Aportaciones al modelado y control climático de invernaderos

Resumen

La agricultura protegida es una herramienta fundamental para afianzar la seguridad alimentaria de una población creciente en un entorno de cambio climático y uso racional de los recursos naturales. La tecnificación de la agricultura bajo condiciones protegidas permite incrementar la productividad de los cultivos, lo que ha generado una brecha productiva entre las instalaciones tecnificadas y las que no. Para disminuir esta disparidad no basta solo con transferir tecnología, además, es necesario adaptar y desarrollar tecnologías y técnicas propias a las condiciones microclimáticas, socioeconómicas y de manejo de cultivo del lugar donde se implanten este tipo de instalaciones. La agricultura protegida es una herramienta fundamental para afianzar la seguridad alimentaria de una población creciente en un entorno de cambio climático y uso racional de los recursos naturales. La tecnificación de la agricultura bajo condiciones protegidas permite incrementar la productividad de los cultivos, lo que ha generado una brecha productiva entre las instalaciones tecnificadas y las que no. Para disminuir esta disparidad no basta solo con transferir tecnología,además, es necesario adaptar y desarrollar tecnologías y técnicas propias a las condiciones microclimáticas, socioeconómicas y de manejo de cultivo del lugar donde se implanten este tipo de instalaciones. El control climático de invernaderos es una de las áreas de la agricultura protegida en las que se ha presentado mayor desarrollo, dada su influencia directa en la productividad, calidad y rentabilidad del cultivo. En los últimos años, en esta área se han realizado esfuerzos por desarrollar tecnologías en los diversos campos que componen. En esta tesis doctoral se realizan aportes a la tecnificación de la agricultura protegida en las áreas de instrumentación, modelado y control climático. En el área de instrumentación, se desarrollan sistemas de monitorización y control de bajo coste, como herramienta pertinente para tecnificar la agricultura de los pequeños agricultores que cuentan con instalaciones poco tecnificadas. En este sentido, se describe la metodología, implementación y prueba de una red de aspiropsicrómetros de bajo coste para la monitorización de la variabilidad espacial de la temperatura y humedad al interior de un invernadero. Por otra parte, en relación a los procesos de modelado, se obtienen estructuras de alto orden y de orden reducido con fines de simulación y control, que describen de forma ajustada la dinámica de la temperatura interior del invernadero de ensayos. Además, se obtiene un modelo híbrido de la temperatura interior que permite expresar de manera formal la interacción entre dinámicas de variables continuas y discretas del sistema en época de invierno. Por último, en el área de control climático, se desarrollan y validan controladores por adelanto de la temperatura diurna con ventilación natural empleando nuevas técnicas de sintonía, los cuales compensan perturbaciones medibles antes que estas afecten la dinámica del sistema. Para la regulación nocturna de la temperatura interior del invernadero en clima frío, se desarrolla un controlador predictivo híbrido basado en modelo empleando un sistema de calefacción mixto, compuesto por un calefactor de aire caliente y uno de tuberías. El trabajo aquí presentado ha tomado gran cantidad de tiempo en ser desarrollado, realizándose dos estancias de investigación e incontables ensayos, tanto personalmente como en línea, para la obtención de los resultados que presentan en este documento. Se aspira a que los aportes aquí expuestos contribuyan con la disminución de la brecha productiva entre invernaderos tecnificados y no tecnificados, permitiendo su implementación en estos últimos.