Una vez los aspectos básicos de la ventilación han sido establecidos, podemos pasar a hablar sobre el diseño de un sistema de ventilación. Lo primero que necesitamos saber es qué entorno vamos a diseñar, qué factores podrán afectar el sistema y los cambios que sufrirá este con el paso del tiempo. Una vez recopilada toda la información necesaria se pasará al diseño de un sistema de ventilación basado en dos líneas independientes: la de la ventilación horizontal y la de la vertical.
Ventilación Horizontal
La ventilación horizontal hace referencia al movimiento del aire dentro de un área definida. Es el movimiento que rompe las capas térmicas, redistribuye rápidamente las mezclas de aire y equilibra los niveles de humedad. En este caso, considerando que las plantas están creciendo en un entorno protegido de factores naturales externos, el aire se calentará en las zonas en las que existan fuentes de calor como pueden ser las luces, los motores de los ventiladores, las paredes que den al exterior, y soltará ese calor cuando se mueva a zonas más frescas, llamadas sumideros. Si se permite que el aire se estanque, que no se mueva, al haber acumulado energía por no moverse, este se elevará, y volverá a bajar según la vaya perdiendo, y durante dicho proceso se formarán capas de moléculas de aire con diferente temperatura, fenómeno conocido como estratificación térmica. Para conseguir que estas capas de aire de diferente temperatura se mezclen dando lugar así a una temperatura equilibrada en la zona de cultivo (más fría o más cálida según la necesidad), es necesario que se de un movimiento horizontal del aire.
Eliminar los microclimas
La hoja de la planta contiene microporos a través de los cuales transpira el agua, facilitando el movimiento del agua desde las raíces a la parte superior de la planta, así como el movimiento de nutrientes por el interior de la planta. Las plantas necesitan tanto oxígeno como dióxido de carbono, los cuales entran y salen por dichos poros. Es posible que si hay poco movimiento del aire se de un aumento de dichos gases intentando entrar o salir de la planta al mismo tiempo, produciéndose unos microclimas (también llamados cortinas de aire) que deben ser eliminados para que la planta se desarrolle correctamente. Una mezcla del aire de la habitación de cultivo en sentido horizontal eliminará dichos microclimas, mejorando así la entrada y salida de los gases por los microporos de las hojas.
Requerimientos
Resulta fácil listar los elementos necesarios para producir un movimiento horizontal del aire, pero no tan fácil conseguirlo correctamente. El aire que hay que mover es el del área de cultivo, que es el área ocupada por las plantas. Mover el aire en el resto de la habitación de cultivo es una buena idea, pero la circulación del aire cerca del techo provocará un aumento de la carga de calor, ya que la mayor parte de ese aire es más caliente que el que rodea a las plantas, y el en el suelo suele haber una mayor presencia de esporas de hongos o de insectos que se propagarían con más facilidad al mover el aire. El modo en que se mueva el aire determinará el grado de estrés en las plantas. Existen dos formas de inducir este focalizado movimiento de aire, una es el uso de corrientes de aire que se dan al reemplazar el aire de la habitación de cultivo, y la otra por medio de un aparato, como puede ser un ventilador pequeño o los nuevos ventiladores horizontales de alta eficacia (HFs), diseñados para crear un pequeño efecto vórtice en una zona determinada.
Velocidad del aire en movimiento y la distribución del mismo
Para cambiar el aire de una habitación varias veces por minuto y conseguir así su enfriamiento, se necesitarán corrientes de aire muy fuertes que pueden causar fácilmente un estrés excesivo en las plantas y dañarlas. Cuando usamos tanto un sistema de ventilación horizontal como uno vertical, puede darse un efecto de acumulación de presión y velocidad del aire que también debe ser monitorizado. La velocidad de circulación del aire ideal debe dar lugar a un movimiento suave de las hojas de las plantas, lo cual garantizará una correcta mezcla del aire sin producir demasiado estrés a las plantas. En áreas reducidas, se aconseja colgar en la pared dos ventiladores de pequeño tamaño a la altura de las plantas y dirigirlos en diferentes direcciones, lo que dará lugar a una rotación en la masa de aire, permitiendo una mejor distribución de la misma alrededor de las plantas. En áreas de cultivo mayores, los HF crearán una corriente con fuerza pero de menor volumen, de modo que producirán una buena circulación localizada en ciertas áreas, pero no suficientemente fuerte para producir un impacto directo en las plantas. Estos ventiladores suelen colocarse de modo que el movimiento del aire que producen quede justo por encima de las plantas, produciendo el deseado movimiento suave de las hojas, lo cual resulta imposible con los sistemas de ventilación vertical, los cuales deben mover todo el aire de la habitación, no solo el que rodea a las plantas.
Ventilación Vertical
Cuando hablamos de ventilación vertical nos referimos al aire que extraemos de una zona de cultivo y que tratamos antes de ser devuelto, o que reemplazamos por aire de otra área. A menos que el sistema de ventilación haya sido diseñado para extraer e inyectar aire a través del suelo o del techo, el movimiento del aire se considera horizontal, de modo que la aportación de un sistema de ventilación vertical consiste en mover el aire a través de diferentes capas de aire, y no solo a través de una misma capa. El aire de un área de cultivo debe ser reemplazado regularmente para evitar un gran número de problemas. El cambio del aire permite el reajuste de la temperatura así como de los niveles de humedad, y reemplaza los gases que pueden ser utilizados en entornos cerrados, como el dióxido de carbono. Aunque la mezcla del aire proveniente de la ventilación horizontal moderará la temperatura, la humedad y los niveles de gases, esto no producirá aumentos o descensos de temperatura o humedad, ni reemplazará los gases que ya han sido utilizados; el intercambio de aire es la única solución para ello.
Sistemas abiertos y cerrados
Hay dos formas de implementar un sistema de ventilación vertical: con un sistema abierto, por el que el se inyecta aire proveniente de otra zona en el área de cultivo, o con un cerrado, en el que el aire de la zona de cultivo no se reemplaza, sino que es tratado in situ. El tratamiento del aire –su enfriamiento o calentamiento, control de la humedad, intercambio gaseoso- es importante en ambos sistemas, pero resulta esencial en los sistemas cerrados. Dependiendo de la necesidad de regular el entorno de la zona de cultivo y de las necesidades de las cosechas, el movimiento del aire por intercambio, ya sea en un sistema abierto como cerrado, determinaría el diseño exacto del sistema de ventilación.
Sistemas cerrados
Se establecerá un sistema cerrado en aquellos casos en que se dé contaminación, ya sea biológica o del medioambiente, debida al ozono u otros contaminantes industriales. El aire de la zona de cultivo no entrará en contacto con el aire del exterior. El aire de la zona de cultivo se extraerá, será tratado y posteriormente reintroducido en la zona de cultivo.
Sistemas abiertos
Un sistema de ventilación abierto se alimenta de aire recogido de una fuente exterior como puede ser el aire de una habitación con determinadas condiciones o el mismo aire libre. De este modo, el sistema podrá abastecer la zona de cultivo con aire fresco directamente para modificar la temperatura, la humedad y el contenido gaseoso, o podrá ser este configurado para optimizar una masa de aire antes de ser suministrada a la zona de cultivo. El aire nuevo es entonces conducido por el área de cultivo para reemplazar al aire antiguo hasta que se alcancen los niveles deseados. Aunque el aire estancado sea eliminado, los factores que han dado lugar a los cambios en temperatura o humedad indeseados siguen presentes. La velocidad con que la masa de aire fresco pueda rectificar y/o eliminar efectos perniciosos determinará la velocidad de intercambio de aire necesaria, lo cual tiene que ocurrir lo suficientemente rápido para lograr que se produzca un cambio. Existen fórmulas para el cálculo de la humedad, las cargas térmicas y el caudal de aire necesarios para que se produzcan los cambios deseados.
Diseño del sistema
Es necesario que el diseñador del sistema conozca la perdida o ganancia de calor que se da en el área de cultivo, lo cual es generalmente calculado en BTUs (Unidad Térmica Británica). Una vez conocido este dato, se puede construir un sistema que mantenga unos valores estables de temperatura y/o humedad basados en la diferencia entre la peor situación posible y unas condiciones idóneas.
Temperatura
Si la temperatura en un cultivo de interior en verano puede llegar a alcanzar los 49°C, pero la temperatura máxima a la que la planta debería exponerse es 32°C, el sistema de ventilación debería ser capaz de rebajar la temperatura 17°C. Igualmente debería ocurrir si fuese necesario un aumento de la temperatura o un reajuste en la humedad, aunque los cálculos sean diferentes.
Proporciones gaseosas
Este dato no supone un problema en un sistema abierto, ya que los niveles de los gases del área de cultivo estarán siempre igualados con los del aire proveniente del exterior, lo cual es siempre suficiente. Sin embargo, en un sistema cerrado será necesario añadir dióxido de carbono durante la fotosíntesis, ya que el CO2 del entorno será consumido tan rápidamente que el proceso metabólico de la planta comenzará a ralentizarse pasadas dos horas. El oxígeno, por otro lado, aunque también sea necesario para la planta en todo momento, es liberado durante la fijación del carbono en el CO2 en concentraciones suficientemente abundantes como para cubrir las necesidades de la planta.
Componentes
Los requerimientos del sistema determinarán los componentes a utilizar. En un sistema cerrado las características del entorno determinarán si un sistema de enfriamiento por evaporación funcionaría o si, por el contrario, necesitaremos una unidad HVAC (sistema de ventilación, calefacción y aire acondicionado). Dependiendo del volumen de aire a mover, así será el tamaño de los conductos y los ventiladores. Los sistemas abiertos funcionan inyectando aire nuevo en la zona de cultivo. Si es necesario enfriar y humidificar el aire, un sistema de enfriamiento por evaporación puede ser la solución (también conocido como un enfriador de pantano, y que también puede ser utilizado en un sistema cerrado). Los cálculos para este sistema deben llevarse a cabo correctamente para asegurar que el sistema es funcional y rentable, teniendo en cuenta factores como las curvas que hagan los conductos en su recorrido y los filtros utilizados. Suele resultar también de gran utilidad el uso de ventiladores en las zonas de entrada y de salida de aire para asegurarnos un buen movimiento del mismo y un equilibrio de la presión en el área de cultivo.
Controles
Los controles para la automatización de estos sistemas son también extremadamente importantes, algo que no se debe dejar de lado cuando tenemos prisa por acabar de diseñar un sistema. A menos que el cultivador o la persona encargada de la vigilancia del cultivo pueda permitirse estar mirando un termómetro, un higrómetro y un monitor de CO2 24 horas al día durante meses, será necesario disponer de un dispositivo para el control del sistema de ventilación vertical tanto en sistemas abiertos como cerrados. El sistema de ventilación horizontal tiende a permanecer activo en todo momento, de modo que lo único que se necesitará es un interruptor de encendido/apagado. Lo mínimo que cualquier sistema necesitará es un termostato para regular el sistema de refrigeración y otro para el de calefacción, pudiendo este ir conectado al sistema de ventilación. En habitaciones de cultivo pequeñas, instalar un humidostato será una buena idea, uno que dispare el sistema de ventilación cuando la humedad sobrepase un determinado nivel. También es aconsejable poder establecer diferentes valores para el ciclo de una noche, especialmente para la temperatura. Algunos sistemas de ventilación, particularmente en determinadas épocas del año, pueden necesitar refrigeración durante el día y calor durante la noche, sobre todo si se trata de invernaderos.
En sistemas cerrados, donde gases como el CO2 son liberados para reemplazar lo consumido o para aumentar los niveles del entorno, disponer de un monitor de gases también es una buena idea, en particular, uno que haga saltar una alarma cuando se produzcan desajustes de nivel en la masa gaseosa. El suplemento de CO2, aunque beneficioso para la cosecha, puede resultar costoso y menos efectivo si se realiza en exceso, además, puede ser peligroso para los cultivadores y sus empleados si se alcanzan ciertos niveles. Un monitor de CO2 añade valor al sistema al garantizar que en el patrón de ventilación establecido nunca se dé una carencia del mismo, o que este sea suministrado en los momentos adecuados en sistemas que regulen la temperatura y/o humedad.
Evitemos las complicaciones
Todo tiene que funcionar en conjunto para que sea efectivo. Siempre es preferible que los diferentes controles estén integrados en un solo controlador o en un par de ellos. Es importante aplicar siempre el principio KISS, y cuanto más pequeña sea la habitación de cultivo, más sencillo deberá ser el sistema de ventilación. Cuanto más sencillos los controles, menos posibilidades de error o fallo del sistema habrá. La temperatura, la humedad y la inyección de gases son controlados mediante unos sistemas de ajuste donde el cultivador puede, por ejemplo, establecer una temperatura de 22°C para que, en caso de rebasarse esa temperatura, la refrigeración sea disparada, permitiendo así que el sistema global sea más efectivo. No es necesario que el sistema sea de extremada precisión, ya que nos encontraríamos con un constantemente encendido y apagado del mismo por la simple variación de un grado de temperatura.
La ventilación no es la parte más fácil de entender y manejar en lo que a cultivo se refiere, pero es un aspecto esencial del control el entorno de cultivo. Nunca debe ser descuidada por las prisas de producir, y es algo fundamental a tener en cuenta en el conjunto del diseño de un espacio de cultivo. Deberemos asegurarnos un correcto diseño de la instalación para garantizar su funcionalidad… y ¡funcionalidad es sinónimo de éxito!
