uso de sensores de clima en cultivos bajo invernadero

1. Introducción

2. Generalidades de los sensores

3. Medida de la temperatura

4. Medida de la humedad

5. Medida de la radiación

6. Medida de la concentración de CO2

7. Medida del viento y la lluvia

8. Sensores remotos

9. Consideraciones prácticas

Uso de Sensores de Clima

en Cultivos bajo Invernadero

IMAGEN

Uso de sensores de clima en cultivos bajo invernadero. / [Sánchez-Guerrero, M.C.; Lorenzo, P.;

Fernández, P.; Medrano, E.]. – Almería. Consejería de Agricultura, Ganadería, Pesca y Desarrollo

Sostenible. Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera, 2020. 1-29 p. Formato

digital (e-book) - (Ingeniería y Tecnología Agroalimentaria)

Sensor – Microclima invernadero – Radiación – Temperatura – Humedad – CO2.

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Reconocimiento-No comercial-Sin obra derivada.

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Uso de sensores de clima en cultivos bajo invernadero.

© Edita JUNTA DE ANDALUCÍA. Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera.

Consejería de Agricultura, Ganadería, Pesca y Desarrollo Sostenible.

Almería, Abril de 2020.

Autoría:

Mª Cruz Sánchez-Guerrero Cantó 1

Pilar Lorenzo Mínguez 1

Pablo Fernández del Olmo 1

Evangelina Medrano Cortés 1

---------------------------------------------

1 IFAPA, Centro La Mojonera

Este trabajo ha sido cofinanciado por el proyecto de

“Nuevas tecnologías en la horticultura protegida: Eficiencia

en el uso de los recursos naturales y la energía procedente

de fuentes renovables” (PP.AVA.AVA2019.039), de la

convocatoria de Proyectos Sectoriales de investigación e

innovación tecnología (AVA2019), cofinanciados por el

Fondo Europeo de Desarrollo Regional.



1.- Introducción

3/29

El crecimiento exponencial de la población mundial implica un incremento en la demanda de alimentos. Según la

Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), en el año 2050 será necesario

producir un 70% más. La cada vez más reducida disponibilidad de superficie agrícola, el agotamiento de los recursos

naturales finitos, la escasez de agua, el cambio climático y la disminución generalizada de la mano de obra agrícola

dibujan un escenario que obliga a una transformación de la agricultura basada en la implantación de soluciones

tecnológicas de vanguardia.

Figura 1. Esquema general del proceso de

funcionamiento en un sistema de control del clima

en invernadero. Medir variables a controlar

(interior) y perturbaciones (exterior), comparar con

valores consigna y ordenar actuación de equipos de

climatización.

El éxito productivo de los cultivos de invernadero se basa, en

parte, en la posibilidad de realizar un adecuado control de

los factores que determinan el crecimiento y el desarrollo

de los mismos, entre los que se encuentran los parámetros

microclimáticos: radiación, temperatura, humedad y

concentración de CO2.

Es fundamental conocer los valores que adquieren estos

parámetros en el interior de los invernaderos para actuar en

lo posible y adaptarlos a las necesidades de las plantas.

Adicionalmente, parámetros meteorológicos externos como

radiación, velocidad y dirección del viento así como lluvia,

deben conocerse para hacer un buen uso de las instalaciones

de control en los invernaderos.

Una medida fiable de las variables climáticas es

fundamental para realizar un adecuado y eficiente control

climático en los invernaderos.



4/29

La gestión de clima en los invernaderos puede considerarse como un sistema de entradas y salidas con

perturbaciones (Bontsema, 1995)1. Las entradas del sistema serían las variables de control (equipos de climatización

o actuadores), las variables de perturbación (clima exterior, cultivo, estado de elementos estructurales como la

cubierta), y las salidas del sistema corresponderían a las variables a controlar (radiación, temperatura, humedad,

concentración de CO2).

De cara al futuro (inmediato), la instalación de sensores inteligentes de clima es clave para implementar la

agricultura de precisión e internet de las cosas (IoT) aplicado a la agricultura. En el caso de la agricultura de

precisión, la capacidad de estos sensores para registrar las variables climáticas y enviar los datos en tiempo real,

permite en el momento en el que se está realizando una labor, alcanzar los valores paramétricos y las condiciones

de cultivo requeridos para el desarrollo óptimo del cultivo. Tiene como objetivo por tanto, el uso de la cantidad

adecuada de recursos en el momento concreto y el lugar exacto, maximizando su rentabilidad y evitando el

desaprovechamiento de medios.

Un invernadero diseñado con tecnología IoT monitorea y controla el clima de manera inteligente, manteniendo el

cultivo en condiciones óptimas sin precisar una supervisión manual permanente. Por ejemplo, es capaz de detectar

en qué momento es necesario ventilar o activar el sistema de riego.

1) Bontsema, J. 1995. Control principles. En: Greenhouse climate control. An integrated approach. J.C. Bakker, G.P.A. Bot, H. Challa,

N.J. Van de Braak (Eds.). Wageningen Pers. Holanda. Pp.: 224-231.

Figura 2. Proceso completo de monitoreo y control en agricultura inteligente.

Despliegue de

sensores

Registro de

variables climáticas

Transmitiendo

información

Análisis y gestión

de decisionesAcción de control



2.- Generalidades de los sensores

Figura 3. Esquema general del flujo de señal en un sensor. Ejemplo para un sensor de radiación infrarroja.

Un sensor es un dispositivo eléctrico y/o mecánico que convierte magnitudes físicas (temperatura, radiación,

presión, etc.) en valores medibles de dicha magnitud. Consta típicamente de tres partes (Figura 3): Selector,

transductor y detector (Gieling y Schurer, 1995)2; la información buscada se filtra y se traduce a una forma

medible (voltaje, intensidad de corriente o movimiento) que varía con los cambios del fenómeno, y se detecta la

señal de salida. Esta señal será transportada y acondicionada para facilitar su registro en un dispositivo de

almacenamiento de datos, de manera que pueda ser procesada posteriormente para ser utilizada en los equipos de

control. El acondicionamiento modifica la señal de salida del sensor para facilitar su registro. Este proceso puede

incluir los siguientes pasos: convertir las señales eléctricas, amplificar la señal, filtrarla para reducir ruidos y

transformarla mediante funciones matemáticas para obtener el valor directo del parámetro que se desea

cuantificar. Con frecuencia es necesario determinar la relación entre las señales de entrada y salida a través de la

calibración.

2) Gieling, Yh.H., Schurer, K. 1995. Sensors and measurement. En: Greenhouse climate control. An integrated approach. J.C. Bakker,

G.P.A. Bot, H. Challa, N.J. Van de Braak (Eds.). Wageningen Pers. Holanda. Pp.: 224-231.5/29



Es muy importante conocer las especificaciones técnicas que ofrece el fabricante, por ejemplo, conocer el rango en

el que la medida es fiable, puesto que su exactitud no estará garantizada si las condiciones donde se piensa ubicar

están fuera del mismo. También se deben considerar otras características como su repetitividad, reproducibilidad,

resolución, no linealidad y el error máximo tolerable en función de las necesidades de trabajo.

El error de medida de un instrumento está determinado principalmente por los siguientes términos (Gieling y

Schurer, 1995)2: (los errores se propagan generalmente de forma aditiva, de manera que el error total de un

instrumento es la suma de los errores de sus componentes)

✓ Exactitud: grado en que una cantidad medida difiere de su valor real (%). A veces se le llama precisión.

✓ Sensibilidad: Es el menor cambio en la señal de entrada que dará lugar a un cambio en la medida.

✓ Estabilidad: Cambios originados por el tiempo o por la temperatura. Si la estabilidad de un instrumento es

baja, entonces requiere calibraciones más frecuentes.

✓ Ruido: Cambios en la salida que no se deben a cambios en el parámetro medido. El envejecimiento del

cableado, las soldaduras y empalmes suelen disipar corriente eléctrica y por tanto modificar la señal de

salida.

✓ Tiempo de respuesta: Velocidad con que un instrumento responde a un cambio de señal. Es el tiempo

mínimo que debemos esperar para realizar dos medidas consecutivas.

La elección de un sensor de clima para invernaderos dependerá de la función que se espera de él, de manera que

una mera información aproximada de las condiciones del cultivo no requiere el mismo grado de precisión de la

medición que si esta se usa para la automatización de los procesos de climatización que requiere una tecnología de

sensores de alta calidad que realice mediciones fiables y representativas.

Los invernaderos representan ambientes desafiantes respecto de la medición: exposición a la radiación, elevados

niveles de temperatura y humedad, riesgo de condensación, acumulación de polvo y suciedad, etc. Los instrumentos

a utilizar en estas condiciones deben estar diseñados especialmente para operar en dichos ambientes.

6/29



3.- Medida de la temperatura

La temperatura se puede medir por medio de transductores en base al efecto de la temperatura sobre respuestas de:

expansión (termómetro de líquido en vidrio, termómetro bimetálico), eléctrica (termómetro de resistencia,

termistor, termopar) o radiativa (termómetro de infrarrojo). En aplicaciones de control climático de invernaderos los

más utilizados son los de respuesta eléctrica, generalmente los sensores de resistencia (Pt100, Pt1000) y termistores.

Su grado de inexactitud no debe superar ± 0,5 ºC.

3.1. Termómetro de resistencia (RTD)

Se basa en la medida de la resistencia eléctrica de un conductor metálico que aumenta

casi linealmente con la temperatura (Figura 5). El conductor más utilizado es el

platino: Pt100, Pt500, Pt1000, donde los valores numéricos corresponden al valor de

resistencia (en ohmios) a la temperatura de referencia, 0 ºC. Es uno de los métodos

más precisos de medida de temperatura. Poseen una elevada robustez. Su rango de

medida suele ser de -40 a 60 ºC, con una precisión de 0,1 ºC. En las sondas Pt100 con

transmisor integrado la distancia entre sensor y sistema de adquisición de datos no

afecta a la medida, lo que es una gran ventaja en condiciones de invernadero donde

ésta es considerable.3.2. Termistor

Similar al termómetro de resistencia metálico pero está compuesto de

un material semiconductor (normalmente un óxido metálico). En este

caso, la relación entre la resistencia y la temperatura es exponencial y

normalmente son del tipo NTC (Negative Temperature Coefficient), en

los que la resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura

(Figura 5). Este tipo de sensor tiene mayor sensibilidad que los

termómetros de resistencia de platino. El tiempo de respuesta para un

cambio de temperatura depende del tamaño del termistor.

Figura 4. Termómetro Pt100,

con tubo protector (termopozo)

frente a efectos corrosivos.

0 100 200 300

Temperatura (ºC)

Resi

stenc

ia

Pt 100Pt 100

Termistor Termistor NTCNTC

0 100 200 300

Temperatura (ºC)

Resi

stenc

ia

0 100 200 300

Temperatura (ºC)

Resi

stenc

ia

Pt 100Pt 100Pt 100Pt 100



Figura 5. Relación generalizada entre

temperatura y resistencia al paso de corriente en

dos tipos de sensores: Pt100 y termistor NTC

7/29



Figura 6. Esquema de un termopar tipo T

3.3. Termopar

Es un transductor térmico, capaz de convertir la energía calorífica en energía eléctrica. A diferencia de las

termorresistencias, no necesitan una fuente de alimentación externa para su funcionamiento. Su principio de

medida se basa en el efecto Seebeck: cuando dos conductores metálicos distintos se unen en un punto, se genera

una fuerza electromotriz si la temperatura en ese punto (unión caliente o de medida) es diferente a la temperatura

medida en los extremos libres de ambos metales (referencia). Se mide el voltaje, que será proporcional a la

diferencia de temperatura. Requiere la lectura de la unión de referencia (típicamente con termistor o Pt100 situado

en el registrador de datos).

Hay diferentes tipos de termopares, según el tipo de metales que se combinan, el más utilizado en medidas

ambientales es el Tipo T (Cobre-Constantan). Son sensores baratos y responden más a los cambios de temperatura

que las termorresistencias, aunque su precisión es inferior. La distancia entre el sensor y el dispositivo de lectura

puede ser grande sin afectar a la señal.

Varios termopares pueden ser conectados en serie, de manera que sus salidas se suman proporcionando una mayor

señal, lo que recibe el nombre de termopila.

Uniones de

referencia

Figura 7. Configuración esquemática de una

termopila

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3.4. Ejemplo de medida de temperatura

Para evaluar el efecto de la incorporación de un sistema de calefacción mediante mangas solares pasivas (mangas

de polietileno llenas de agua) sobre la temperatura del aire del invernadero, en relación a otro invernadero de

referencia, se utilizaron termistores integrados en aspiropsicrómetros (HortiMax). Así mismo se midió la

temperatura en el interior de las mangas de polietileno para medir la acumulación térmica en el agua durante el

día, mediante termistores sumergidos (Model 108, Campbell Sci.). Como se muestra en la figura 8, los datos

permitieron confirmar las diferencias térmicas nocturnas generadas entre ambos invernaderos y su relación con el

calor acumulado en el agua durante el día (Baeza y col., 2015)3.

Figura 8. Aspiropsicrómetro (arriba) y termistor (abajo) para medida de temperatura del aire y del agua respectivamente. Evolución

durante 24 horas de la temperatura del aire registrada en el interior de dos invernaderos: con calefacción pasiva y sin calefacción

pasiva (CP y R respectivamente), así como del agua contenida en las mangas de CP.

3) Baeza E.J., Medrano E., Lorenzo P., Sánchez-Guerrero M.C., Sánchez, M.J., Porras M.E., Torrecillas M. 2014. Influencia de un

acumulador de calor pasivo sobre el microclima y la bioproductividad bajo invernadero. SERVIFAPA. Junta de Andalucía, IFAPA.

Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural. 18 Pp.



4 - Medida de la humedadEn el control de clima de invernaderos los dos

aspectos más importantes de la humedad

corresponden a la humedad relativa (HR, %),

utilizada para prevenir problemas de enfermedades,

y el déficit de presión de vapor (DPV, kPa) y el

déficit hídrico (DH, g/m3), por ser mejores

indicadores para el control de procesos fisiológicos

como la transpiración.

El vapor de agua en el aire ejerce una presión

llamada Presión de Vapor. La presión parcial alcanza

la saturación cuando se igualan las moléculas de agua

que se evaporan y las que retornan a la fase líquida.

Al aumentar la temperatura el aire puede contener

más agua en forma de vapor y por tanto, aumenta la

presión de saturación. Cuando el aire no está

saturado su presión de vapor es menor que la presión

de saturación.

Figura 9. Invernadero con sistema de nebulización para el

control del déficit de presión de vapor en el aire.

La HR es la relación en porcentaje entre la presión de vapor de agua en el aire respecto a la presión que tendría en

condiciones de saturación a una temperatura dada. El DPV es la diferencia entre la presión de vapor de saturación y

la presión de vapor del aire a una temperatura dada, el DH son los g de vapor de agua que faltan para llegar a la

saturación en un m3 de aire, por lo que expresan el grado de insaturación del aire. Cuando se conoce la

temperatura, es posible transformar la medida de humedad a cualquiera de sus expresiones.

Muchos instrumentos miden la humedad del aire aunque en condiciones de invernadero se utilizan normalmente dos

tipos de sensores con diferente principio de medida: Psicrómetro e higrómetros eléctricos de resistencia o de

capacitancia. 10/29



4.1. Psicrómetro

Figura 10. Esquema de un psicrómetro que mide diferencia de

temperatura entre el sensor de bulbo húmedo (Tw) y el sensor

de bulbo seco (T).

Está basado en la medida de temperatura del aire. Consta de dos termómetros idénticos, llamados bulbos, uno de los

cuales mide la temperatura del aire (bulbo seco) y el otro está cubierto con una mecha que lo mantiene siempre

mojado (bulbo húmedo) al estar unida a un depósito de agua destilada. Un ventilador mantiene un flujo de aire

constante en los bulbos, mínimo de 2 m/s.

Bajo condiciones atmosféricas no saturadas se

produce evaporación en la mecha que enfría al bulbo

húmedo. Cuanto más seco esté el aire más agua

absorberá de la mecha el flujo de aire y más enfriará

el bulbo húmedo, de manera que mayor será la

diferencia térmica con respecto al bulbo seco. La

presión de vapor del aire se calcula a partir de la

diferencia entre la temperatura de ambos sensores,

de acuerdo a la siguiente expresión:

e = es (Tw) – K (T - Tw)

donde e y es son la presión de vapor actual y la de

saturación, respectivamente, y K es una constante

psicrométrica. T y Tw son las temperaturas de los

bulbos seco y húmedo respectivamente.

Es muy importante la adecuada posición relativa entre ambos termómetros: no debe fluir aire desde el bulbo húmedo

al bulbo seco.

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El elemento sensor de los psicrómetros es pues un

termómetro y pueden utilizarse termopares, termistores

y termómetros de resistencia. La exactitud de la

medida de la humedad dependerá de la de los sensores

de temperatura utilizados y es más elevada a altos

niveles de humedad relativa. Una diferencia de 1 ºC

corresponde aproximadamente a un 10 % de HR.

Las desventajas de este tipo de sensor son su elevado

precio y la necesidad de un frecuente mantenimiento.

Se debe chequear periódicamente (p.e. semanalmente)

el depósito de agua, para rellenarlo o limpiarlo cuando

sea necesario. Cualquier contaminación visible de la

mecha del termómetro húmedo debería ser considerada

una clara indicación de la necesidad de sustituirla para

asegurar su adecuada absorción de agua y un mojado

correcto del bulbo húmedo. Un registro continuo de HR

del 100 % es un indicio de agotamiento del agua en el

depósito que resulta en el secado de la mecha y por

tanto del sensor de bulbo húmedo.

Figura 11. Aspiropsicrómetro. En condiciones de uso uno de los

sensores (bulbo húmedo) estará cubierto con una mecha

mojada permanentemente al estar introducida en el depósito

con agua.

Un método sencillo para testar este instrumento consiste en retirar la mecha del bulbo húmedo y asegurar que los dos

bulbos estén limpios y secos; la lectura de HR debe ser 100 %, lo que significa que ambos sensores miden la misma

temperatura.

Depósito de agua

Bulbo seco

Bulbo húmedo (cubierto con

mecha húmeda)

Ventilador

extractor

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4.2. Higrómetro eléctrico: de resistencia y de capacitancia

Figura 13. Dispositivo de protección para

sensores eléctricos.

Basados en la variación de las propiedades eléctricas de ciertos materiales higroscópicos al absorber agua.

Generalmente se emplean la resistencia eléctrica y la capacitancia.

El higrómetro de capacitancia (de estado-sólido) mide el cambio en esta

propiedad eléctrica provocado por la absorción de agua de un material

dieléctrico. Es un pequeño sensor que consta de dos electrodos entre los que

se encuentra un polímero higroscópico sintético (dieléctrico). Este material

puede absorber el agua del aire, de manera que la capacitancia del sensor

aumenta linealmente con la humedad relativa. Tienen un alto grado de

sensibilidad a niveles bajos de humedad, donde proveen una respuesta

relativamente rápida. Su principal inconveniente es que a valores de

humedad superiores al 85 % el sensor tiene una tendencia a saturar y la

respuesta se transforma en no lineal. Tarda en volver a medir

correctamente si no se encuentra bien ventilado; aunque no requieren un

mínimo de velocidad de viento, se debe evitar el estancamiento del aire a

su alrededor.

El higrómetro de resistencia consta de electrodos metálicos separados entre los que se coloca una película conductora

compuesta por cloruro de litio. A medida que aumenta la humedad del aire la película de cloruro de litio absorbe más

vapor de agua lo que hace que su resistencia disminuya marcadamente. Dado el contacto estrecho entre esta película

de cloruro de litio y los dos electrodos de metal, también decrece la resistencia entre los terminales de los electrodos.

La resistencia entre terminales puede entonces relacionarse con la humedad relativa. Su tiempo de respuesta es alto (5-

10 minutos para alcanzar el equilibrio) y la fiabilidad es baja a valores extremos de humedad relativa.

Figura 12. Esquema de higrómetro eléctrico

de resistencia..

Este tipo de sensores son susceptibles de ser contaminados por partículas como el polvo, por lo que se protegen con una

cápsula porosa de material inerte como el teflón.

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4.3. Ejemplo de medida de humedad

Figura 14. Aspiropsicrómetro instalado en invernadero con sistema de nebulización con cultivo de tomate. Evolución a lo largo de un

día (52 días después del trasplante) del déficit de presión de vapor (DPV) en el aire del invernadero con nebulización y testigo.

La aplicación de nebulización en invernadero implica la medida del contenido de vapor de agua en el aire. En un

estudio realizado en el IFAPA La Mojonera para evaluar la respuesta de un cultivo de tomate a este sistema de

refrigeración, se llevó a cabo el seguimiento del microclima generado en comparación con un invernadero de

referencia. La humedad se midió en términos de déficit de presión de vapor (DPV) mediante un aspiropsicrómetro

(DGT-Volmatic) instalado en los invernaderos con y sin nebulización. La figura 14 muestra el efecto de la

nebulización en el mantenimiento del DPV en torno al valor de la consigna programada (1,5 kPa) mientras que en el

invernadero testigo alcanzaba valores altos que repercuten negativamente en el cultivo.



5.- Medida de la radiación

Actualmente existe en el mercado una gran variedad de sensores de radiación que son sensibles a diferentes regiones

del espectro de energía de la radiación. La respuesta espectral no es la misma para los diferentes procesos

fisiológicos, así que el instrumento de medida elegido debe tener la sensibilidad espectral adecuada (Jones, 1983)4.

En los invernaderos las medidas de radiación más usuales son:

• Radiación global de onda corta (300 – 2500 nm)

• Intensidad de luz (380 – 760 nm)

• Radiación fotosintéticamente activa (400-700 nm)

Figura 15. Espectro de energía de la radiación solar que llega al

sistema Tierra - Atmósfera

La radiación solar es el conjunto de ondas

electromagnéticas procedentes del sol. Es un

término amplio que incluye diferentes tipos

caracterizados por su longitud de onda.

La mayor parte de la radiación que llega a la

Tierra está comprendida entre 300 y 2.500 nm,

diferenciándose tres categorías en función del

rango de longitud de onda que abarca: radiación

ultravioleta –UV- (por debajo de 380 nm), luz

visible (380-770 nm, intervalo que incluye la

radiación fotosintéticamente activa -PAR- 400-

700 nm) y la radiación infrarroja cercana –NIR-

(780-2.500 nm).

4) Jones, H.G. 1983. Plants and microclimate. Cambridge University Press, Cambridge. 323 pp.

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Las técnicas más comunes para la medida de radiación implican detectores fotoeléctricos (fotodiodo), o detectores

térmicos. Los sensores fotoeléctricos se basan en la propiedad de los materiales semiconductores (ej. Silicio) de

generar una corriente eléctrica cuando se exponen a la radiación. El detector fototérmico consta de dos

transductores de temperatura (termopila o termistor), uno de ellos unido a una superficie con pintura negra

altamente absorbente y otro, de referencia, unido a una superficie protegida de la radiación o pintada de blanco. La

diferencia de temperatura entre ambas superficies es función de la diferencia en la radiación absorbida. Este tipo de

detector tiene generalmente un tiempo de respuesta mayor que los detectores fotoeléctricos, si bien el coste de

éstos es menor que el de los fototérmicos.

Figura 16. Esquema de sensores de radiación con detector fotoeléctrico (izquierda) y térmico (derecha).

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5.1. Piranómetro (solarímetro)

Es el tipo de sensor de radiación mayoritario en aplicaciones de invernadero. Mide la energía de la radiación global

recibida sobre una superficie horizontal. Incluye la radiación recibida directamente del disco solar y también la

difusa tras ser dispersada al atravesar la atmósfera.

Figura 17. Piranómetros termoeléctricos: puntual (arriba) y

lineal (abajo). Detector: termopila

La mayoría de piranómetros están basados en sensores termoeléctricos. La superficie del sensor normalmente está

protegida del clima mediante cúpulas de vidrio o polietileno, cuya transmisividad limitan la respuesta del sensor a

longitudes de onda de 300 – 2500 nm (radiación global de onda corta).

Algunos piranómetros están basados en fotocélulas; utilizan una célula de silicio (p.e.) que absorbe radiación y

genera una corriente eléctrica. Aunque tienen una respuesta espectral más estrecha que la radiación solar (mide

entre el 70 y 90 % de la radiación total de onda corta), permiten una exactitud satisfactoria para muchas

propuestas.

Figura 18. Piranómetro fotoeléctrico. Detector: célula de

silicio

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5.2. Sensor cuántico

Mide la radiación PAR que es la utilizada por las plantas en el proceso de fotosíntesis.

Este tipo de medida no es muy habitual en invernaderos comerciales. Consta de una

fotocélula de silicio con un difusor y un filtro óptico (400-700 nm). Tiene buena

linealidad y estabilidad.

5.3. Sensor Fotométrico o Luxómetro

Mide la luz visible por el ojo humano, por lo que no es el sensor más adecuado para su

aplicación en invernaderos. Sin embargo, su medida podría utilizarse para obtener

valores aproximados de la PAR por detectar longitudes de onda próximas. Consta de

una fotocélula de silicio con un difusor y filtros ópticos. La intensidad de la luz visible

se mide en las unidades lux o foot candle (1 lux ≈ 0,1 fc).Figura 19. Sensor cuántico

(arriba) y luxómetro (abajo).

5.4. Unidades

La radiación solar, medida como la energía recibida por

unidad de superficie, se expresa en W/m2 (= J/m2.s).

Cuando se integran los valores durante un periodo de

tiempo, al expresar cantidades de energía mayores, se

utilizan las unidades de MJ/m2 o bien kWh/m2 (1 MJ ≈

280 Wh), este tipo de medida acumulada es utilizada en

algunos controladores de riego.

La PAR se puede medir como unidades de energía

(W/m2), pero generalmente se mide como densidad de

flujo de fotones fotosintéticos cuya unidad más habitual

es el mol/m2.s

Figura 20. Equivalencias aproximadas de unidades de medida de

radiación global, PAR y radiación visible.

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5.5. Ejemplo de medida de radiación

Figura 21. Radiación global (Rg) en el exterior e interior de los invernaderos con sombreado móvil (SM) y fijo (SF) a lo largo de un

día nublado (A) y despejado (B). Se indica el valor de la integral diaria obtenida en cada caso.

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00

Hora solar

Exterior

SM

SF

0

200

400

600

800

1000

0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00

Hora solar

Rg

, W

m-2

A) B)

10 MJ m-2

d-1

11 MJ m-2

d-1

8 MJ m-2

d-1

4 MJ m-2

d-1

25 MJ m-2

d-1

12 MJ m-2

d-1

En un estudio realizado en el IFAPA La Mojonera para evaluar de manera comparativa el uso en invernadero de

sombreado móvil y fijo, se midió de manera continua la incidencia de radiación global en el exterior y en el interior

de los invernaderos mediante piranómetros (Sky instruments). La figura 21 pone de manifiesto la ventaja del sistema

móvil de sombreado al permitir su aplicación sólo cuando las condiciones térmicas lo requieren; esta ventaja fue más

evidente en días nublados, en los que no hubo necesidad de sombrear ni siquiera al mediodía solar. Como resultado

del sombreado selectivo la integral diaria de radiación incidente sobre el cultivo SM aumentó respecto al SF: +100% en

el día nublado y +20% en el día despejado (Sánchez-Guerrero y col., 2012)5.

5) Sánchez-Guerrero M.C., Lorenzo P., Medrano E. 2012. Evaluación comparativa del uso en invernadero de sombreado móvil y fijo:

efecto sobre el clima y su repercusión en el cultivo de pimiento. SERVIFAPA. Consejería de Agricultura y Pesca, Instituto de

Investigación y Formación Agraria y Pesquera. 14 pp.



6.- Medida de la concentración de CO2

La concentración de CO2 existente en el aire de los invernaderos varía dependiendo de la actividad fotosintética del

cultivo que se desarrolla en su interior (proceso por el que las plantas asimilan CO2 del aire) y de la capacidad de

ventilación de la estructura que determinará su grado de renovación del aire y por tanto de reposición del gas

absorbido por el cultivo. Su medida es imprescindible cuando se aplica la técnica del enriquecimiento carbónico por

la que se aporta CO2 para evitar el agotamiento y aproximar su concentración a niveles óptimos para el cultivo. Las

unidades habituales de medida son partes por millón (ppm) y µmol/mol (10-6 mol CO2 por mol de aire).

La mayoría de analizadores de CO2 utilizados se

basan en tecnología NDIR (infrarrojo no

dispersivo). El dióxido de carbono y otros gases

compuestos por dos o más átomos diferentes

absorben la radiación infrarroja (IR) de una forma

única y característica.

El aire se bombea lentamente a través de una

pequeña celda cilíndrica (Figura 22); la radiación

IR emitida por la fuente (F) se transmite a través

de la celda donde el CO2 del aire absorbe

radiación hasta el detector. Un filtro ubicado

delante del detector (D) deja pasar sólo la

longitud de onda de absorción de CO2. La

absorción de IR es proporcional al número de

moléculas de CO2 presente en la celda.

Figura 22. Componentes básicos de un analizador de gas por IR

(IRGA). Fuente de IR (F), celda de muestra, filtro y detector (D).

Figura 23. Sensor de CO2 con tecnología NDIR, instalado en

invernadero dentro de una caja de medición. Detalle del sensor.

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Ejemplos de medida de CO2

Figura 25. Sensor de CO2 ubicado en el interior del invernadero.

Evolución a lo largo de un día de la concentración de CO2 (C) en el

aire de dos invernaderos con diferente estrategia de

enriquecimiento carbónico: Optimización dinámica y Referencia

(vinculada a la ventilación).

La medida de la concentración de CO2 en el aire en

el interior de los invernaderos con cultivos

hortícolas, realizada en diferentes estudios en el

IFAPA La Mojonera con sensores de tecnología NDIR,

ha permitido detectar situaciones de agotamiento

de CO2 en las que la concentración es inferior a la

del exterior (Figura 24) que afectan negativamente

a la actividad fotosintética de los cultivos y por

tanto limitan su producción por debajo de su

potencial

En otro estudio, sobre la aplicación de una

herramienta de gestión para la optimización

dinámica del aporte de CO2 en invernadero

mediterráneo (Convenio entre el IFAPA y Hortimax

Growing Solutions S.L., asociado al proyecto

AVA2019.039), se compara la evolución de la

concentración de CO2 en el aire resultante de

aplicar diferente estrategia de enriquecimiento

carbónico, instalados en una posición central del

invernadero y próximos a las hojas jóvenes con

mayor actividad fotosintética (Figura 25).

Figura 24. Concentración de CO2 en el interior de un invernadero con

cultivo desarrollado de pimiento, a lo largo de un día despejado a) y

un día nublado b). Rg representa la radiación solar exterior.



7.- Medida del viento y la lluvia

7.1. Sensores de viento

7.1.1. Anemómetro. Mide velocidad de viento. El más usado, de cazoletas, está compuesto por un conjunto giratorio

formado por un eje y tres brazos con cazoletas adosadas, formando un ángulo de 120º entre sí. El número de

rotaciones es medido en metros y se divide entre el lapso de tiempo para dar un valor de velocidad. El sensor necesita

un mínimo de velocidad del viento para comenzar a funcionar (0,5 - 1 m/s). Las cazoletas giran en un eje vertical y

aceptan vientos de cualquier dirección excepto la del mástil. Las cazoletas tienden a sobreestimar la velocidad del

viento debido a su respuesta no lineal y por su sensibilidad parcial a la componente vertical del viento. Si bien con el

tiempo también pueden ver limitada su capacidad de giro por la acumulación de suciedad en los rodamientos.

El viento en el exterior de los invernaderos a menudo es responsable del deterioro

de las estructuras, como ventanas y sistemas de sombreado; los equipos de control

incorporan influencias de la velocidad y dirección del viento como medidas de

protección. También la detección de lluvia es importante en el control de la

ventilación, utilizada como alarma de protección para cerrar las ventanas en

presencia de lluvia, por lo que no se requiere medida de la precipitación (con

pluviómetro) sino su detección. Estos sensores generalmente forman parte de

estaciones meteorológicas compatibles con los controladores de clima.

7.1.2. Veleta. Mide la dirección del viento, mediante el ángulo que forma la dirección

del origen del viento desde el norte, a contar en el sentido de las agujas del reloj. Es un

sistema mecánico, perfectamente balanceado y paralelo al suelo.

7.2. Sensor de lluvia

En este el detector de lluvia al impactar las gotas se cierra un circuito electrónico

(normalmente una placa impresa de cobre) y genera una señal.

Figura 26. Estación meteorológica

Figura 27. Detector de lluvia.

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8.- Sensores remotos

Hasta hace poco años, la recepción de los parámetros registrados por los sensores de clima se realizaba mediante su

conexión a un receptor a través de cableado eléctrico. En la actualidad y debido a la utilización masiva de internet se

ha desarrollado una serie de sensores climáticos inalámbricos o remotos. En este caso, los sensores emiten una señal

bien a un receptor o bien directamente a la nube, en ambos casos disponen de una tarjeta telefónica para poder emitir

la señal. En el caso de los sensores que emiten a un receptor, estos se deben instalar en un radio de unos 500 m. Para

la recepción de las señales de los sensores remotos, previamente se debe estar dado de alta en la compañía que

suministra el producto y se accederá a los datos mediante unas claves personalizadas, este servicio lo cobrará

anualmente la compañía.

La ventaja de los sensores inalámbricos es la no dependencia del estado del cableado eléctrico, sobre todo en

invernadero donde suele haber grandes distancias entre el sensor y el receptor de la señal y proliferan roedores que

deterioran el cableado. Otra de sus ventajas es la posibilidad del cambio de ubicación del sensor de una forma sencilla,

sin necesidad de ampliar el cableado.

Figura 28. Sensores remotos que emiten la señal directamente a la nube.

Figura 29. receptor de

la señal de sensores

remotos

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Para la emisión de la señal se requiere energía que puede ser suministrada mediante pilas convencionales (Tipo AA) o

bien mediante placas solares que alimentan baterías. Los sensores que utilizan pilas convencionales tienen la ventaja

de ser bastante ligeros y fáciles de trasladar y el inconveniente de tener que reponer la pila cada 3-4 meses

aproximadamente. Por el contrario los que utilizan placas solares tienen una mayor autonomía pero son más pesados y

su reubicación es un poco más complicada.

Los sensores inalámbricos pueden llegar a consistir en estaciones meteorológicas compactas que registran una amplia

gama de parámetros: temperatura, humedad, radiación solar, radiación PAR, concentración de CO2, lluvia y velocidad

de viento.

Otra de las ventajas es la visualización de los datos, ya que se puede acceder a través de cualquier dispositivo

conectado a internet.

Figura 30. Estación climática instalada en el interior del

invernadero con suministro de energía mediante un panel

solar fotovoltaico

Figura 31. Estación climática alimentada con pilas

Tipo AA que emite la señal de datos a un receptor

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Figura 32. Datos registrados por la estación climática instalada en el interior del invernadero con suministro de energía mediante un

panel solar fotovoltaico.

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Este tipo de sensores se han utilizado dentro de la iniciativa FIWARE ZONE puesta en marcha de forma conjunta entre

la Junta de Andalucía y Telefónica. Dentro de las actividades realizadas se ha puesto en marcha dos Smart Agrolab en

los que ha participado IFAPA, concretamente estos sensores se han utilizado en el Smart Agrolab Almería para la

sensorización de los sistemas de cultivo hortícola bajo invernadero.

En la figura 32 se pueden observar los parámetros registrados por la estación climática con suministro de energía solar

fotovoltaica. Los datos se pueden registrar cada 15 minutos y son fácilmente exportables a una hoja de cálculo.

Proporcionan información sobre la radiación solar incidente sobre el dosel vegetal, la temperatura de punto de rocío

(línea azul) que cuanto más se aproxime a la temperatura del aire (línea roja) indicará mayor probabilidad de

condensación en la capa interna del plástico del invernadero. La temperatura de bulbo húmedo (línea morada) indica la

temperatura que habría en el invernadero al 100% de humedad relativa y el VPD (Déficit de Presión de Vapor) en verde

indica la demanda evaporativa del aire. Este tipo de estaciones tienen un precio elevado y se recomienda para

explotaciones de una extensión considerable y con alta tecnificación en cuanto al control del clima en su interior.



En la figura 33 se pueden observar los parámetros registrados por la estación climática con suministro de energía

mediante pilas tipo AA, este tipo de sensores tienen un precio mas bajo que los anteriores y permite poder instalar más

de uno, si bien la precisión en los registros es menor. Proporciona sobre todo una información gráfica de los parámetros

climáticos, en la figura se presenta el registro de la temperatura en el interior (naranja) y en el exterior (morado) del

invernadero, se puede observar la inversión térmica nocturna donde el aire está más frio en el interior que en el

exterior del invernadero, este fenómeno ocurre especialmente durante el invierno en noches despejadas. Son

recomendables para explotaciones de pequeño tamaño con baja tecnificación y proporcionan una información

orientativa de la evolución del clima en periodos diarios, semanales y mensuales.

Figura 33. Datos registrados por la estación climática instalada en el interior del invernadero con suministro de energía

mediante pilas tipo AA.

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9.- Consideraciones prácticas

Además de una adecuada precisión en la medida de los sensores, su correcta

localización es fundamental para el control de clima y la eficiencia energética de

los sistemas aplicados.

La medida de radiación se realiza sobre una superficie horizontal. Es muy

importante asegurar la correcta colocación del sensor en dicho plano, para lo cual

algunos equipos disponen de una burbuja que indica la nivelación del sensor.

Normalmente se dispone de un único sensor por lo que su ubicación debe elegirse

con cautela. Lo ideal sería obtener datos de la radiación incidente sobre las

plantas dentro de los invernaderos, aunque generalmente se colocan en el

exterior. El sensor nunca debe estar sombreado, lo cual puede ocurrir

especialmente en invierno cuando la altura solar es baja. Por tanto, debe

instalarse alejado o por encima de cualquier estructura y obstáculo (incluido el

anemómetro que suele acompañarlo en las estaciones meteorológicas).

La medida de radiación en el interior del invernadero es complicada dada su

heterogeneidad, por efecto del sombreo de los diferentes elementos estructurales

y equipamiento del mismo. Los sensores de radiación lineales, como los tubos

solarímetros, promedian la medida en un área mayor que los sensores puntuales,

reduciendo en parte el error de muestreo.

El anemómetro y la veleta deben estar situados fuera del alcance de influencia

de obstáculos. El detector de lluvia requiere una colocación con ligera pendiente

para que el agua que incide en el sensor discurra fácilmente y caiga fuera.

Figura 34. Sensor de radiación

montado en una placa de

nivelación sobre el cultivo en el

interior de un invernadero.

Figura 35. Ubicación de una

estación meteorológica conectada

al controlador climático de

invernadero.

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Los sensores de temperatura y humedad deben estar protegidos de los rayos del sol y de excesivas turbulencias del

flujo de aire. Deben ubicarse en el interior de las llamadas cajas de medición, algunas están provistos de un ventilador

que proporciona el adecuado flujo del aire en torno al sensor.

Su localización debe ser en una zona representativa del espacio a controlar, evitando situarlas próximas a las tuberías

de calefacción, en un flujo de un ventilador o cerca de las ventanas. En cuanto a la altura, se recomienda su

colocación próxima a la zona de crecimiento de las plantas.

El sensor de CO2 no debe ubicarse cerca de una ventilación o conducto de escape. Debe muestrear el aire en el

entorno de las hojas jóvenes y por tanto más fotosintéticamente activas.

Figura 36. Diferentes tipos de protectores frente la incidencia de radiación para sensores de temperatura y humedad

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Este trabajo ha sido cofinanciado al 80% por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, dentro del Programa Operativo FEDER de Andalucía 2014-2020

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uso de sensores de clima en cultivos bajo invernadero

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