Modelado y simulación de la temperatura y humedad relativa al interior de una cámara de crecimiento

Abstract

El modelado y la simulación de variables internas como la temperatura y la humedad relativa son relevantes para diseñar futuros sistemas de control climático. En este trabajo, se propone un modelo matemático para predecir las variables internas de temperatura (T) y humedad relativa (HR) de una cámara de crecimiento (CC). La CC integra el concepto de energías renovables porque cuenta con tecnología que aprovecha los recursos naturales para su funcionamiento. Esta cámara se instaló en una granja en Querétaro, México, en las coordenadas 20.549278 Lat., -100.503250 Long. Ambas variables se incorporan en un conjunto de ecuaciones diferenciales de primer orden, considerando un balance de energía-masa. El modelo desarrollado considera varios mecanismos de transferencia de calor, en los cuales se incluyen las ganancias de calor debido a la radiación solar absorbida a través de las superficies traslúcidas, la evapotranspiración de los cultivos, la conducción, convección y radiación a través de paredes y techos, además, las pérdidas debidas a las infiltraciones y el efecto del viento. Los resultados del modelo se comparan y evalúan en términos de los coeficientes de determinación (R2 ) y el error cuadrático medio (RMSE). El R2 y el RMSE calculados fueron R2 = 0.96, R2 = 0.94, RMSE = 0.98 °C y RMSE=1.08 °C, respectivamente, para la temperatura durante dos semanas consecutivas; y R2 = 0.83, R2 = 0.81, RMSE = 5.45 %HR, y RMSE = 5.48 %HR, respectivamente, para la humedad relativa durante el mismo período. Gracias a los sistemas pasivos utilizados para controlar las condiciones internas, la cámara de crecimiento proporciona diferencias promedio entre el interior y el exterior de +0.34 ° C para la temperatura y +15.7 %HR para la humedad sin ningún sistema de control climático (calefacción, ventilación o refrigeración). En la práctica, la CC propuesta en este documento produce en promedio 3.5 kg de forraje verde hidropónico húmedo (FVH) por cada kilogramo de semilla (maíz o cebada) cosechada sin usar fertilizantes o aditivos en el riego.