23 September, 2019 Revista Digital sobre Patentes, Marcas y Propiedad Intelectual

Climatizan invernaderos de pepino y tomate con energía geotérmica

Por Karla Navarro

Ensenada, Baja California.  (Agencia Informativa Conacyt).- En lugares como Mexicali, Baja California, donde las temperaturas son extremas tanto en verano como en invierno, la climatización de invernaderos es una estrategia de los productores para evitar que las cosechas se pierdan.

Al observar que la agricultura es una de las principales vocaciones de Mexicali, especialistas de la Universidad Politécnica de Baja California (UPBC) desarrollaron un sistema para climatizar invernaderos por medio de energía geotérmica, obtenida a partir del calor del subsuelo.

Del sistema diseñado, construido y puesto a prueba en la UPBC, se obtuvieron diversas ventajas: las plantas se mantienen a la misma temperatura durante todo el día, lo que a su vez derivó en reducir en 50 por ciento el periodo del cultivo; las plantas y los frutos crecieron más que en un invernadero no climatizado, y el sistema ofrece un coeficiente de desempeño nivel 4, es decir, por cada kilowatt eléctrico invertido se producen cuatro kilowatts térmicos.

Abelardo Mercado Herrera es académico de la UPBC y responsable técnico del proyecto albergado en el Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica (Cemie-Geo) y financiado con recursos de la Secretaría de Energía (Sener) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, Abelardo Mercado comentó que para el desarrollo del sistema se implementó en la UPBC un invernadero prototipo similar a cualquier invernadero comercial, con una dimensión de mil 100 metros cuadrados de los cuales 200 metros cuadrados están climatizados, mismos que alternan entre cultivo de pepino y tomate.

Para ello, entablaron una colaboración con especialistas de la Secretaría de Desarrollo Agropecuario de Baja California (Sedagro), quienes se hicieron cargo del cuidado de las plantas, mientras que los investigadores de la UPBC se enfocaron en los requerimientos energéticos y de climatización que el invernadero demanda.

Mexicali, condiciones idóneas

Irónicamente, el clima extremo resulta idóneo para poner a prueba el sistema de climatización, pues además de que la temperatura alcanza hasta los 50 grados en verano y desciende muy cercana a los cero grados en invierno, estas temperaturas pueden mantenerse durante buena parte del día.

Antes de iniciar con el diseño del sistema, los investigadores realizaron un estudio previo en un invernadero de la Sedagro para monitorear la temperatura dentro del invernadero y compararlo con la temperatura fuera de él.

1-conspepi2618.jpgConstrucción y armado de intercambiadores de calor en los laboratorios de la UPBC.“No por el hecho de tener un invernadero garantizas que la temperatura sea óptima y eso es algo que incluso los productores desconocen. Todos los cultivos tienen un cierto rango de temperatura en el cual su crecimiento en ese rango es óptimo, te sales de ese rango y el crecimiento es prácticamente nulo y pones en peligro la supervivencia de la planta”, advirtió Abelardo Mercado.

Con el monitoreo pudieron detectar que dentro de un invernadero comercial sin climatizar, la temperatura óptima para el crecimiento de las plantas solamente se alcanza durante dos horas al día y el resto del día se pone en peligro su supervivencia.

El investigador de la UPBC señaló que un invernadero no cuenta con inercia térmica, lo que quiere decir que no guardará calor a menos que se suministre, lo que se convierte en un problema en la temporada de invierno porque dentro del invernadero puede haber una temperatura tan fría como fuera de él.

Otra ventaja que ofrece el municipio de Mexicali es que el suelo es idóneo tanto para la agricultura como para el aprovechamiento de la energía geotérmica de baja entalpía, pues apenas a dos metros y medio de la superficie se encuentran mantos freáticos y suelos arcillosos, ideales para este tipo de tecnología porque permiten el contacto con el agua a muy poca profundidad.

Con base en estas características, Abelardo Mercado afirma que prácticamente cualquier agricultor de Mexicali tendría las condiciones en el suelo para implementar el sistema de climatización, tal como lo comprobaron al instalarlo en la misma UPBC.

Mayor producción en menos tiempo

Tras el monitoreo y comparativo de la temperatura, cálculos, trabajo de ingeniería, instalación de equipos, pruebas experimentales y pruebas de sensibilización, los investigadores obtuvieron un sistema que satisface toda la necesidad de energía del invernadero y mantiene su temperatura en hasta 25 grados en condiciones de helada.

Con ello, comenzaron a percibir los beneficios de mantener la temperatura en los cultivos que alternan entre tomate y pepino: la productividad se elevó en 40 por ciento, las plantas crecieron un metro y medio más, el número de frutos fue entre 30 y 40 por ciento mayor, además de que también el peso de los frutos incrementó.

No obstante, Abelardo Mercado subrayó que de todas las ventajas obtenidas en el invernadero climatizado, la más importante fue la reducción de 90 a 45 días el periodo de desarrollo de las plantas para obtener la cosecha.

“Nos decían los productores de Jalisco ‘no me interesa tener mucho tomate cuando todos tienen porque el precio se viene abajo, me interesa que adelantes la cosecha el suficiente tiempo para que yo tome una ventana de oportunidad donde el precio del mercado es mucho más alto”.

Climatizar los invernaderos da oportunidad al productor de planear cuándo salir al mercado, de cuidar que ningún factor externo de climatización lo afecte y de obtener márgenes de ganancia más amplios.

¿Cómo funciona?

Para explicar cómo funciona el sistema de climatización, el investigador de la UPBC ejemplificó: “En Mexicali estamos a 40 grados pero tú aquí lo quieres a 20 grados para tu confort, la diferencia de temperatura son 20 grados entre lo que tú quieres y la temperatura que hay afuera y tu equipo de aire acondicionado tiene que intercambiar ese calor con esa diferencia de temperaturas”.

1-bombcalor2618.jpgPrueba de fuga a intercambiadores de calor.La ventaja de los sistemas geotérmicos en Mexicali es que las condiciones del suelo son las ideales y se mantiene estable a una temperatura de 25 grados, lo que quiere decir que solo habrá un intercambio que hará el sistema.

“La temperatura ambiente va cambiando a lo largo del año, en invierno está muy frío, en verano muy caliente, el suelo siempre está a la misma temperatura, esa es la ventaja de esta tecnología, del uso del calor geotérmico, siempre está la misma temperatura”.

Mientras que los sistemas de aire acondicionado que comúnmente se instalan para uso doméstico funcionan a partir del intercambio de aire, con las bombas de calor utilizadas para climatizar los invernaderos, el intercambio es con agua fría o caliente, según sea la necesidad de enfriar o calentar el espacio.

Este sistema cerrado es comparable al radiador de un automóvil: una vez que se le suministra agua ya no es necesario extraerla ni suministrar más, sino que circula y su funcionamiento es con energía eléctrica, inversión que se recupera y multiplica con la producción de energía geotérmica.

“El suelo te suministra la energía térmica, la energía de calor, pero de alguna manera la tienes que traer al recinto y ese cómo traerlo es a través de bombeo de agua, y ya estando dentro del recinto lo tienes que distribuir y eso es a través de abanicos, las bombas y los abanicos funcionan con energía eléctrica”, dijo Abelardo Mercado.

Ante la posibilidad de realizar una transferencia tecnológica, el investigador comentó que la tecnología desarrollada está lo suficientemente madura y se podría lograr con un paquete completo que incluye el diseño, construcción e instalación del sistema donde el agricultor lo solicite.

Fabricar bombas de calor

El proyecto para climatizar invernaderos inició desde 2014 como parte de las líneas de investigación impulsadas a nivel nacional por el Cemie-Geo y desde entonces ha recibido un financiamiento de entre seis y siete millones de pesos.

En entrevista, el doctor José Manuel Romo Jones, investigador del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) y responsable técnico del Cemie-Geo, expuso que a partir de este proyecto comenzaron a impulsar el desarrollo de tecnologías que utilizan bombas de calor, máquinas térmicas que habían sido poco aplicadas en México.

“Antes de esto no había ninguna bomba instalada en México, ahora son 12, todas son de proyectos demostrativos, ninguna es comercial”.

Hasta ahora, los proyectos del Cemie-Geo que aplican bombas de calor están relacionados con calentar o enfriar espacios como invernaderos y herbarios; sin embargo, las bombas de calor son importadas, pues todavía no hay una oferta nacional.

Es por ello que en el Cemie-Geo se han propuesto impulsar la fabricación de bombas de calor mexicanas, por medio de proyectos que generen un prototipo y busquen su producción en el país, lo que sería de beneficio para disminuir sus costos en comparación con las importadas.

“Si se construyen aquí, esa barrera del costo inicial va a bajar bastante. La segunda parte del proyecto es buscar estas oportunidades, por ejemplo, construir las bombas de calor en México sería una buena contribución para luego producirlas en alguna fábrica”, concluyó.

1-conspepi2618-1.jpgConstrucción de invernadero, etapa inicial con estructura metálica ya armada.

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