Investigadores de Turquía y Qatar han simulado el crecimiento de tomates en un invernadero equipado con un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC, por sus siglas en inglés) alimentado por paneles fotovoltaicos y una bomba de calor aerotérmica.
El grupo desarrolló un novedoso modelo de simulación numérica capaz de tener en cuenta el crecimiento de las plantas y la evaporación.
“Es más difícil mantener el ambiente interior del invernadero y determinar el dimensionamiento del sistema HVAC que el de las casas debido a la complejidad de la estructura del edificio del invernadero y a las interacciones calor/masa entre el producto y el aire interior”, explica. “Los trabajos publicados que simulan no tienen en cuenta el crecimiento de las plantas y sólo consideran el ambiente interior”.
Los académicos utilizaron los programas MATLAB y TRNSYS para su modelado. El sistema propuesto consta de un ventilador, dos válvulas de control, una batería de calefacción, una batería de refrigeración, un humidificador y un deshumidificador para calentar, refrigerar y climatizar el aire interior del invernadero.
“El sistema también incluye una bomba de calor para satisfacer la demanda de calefacción/refrigeración y paneles fotovoltaicos para generar la electricidad necesaria para la bomba de calor”, explicaron, añadiendo que las demás partes del invernadero se alimentaban con electricidad de la red. “En el software TRNSYS se utilizaron 450 unidades de módulos fotovoltaicos HSA72M10 MF-550 con una potencia de 247,5 kWp-DC, y se supuso que la eficiencia del inversor era del 98%”.
El modelo simulaba un año entero, con tres estaciones de crecimiento: enero-abril, mayo-agosto y septiembre-diciembre. Según la bibliografía disponible, la temperatura óptima para el sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado se fijó en el intervalo de 20 ºC a 27 ºC y la humedad relativa entre el 40% y el 60%. El modelo se simuló para funcionar en cuatro ciudades, con sus propias condiciones ambientales y económicas: la turca Izmir, la marroquí Casablanca, la tunecina Túnez y la española Valencia.
La simulación demostró que el sistema de Izmir consumió 723.980 kWh de electricidad en un año, 376.030 de ellos a través de la fotovoltaica. En Casablanca, el consumo total fue de 690.550 kWh, de los cuales 416.820 kWh fueron solares; en Túnez, el total fue de 684.110 kWh y 417.960 fotovoltaicos; y en Valencia el consumo fotovoltaico fue de 379.780 kWh de 697.400 kWh.
Según los cálculos de los investigadores, el periodo de amortización del sistema en Valencia fue de 2,9 años y en Casablanca de 5,7 años. En Túnez fue de 9,31 años y en Esmirna de 13,55 años.
Los resultados de la simulación se compararon con un sistema de referencia sin sistema de climatización. “Las temperaturas medias interiores del invernadero con y sin sistema HVAC son de 32,8 ºC y 23,5 ºC en Izmir. En Casablanca, la temperatura media interior del invernadero se reduce de 34,6 ºC a 23,6 ºC con la implantación de un sistema HVAC asistido por bomba de calor fotovoltaica”, añaden. “Las temperaturas medias interiores del invernadero con y sin sistema de climatización son de 34,2 ºC y 23,5 ºC en Túnez. La instalación de un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado con bomba de calor fotovoltaica en el invernadero de Valencia reduce la temperatura media anual interior del invernadero de 33,3 ºC a 23,5 ºC”.
Los científicos presentaron el sistema en el artículo “An integrated transient model in TRNSYS for thermal management of the tomato growth process in a greenhouse with a PV-aided heat pump-assisted HVAC system” (Un modelo transitorio integrado en TRNSYS para la gestión térmica del proceso de crecimiento del tomate en un invernadero con un sistema HVAC asistido por bomba de calor fotovoltaica), publicado en la revista International Journal of Thermofluids. El artículo ha sido redactado por científicos de las universidades turcas de Eylül y Yaşar y de la catarí Hamad Bin Khalifa.
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