Determinación de los gradientes térmicos nocturnos en un invernadero usando dinámica de fluidos computacional

• Autores: Verónica Espinal-Montes, Irineo L. López Cruz, Abraham Rojano Aguilar, Eugenio Romantchik Kriuchkova, Armando Ramírez Arias
• Localización: Agrociencia, ISSN 2521-9766, ISSN-e 1405-3195, Vol. 49, Nº. 3, 2015, págs. 233-247
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Determination of night-time thermal gradients in a greenhouse using computational thermal dynamics
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    En regiones con climas secos y templados, como los del centro y norte de México, los productores de cultivos en invernadero enfrentan temperaturas nocturnas bajas, que se agudizan en algunas temporadas del año. En un invernadero éstas pueden contrarrestarse con sistemas de calefacción; pero cuando no se tiene el recurso, el ingreso de aire frío se evita con el cierre de ventanas. El objetivo del presente estudio fue desarrollar un modelo basado en Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para evaluar las variaciones de temperatura y flujo de aire nocturno en un invernadero en dos escenarios: ventanas laterales cerradas y abiertas. Los datos usados en las simulaciones fueron recolectados durante el invierno de 2012, en un invernadero tipo sierra con cubierta de polietileno y un área de 1 834.65 m², localizado en la unidad agrícola experimental de la Universidad Autónoma Chapingo. Las simulaciones se realizaron con el programa comercial CFD ANSYS-Fluent y un modelo 3D. Para establecer las condiciones de frontera y validación del modelo, se midió la temperatura del aire, cubierta y suelo dentro del invernadero. Los resultados experimentales y las simulaciones presentaron un efecto de inversión térmica, en el cual la temperatura del invernadero fue menor que la exterior. La simulación del invernadero con ventanas cerradas mostró una inversión térmica promedio de 3.1 K y los datos experimentales de 3.3 K; con ventanas abiertas el modelo CFD predijo una inversión térmica de 0.8 K. La apertura de ventanas permitió la circulación del aire, lo cual equilibró la temperatura interior con la exterior. Los resultados mostraron la capacidad de CFD para simular con precisión el microclima del invernadero, y por lo tanto su aplicación en el diseño y manejo de invernaderos.

  • English

    In regions with dry and temperate climates, such as those of central and northern Mexico, the producers of greenhouse crops face low night-time temperatures, which become more severe during certain periods of the year. In a greenhouse they can be counteracted with heating systems, but when this resource is not available, the entrance of cold air is avoided by closing windows. The objective of the present study was to develop a model based on Computational Fluid Dynamics (CFD) in order to evaluate the variations of night-time temperature and air flow in a greenhouse in two scenarios: lateral windows open and closed. The data used in the simulations were collected during the winter of 2012, in a sierra type greenhouse with polyethylene cover and an area of 1 834.65 m², located at the experimental agricultural unit of the Universidad Autónoma Chapingo. The simulations were made with the commercial program CFD ANSYS-Fluent and a 3D model. To establish the conditions of boundary and validation of the model, temperature of air, cover and soil was measured inside the greenhouse. The experimental results and simulations presented an effect of thermal inversion, in which the temperature of the greenhouse was lower than the exterior. The simulation of the greenhouse with closed windows showed an average thermal inversion of 3.1 K and the experimental data of 3.3 K; with open windows the CFD model predicted a thermal inversion of 0.8 K. The opening of windows allowed air circulation, which balanced the inside temperature with the exterior. Results showed the capacity of the CFD to simulate the microclimate of the greenhouse with precision, and therefore its application in the design and management of greenhouses.