Evaluación de la ventilación natural en un invernadero multicapilla : efectos del diseño geométrico y la influencia del cultivo
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Resumen
Esta investigación evaluó el comportamiento fluidodinámico del aire en un invernadero multicapilla de ventilación natural, analizando la interacción entre la configuración geométrica de la instalación y la influencia física del cultivo. El estudio se desarrolló mediante una metodología mixta que integró simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) y mediciones experimentales, con el propósito de identificar las limitantes del microclima y proponer estrategias de optimización pasiva.
Se implementó una estrategia de validación experimental del modelo numérico mediante un análogo hidráulico en mesa de agua. Ante la imposibilidad física de satisfacer simultáneamente la similitud dinámica completa, se adoptó un enfoque de validación topológica fundamentado en la similitud geométrica, demostrando que la estructura de los vórtices y los patrones de flujo son replicables independientemente de la escala de velocidad en regímenes turbulentos.
La incorporación del cultivo en el análisis numérico reveló una doble influencia determinante sobre la física del sistema, pues actuó como una resistencia aerodinámica que redujo la velocidad de entrada del aire y como una fuente activa de masa y energía que saturó el ambiente. Se demostró que los modelos de invernadero vacío sobreestiman la capacidad de ventilación y subestiman el riesgo higrométrico, especialmente en condiciones nocturnas y de madrugada. El análisis de escenarios comparativos evidenció que la eliminación de barreras internas favorece la renovación de aire, pero su efectividad bioclimática es dependiente de las condiciones psicrométricas exteriores. Mientras que en horarios diurnos la modificación geométrica logró reducir la temperatura de bulbo seco y la humedad relativa, aprovechando una menor humedad relativa del aire exterior, en horarios nocturnos saturados la ventilación pasiva resultó insuficiente para mitigar la condensación.
Se concluye que la eficiencia de la ventilación natural no es una propiedad estática del diseño, sino una variable dependiente de la interacción dinámica entre la geometría arquitectónica, el tipo y tamaño del cultivo, y el potencial termodinámico del entorno. Por consiguiente, el diseño y simulación de invernaderos, especialmente en zonas frías de altitud debe integrar explícitamente la evapotranspiración del cultivo para garantizar predicciones realistas del riesgo fitosanitario. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This research evaluated the fluid dynamic behavior of air in a naturally ventilated multi-span greenhouse, analyzing the interaction between the facility's geometric configuration and the physical influence of the crop. The study was developed using a mixed methodology that integrated Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations and experimental measurements, with the purpose of identifying microclimate limitations and proposing passive optimization strategies.
An experimental validation strategy for the numerical model was implemented using a hydraulic analogue on a water table. Given the physical impossibility of simultaneously satisfying complete dynamic similarity, a topological validation approach based on geometric similarity was adopted, demonstrating that the vortex structure and flow patterns are replicable regardless of the velocity scale in turbulent regimes.
The incorporation of the crop in the numerical analysis revealed a dual determinant influence on the system's physics, as it acted as an aerodynamic resistance that reduced air inlet velocity and as an active source of mass and energy that saturated the environment. It was demonstrated that empty greenhouse models overestimate ventilation capacity and underestimate hygrometric risk, especially during nighttime and early morning conditions. The analysis of comparative scenarios evidenced that the elimination of internal barriers favors air renewal, but its bioclimatic effectiveness is dependent on external psychrometric conditions. While during daytime hours the geometric modification managed to reduce dry-bulb temperature and relative humidity, taking advantage of lower external relative humidity, during saturated nighttime hours passive ventilation proved insufficient to mitigate condensation.
It is concluded that natural ventilation efficiency is not a static design property, but a variable dependent on the dynamic interaction between architectural geometry, crop type and size, and the thermodynamic potential of the environment. Consequently, the design and simulation of greenhouses, especially in cold high-altitude zones, must explicitly integrate crop evapotranspiration to guarantee realistic predictions of phytosanitary risk.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas, fotografías, tablas