Perfiles transversales y longitudinales de temperatura del aire y velocidad y dirección del viento para las configuraciones: g) SE7 (Le50-Lo50-Ce50-Co50; h) SE8 (Le50-Lo50-Ce0-Co0). Perfiles de temperatura del aire central transversal para diferentes escenarios de velocidad y dirección del viento.
INTRODUCCIÓN GENERAL
- Objetivo General
- Objetivos específicos
- Estructura de la tesis
- Literatura citada
Analice el entorno del invernadero con ventilación natural con monitoreo 3D inalámbrico y modelado CFD. Desarrollar una base teórica para seleccionar una configuración de ventilación adecuada para el control de la temperatura del aire del invernadero en diferentes escenarios climáticos exteriores.
REVISIÓN DE LITERATURA
Red de sensores inalámbricos en invernaderos
La monitorización espacial comenzó con el concepto de red de sensores distribuidos (DNS), que se definió como un conjunto de nodos de sensores, elementos de procesamiento y redes de comunicación conectados entre sí (Iyengar et al., 1994). Sin embargo, con el desarrollo tecnológico en comunicación inalámbrica, sensores digitales, microprocesadores y microcontroladores, la aplicación de la red de sensores inalámbricos (WNS) se ha llevado al monitoreo ambiental en invernaderos (Aqeel ur, et al. 2014).
Ventilación natural en invernaderos
Análisis CFD de la influencia de las mallas sobre la ventilación natural del invernadero. Evaluación de la ventilación natural en invernaderos de zonas costeras, mediante técnicas de CFD y gas trazador. Análisis CFD y optimización de la ventilación natural de un invernadero solar pasivo (tipo chino) con paredes traseras desmontables.
Evaluar los efectos de la configuración de los respiraderos sobre el patrón de flujo de aire en un invernadero mediterráneo de 3 respiraderos utilizando CFD. Un estudio CFD del efecto de la dirección del viento en las tasas de ventilación en un invernadero de 4 ranuras ventilado con 3 respiraderos cenital. Analice numéricamente, CFD, el efecto de la velocidad del viento sobre las tasas de ventilación de un invernadero de 3 naves equipado con ventanas cenital y laterales.
Literatura Citada
34; Remote Sensing and Control of an Irrigation System Using a Distributed Wireless Sensor Network. IEEE transactions on instrumentation and measurements. Natural ventilation of a greenhouse with ridge and side openings: sensitivity to temperature and wind effects. Wireless sensor networks for agriculture: the state-of-the-art in practice and future challenges.
Computational Fluid Dynamics (CFD) – an effective and efficient design and analysis tool for the food industry: an overview. Applications of computational fluid dynamics (CFD) in modeling and design of ventilation systems in the agricultural industry: a review. A support system for the design of natural ventilation of greenhouses based on computational aerodynamics, International Society for Horticultural Science (ISHS), Leuven, Belgium.
RED DE SENSORES DISTRIBUIDOS PARA EL ANALISIS ESPACIAL DEL
Introducción
Este tipo de seguimiento se realiza mediante una distribución espacial de sensores en el invernadero, lo que anteriormente representaba la instalación de una compleja red de cables de alimentación y comunicación con un registrador de datos principal. Tras la integración de estas tecnologías, el diseño de una red de sensores inalámbricos ha llevado a la solución de nuevos retos tecnológicos como la tolerancia a fallos; escalabilidad; costos de producción; entorno operativo; Actualmente, las tecnologías de comunicación inalámbrica que incluyen: ZigBee, Wifi, Bluetooth, GPRS/3G/4G y WiMAX son algunas de las tecnologías adoptadas en la agricultura.
En este tipo de aplicaciones, la tecnología ZigBee ha sido la más utilizada frente a otras tecnologías para el desarrollo de redes de sensores inalámbricos debido a su bajo coste. Sin embargo, actualmente existen otras tecnologías con características similares a ZigBee en cuanto a velocidad de datos, frecuencia y alcance, como los transceptores NRF24L01, que tienen menor coste y consumo energético que la tecnología ZigBee. Sin embargo, la seguridad de esta tecnología se limita a sólo 5 bytes frente a los 16 bytes de la tecnología ZigBee, característica que no es tan importante considerando su uso en unidades de producción de gama media y baja.
Materiales y Métodos
El módulo de adquisición de datos consta de un sensor de temperatura y humedad relativa DHT22 (Guangzhou Aosong Electronics Co., Ltd., distrito de Guangzhou Huangpu, China). El módulo de procesamiento consta de una placa de desarrollo de hardware y software libre Arduino Nano (ArduinoTM, Turín, Italia) y que está basado en el microcontrolador ATmega328P. El módulo de almacenamiento externo está compuesto por un módulo mini-micro SD (Shenzhen LC Technology Co., Ltd., cd, China).
Los módulos de comunicación, al igual que el módulo de comunicación del nodo sensor, constan de un transceptor nrf24l901. Un módulo de 5 x 1,3 x 3,4 cm que incluye un regulador de voltaje de 3,3V o 5V diseñado con una interfaz de comunicación dual (SDIO y SPI) gestionada y configurada por un MCU (Arduino Microcontroller AVR ARM). El módulo procesador consta de una placa de desarrollo de hardware Arduino UNO (ArduinoTM, Torino, Italia) basada en un microcontrolador ATmega328P.
Resultados y Discusión
Esto se debe principalmente a la configuración de ventilación, ya que hay una caída significativa de temperatura, sin embargo esto solo ocurre en las áreas inferiores del invernadero (Figura 3.13), especialmente a la altura de la abertura de ventilación. Para esta configuración, el gradiente de temperatura vertical de 3°C se mantiene después de abrir las ventilaciones; Sin embargo, el gradiente horizontal, de aproximadamente 1 °C, se elimina durante la apertura de las ventilaciones. Esta apertura de ventilación permite corregir los gradientes verticales y horizontales de temperatura del aire poco después de su apertura, reduciendo dichos gradientes en 1 °C.
Este comportamiento también depende de la velocidad y dirección del viento, ya que ambas permitieron un descenso similar de la temperatura, pero en términos de homogeneización climática, esta configuración permitió reducir estos gradientes. Antes de abrir las aberturas se produce una pequeña pendiente de aproximadamente 2 °C, que aumenta después de la apertura. Esta última apertura permitió una disminución significativa de la temperatura del aire, pero también provocó un aumento del gradiente vertical de temperatura del aire (dejando un gradiente de 8° entre las regiones altas y bajas del invernadero), que mantuvo el gradiente horizontal (8°). . entre las regiones norte y sur del invernadero) antes de que se abran las aberturas.
Conclusiones
Literatura citada
ANALISIS CFD DEL AMBIENTE DE UN INVERNADERO CON
Introducción
Por tanto, la ventilación natural es la técnica más adecuada para regular el ambiente en el invernadero durante esta época del año. La ventilación natural se ha estudiado utilizando modelos matemáticos mecanicistas, donde el modelo de ventilación forma parte de un modelo general de microclima de invernadero (Impron et al., 2007; Singh et al., 2006; Vanthoor et al., 2011). De manera similar, se definió mediante estimaciones de tasas de intercambio de aire utilizando la técnica del gas trazador (Boulard y Draoui, 1995; Nielsen, 2002; Pérez Parra et al., 2004). Este gradiente de temperatura provoca una importante falta de uniformidad en la producción, tanto en cantidad como en calidad, y también provoca problemas con la aparición de plagas y enfermedades en las salas de invernadero que tienen temperaturas y humedad menos favorables (Molina-Aiz et al., 2010).
La ventilación natural de los invernaderos se analizó mediante modelos basados en CFD y se validó mediante la técnica de gases traza. La investigación solo se ha aplicado al estudio de los intercambios de aire (Boulard et al., 1999;. La investigación sobre ventilación natural para invernaderos en México solo se enfoca en determinar tasas de ventilación bajo ciertas configuraciones de ventilación para validar modelos mecanísticos puntuales y modelos CFD (Espinal-Montes ) et al., 2015; Pedro et al., 2008; Romero et al., 2006).
Materiales y Métodos
Finalmente, se determinó la configuración de ventilación más eficiente, en términos de reducción de la temperatura del aire y homogeneización, a partir de simulaciones bajo las mismas condiciones externas. Tabla 4.1 Configuraciones de ventilación utilizadas por tipo de modelo. Donde ϕ es la variable de interés en forma adimensional (que puede ser masa, velocidad, factor químico o temperatura); U, V y W son los componentes vectoriales de la velocidad; Γ es el coeficiente de difusión; Sϕ es el término fuente; la derivada parcial de la variable de concentración con respecto al tiempo representa el término transitorio. Para estudios de ventilación natural en invernaderos, Bournet et al., (2007) sugieren dimensiones basadas en la altura del invernadero: para el largo y ancho de esta área sugieren una longitud de siete veces la altura del invernadero desde las ventilaciones. de éste y una altura cinco veces la altura del invernadero.
El mallado (subdivisión de espacios) se implementó con elementos hexaédricos, donde el tamaño del elemento se determinó con base en la evaluación de la calidad de la malla, utilizando diferentes tamaños de elementos y tomando en cuenta los parámetros de ortogonalidad y asimetría. Para las simulaciones se consideró el régimen de estado estacionario, considerando seis configuraciones de ventilación, para obtener resultados del efecto térmico instantáneo al abrir las ventanas laterales y cenital; y el régimen de estado transitorio, 3 configuraciones de ventilación, con el objetivo de analizar el efecto térmico durante los 10 minutos posteriores a la apertura de las ventilas y verificar que los resultados de las simulaciones de estado estacionario corresponden a la estabilización de la temperatura en el estado transitorio. Para evaluar los modelos, se determinó para cada configuración de ventilación el error cuadrático medio (RMSE) y el coeficiente de correlación (R2) entre las mediciones y los resultados de la simulación.
Resultados y Discusión
Perfiles transversales y longitudinales de temperatura del aire y velocidad y dirección del viento para configuraciones: c) Le0-Lo25-Ce25-Co0;. Sin embargo, el gradiente vertical de temperatura del aire se mantiene incluso después de abrir las rejillas de ventilación. Sin embargo, también hace que el gradiente vertical de temperatura del aire aumente a más de 6 °C.
Esta configuración, caracterizada por la apertura de todas las ventilaciones del invernadero, muestra la mayor caída en la temperatura del aire, superior a 8 °C, después de abrir las ventilaciones. Estas simulaciones nos permitieron visualizar el comportamiento de la temperatura del aire tras la apertura de las ventilas, principalmente la magnitud del descenso de la temperatura del aire en el invernadero. Comportamiento de la temperatura del aire de los modelos CFD, en estado transitorio, para cada configuración de ventilación.
Conclusiones
El área de la abertura de aire es un parámetro importante en la ventilación de invernaderos. La velocidad del viento es otro parámetro importante, ya que las altas velocidades promueven la reducción y homogeneización del medio ambiente. Para mejorar las predicciones del modelo, se deben considerar otras variables climáticas como la temperatura del cielo, la humedad relativa y la temperatura del dosel del invernadero; De manera similar, se debe realizar un análisis de sensibilidad para encontrar los parámetros más importantes del modelo y realizar la calibración del modelo CFD.
Se demostró el efecto del área de la abertura de ventilación y la velocidad y dirección del viento sobre la tasa de ventilación para cada escenario de simulación y, por tanto, sobre la caída y homogeneización de la temperatura del aire. Los resultados de las simulaciones se pueden utilizar como referencia para seleccionar la abertura de ventilación más adecuada para un escenario dado de condiciones climáticas internas y externas, teniendo en cuenta diversos aspectos como la temperatura del aire interior, la temperatura del aire interior deseada, la velocidad y dirección del viento, Radiación solar y temperatura del aire exterior. Esto se utiliza considerando que la tasa de ventilación está estrechamente relacionada con la velocidad y dirección del viento y el área de la abertura de ventilación.
Literatura citada
