Evaluación termodinámica de un invernadero mediante el uso de dinámica de fluidos computacional
DOI:
https://doi.org/10.15517/257zqq83Palabras clave:
Equilibrio dinámico, Producción de invernadero, Modelación de cultivos, Análisis térmicoResumen
Introducción. La dinámica de fluidos computacional (CFD) es una técnica para simular el comportamiento de parámetros termodinámicos. Objetivo. Evaluar la termodinámica de un invernadero mediante CFD, para proponer mejoras en la producción de lechuga . Materiales y métodos. La investigación fue ejecutada entre octubre 2022 y febrero 2023 en el Centro de Innovación Agropecuaria Los Diamantes, Limón, Costa Rica. Se recopiló el rendimiento de tres ciclos de lechuga. Se desarrolló un modelo mecánico 3D del invernadero. Se generó una malla de 482,664 elementos con refinamiento en el interior. El análisis se realizó bajo flujo estacionario, utilizando la ecuación de Navier-Stokes con modelo de turbulencia k-ε y transporte de especies con interacciones térmicas mediante la ecuación de energía. Se modelaron materiales fluidos (aire y mezcla aire-vapor), sólidos (suelo y polietileno), y el cultivo como medio poroso. La evapotranspiración se estimó empleando datos meteorológicos y coeficientes de cultivo. Las condiciones de frontera incluyeron entrada de velocidad variable, paredes a temperatura constante y superficies porosas calibradas con datos bibliográficos. El modelo fue validado mediante MAE y RMSE y errores menores al 10 % y, se propusieron mejoras pasivas y estructurales para optimizar el microclima interno del invernadero. Resultados. Durante el día, la temperatura y la humedad relativa promedio en el invernadero superaron los 30 °C y el 65 %, respectivamente, mientras que durante la noche descendieron a 18 °C y cerca del 90 %. La temperatura presentó variaciones significativas en el eje vertical pero se mantuvo más homogénea longitudinalmente, mientras que la. humedad relativa mostró mayor variabilidad en ambas direcciones. Conclusión. La modelación permitió visualizar el comportamiento del invernadero, se propuso aumentar las dimensiones de la ventana cenital entre 11 m2 a 20 m2; la instalación de dos recirculadores de aire y una sombra móvil con transmisibilidad de luz de 50 %.
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