. Los resultados predichos con CFD indican que un invernadero Almería con cinco ventanas cenitales abatibles abiertas a sotavento y dos ventanas laterales puede conseguir mayores tasas de intercambio de aire que con las ventanas abatibles abiertas a barlovento.
Finalmente, las tasas de ventilación simuladas para todos los casos estudiados han sido comparadas con las predichas mediante diferentes modelos derivados de la ecuación de Bernoulli. La mejor concordancia entre las tasas de ventilación simuladas con CFD, GCFD y las calculadas con los modelos, GM, fue obtenida para el modelo que considera la distribución de presión resultante como la suma de los campos de presión debidos a los efectos de flotabilidad y del viento.
