El proyecto Geochilly tuvo como objetivo desarrollar un sistema de utilización de energía geotérmica para el control de heladas en huertos de melones y cerezos, contribuyendo a una mayor productividad, rentabilidad y sustentabilidad de las explotaciones. En este artículo se expondrá sobre el control de heladas por geotermia en huertos de cerezos y en el cultivo de melones.
La finalidad de esta iniciativa fue implementar un prototipo de sistema de control de heladas en cerezos y melones, usando como fuente energética la geotermia de baja entalpía, logrando desarrollar un modelo matemático para la simulación de condiciones hidrogeológicas a partir de información primaria y secundaria, con el cual puede dimensionarse el flujo de agua subterránea necesario para proteger un cultivo de las heladas más frecuentes, en base a parámetros establecidos para el cultivo y sin afectar la sustentabilidad del recurso hídrico.
Las heladas constituyen uno de los problemas de mayor incidencia e impacto económico en la agricultura, a nivel mundial.
En términos prácticos, para la agrometeorología una helada se define como la ocurrencia de temperaturas del aire bajo cero grados Celsius (INIA y otros, 2016). Técnicamente, la palabra “helada” se refiere a la formación de cristales de hielo sobre las superficies, tanto por congelación del rocío como por un cambio de fase de vapor de agua a hielo (Snyder y de Melo-Abreu, 2010).
El daño por helada se produce cuando se forma hielo dentro del tejido de las plantas, afectando sus células. El efecto directo de la helada ocurre cuando se forman cristales de hielo dentro del protoplasma de las células (congelación o helada intracelular), mientras que el daño indirecto puede ocurrir cuando se forma hielo dentro de las plantas, pero fuera de las células (congelación o helada extracelular).
Los daños por heladas pueden tener un efecto drástico para la planta entera o pueden afectar únicamente a una pequeña parte del tejido de la planta, lo cual reduce el rendimiento o afecta la calidad del producto.
Para reducir el impacto de las heladas existen diversas técnicas, cuyo éxito dependerá de su correcta y oportuna aplicación. Los métodos de control de heladas pueden clasificarse en sistemas de control pasivos y sistemas de control activos, que se explican brevemente a continuación.
Generalmente son de menor costo que los métodos activos y en varios casos sus beneficios son suficientes para evitar utilizar sistemas de protección activa.
• Selección del sitio, especie y variedades: relevante en el establecimiento de plantaciones en nuevas zonas y frente a nuevas condiciones de variabilidad climática. Se trata de seleccionar sitios con baja ocurrencia de heladas, nivelar o evitar zonas bajas, y analizar características de conducción y capacidad de almacenamiento de calor de los suelos, entre otras.
• Uso de barreras al movimiento del aire: instalación de cortinas o setos de árboles para desviar los cursos de aire frío que puedan afectar a los cultivos.
• Mojamiento del suelo: un suelo con bajo contenido de humedad posee gran parte de sus poros ocupados con aire, elemento de baja capacidad calórica y que se enfría rápidamente. Por lo tanto, previo a probables heladas, es recomendable mantener el suelo con alta humedad.
• Eliminar la cobertura vegetal: la cubierta vegetal entre hileras presenta una menor capacidad de acumulación y transferencia de calor hacia el suelo, con un mayor efecto perjudicial de la helada.
• Evitar la remoción del suelo entre hileras: el suelo removido o rastreado almacena aire frío entre los terrenos, por lo cual en época de heladas se recomienda tener el suelo lo menos intervenido posible.
• Uso de cubiertas sobre las plantas: la cubierta plástica reduce la pérdida de calor desde el suelo al aire, elevando la temperatura.
• Aplicación de sustancias protectoras de la planta: existen productos que pueden generar mayor resistencia en las plantas o bien forman una cubierta sobre ella, reduciendo su tasa de enfriamiento.
• Control de las bacterias nucleadoras de hielo (INA): existen algunas bacterias que activan la formación de núcleos de hielo en hojas y flores, por lo cual deben ser atacadas mediante compuestos de cobre u otros productos de acción bactericida.
• Riego por aspersión en follaje: el agua tiene la capacidad de entregar calor cuando se enfría, elevando la temperatura de las plantas y del ambiente inmediato. Es un método eficaz para heladas advectivas y radiativas, que requiere aplicar agua de riego mientras dura la helada. Puede generar altos consumos de agua y desarrollo de fungosis por el alto nivel de humedad. Aplicable a cultivos cubiertos.
• Uso de calefactores: se basa en entregar calor al aire para nivelar la pérdida de energía, de modo que la temperatura del aire no caiga a niveles que puedan causar daño a las plantas. Los equipos más comunes son aquellos que calientan el aire con fuego abierto, ya sea por quemadores o sistemas similares; generalmente son poco eficientes porque la mayor parte del calor sube rápidamente y se pierde. Por ello se requieren en gran número, con alto costo en combustible.
• Torres de ventilación: impulsan masas de aire desde la zona de inversión térmica, en las heladas radiativas, para mezclar el aire caliente que ha subido desde el suelo, con el aire frío cercano a las plantas. Pueden ser muy eficientes, pero tienen alto costo inicial. Pueden combinarse con calefactores para proteger de heladas advectivas.
• Uso de helicópteros: mismo principio anterior, ya que impulsa el aire con sus aspas y agrega calor por su turbina. Tiene un costo muy elevado.
• Ventiladores y aspersores por debajo de la planta: el agua congelada en el suelo libera calor latente y calienta el aire cerca de la superficie, el que es transferido a través del cultivo por ventiladores. Este método aumenta el beneficio de utilizar cualquiera de los dos métodos por separado.
• Ventiladores y calefactores: su combinación mejora la protección de cada método por sí solo.
Los calefactores utilizan distintos tipos de combustible, como biomasa, diesel o gas propano, con las consiguientes emisiones de gases con efecto invernadero. Los combustibles sólidos son más eficientes en calentar el ambiente alrededor de las plantas, especialmente bajo condiciones de viento.
La principal desventaja de los combustibles sólidos es que la energía liberada disminuye conforme se va consumiendo el combustible, y por ello la energía que se libera se ve limitada cuando más se necesita. Otro inconveniente es que los combustibles sólidos son más difíciles de encender, y por ello debe iniciarse el encendido más pronto.
También son difíciles de apagar, con lo que se desperdicia más combustible. Los ventiladores, por su parte, pueden funcionar con combustibles líquidos o con energía eléctrica, su funcionamiento es más limpio, pero generan ruido que puede ser molesto para las poblaciones cercanas.
En este contexto, la tecnología desarrollada y adaptada en el proyecto precursor se basa en el uso de la energía geotérmica, limpia y no contaminante, para transmitir calor a los cultivos mediante la circulación de agua proveniente del subsuelo.
La energía geotérmica es un recurso limpio, estable, sostenible y renovable, que proporciona energía utilizando el calor derivado de la tierra. Los elementos radiactivos dentro de la tierra liberan calor a temperaturas muy altas, que aumentan según la distancia a la superficie terrestre. Se estima que la temperatura del núcleo de la Tierra es de unos 5.000 °C y la del núcleo exterior de unos 4.000 °C, una temperatura similar a la de la superficie del sol.
La actividad geotérmica se concentra en el llamado “cinturón de fuego” del Océano Pacífico, donde se incluye nuestra región andina. Se espera que el flujo constante de energía térmica desde el interior de la tierra, equivalente a un estimado de 42 millones de megavatios (MW) de potencia, continúe durante miles de millones de años (Van Nguyen et al, 2015).
Las cifras sobre potencial geotérmico que se manejan hoy en Chile van desde los 3.350 MW hasta los 16.000 MW, lo que podría representar un 91% de la capacidad instalada actual de la matriz energética del país. Sin embargo, dentro de todas las Energías Renovables No Convencionales (ERNC) posibles de desarrollar en el país, la geotermia es la menos conocida, la más ignorada y la con mayor potencial (CEGA).
Estudios geológicos en la zona norte y sur del país han permitido una evaluación preliminar del potencial geotérmico de Chile en aproximadamente 16.000 MW, durante al menos 50 años de fluidos geotérmicos con temperaturas sobre 150 °C, localizados a menos de 3.000 metros bajo tierra. Solo en los últimos años han surgido algunas iniciativas institucionales, empresariales y particulares para explotar las decenas de usos que provee la geotermia.
Por geotermia de baja o muy baja entalpía se entiende el estudio, ocurrencia y explotación del calor de baja temperatura, menor a 30 °C, que se encuentra normalmente en el subsuelo a relativamente baja profundidad, típicamente menor a 200 metros.
En este caso puede existir un componente de la energía geotérmica genuina proveniente del calor de profundidades de la tierra, pero también proviene de la energía solar que ha sido absorbida y almacenada en el subsuelo. La superficie de la Tierra recibe del sol cada segundo, en forma de calor, 2 x 1017 Joule, que es cuatro órdenes de magnitud superior al calor geotérmico, por lo tanto al utilizar esta fuente se está aprovechando el subsuelo y acuíferos como un gran colector solar (Seisdedos, 2012).
La energía geotérmica es uno de los recursos energéticos más importantes para la generación de electricidad y también se utiliza directamente en la calefacción, la alimentación, la agricultura, la acuicultura y algunos procesos industriales.
El sector agrícola es un gran consumidor de energía y emisor de gases de efecto invernadero, que tiene como desafío ser más sostenible, competitivo y garantizar la seguridad alimentaria. Gran parte de la energía utilizada por la industria es para generar calor de nivel bajo y medio (menos de 200 °C) en muchas etapas tanto de producción como de tratamiento.
El reemplazo de combustibles fósiles por energía geotérmica es una solución viable para estos procesos, con estabilidad y bajo costo (Van Nguyen et al, 2015).
El sistema denominado Geochilly es un método activo para el control de heladas, que consiste en la calefacción del suelo y aire que rodea a las plantas de un cultivo protegido, mediante la circulación de agua extraída directamente del subsuelo y que se encuentra a una temperatura estable a lo largo del año, superior a la temperatura ambiente asociada a heladas.
• Calefactores: la geotermia no consume ningún tipo de combustible fósil o biomasa, por lo cual es mucho más económico en el consumo de energía, no contamina, no produce gases de efecto invernadero ni aumenta la huella de carbono del cultivo. Además, los calefactores no están diseñados para su aplicación en micro túneles.
• Ventiladores: la geotermia es mucho más económica en el consumo de energía, es mucho más silenciosa y no interviene en el paisaje. Tampoco los ventiladores están diseñados para su uso en estructuras cubiertas.
• Riego con agua precalentada: este sistema sí es factible de implementar en micro túneles, pero consume combustible y utiliza un gran volumen de agua que puede exceder la demanda de riego del cultivo, provocando exceso de humedad y desarrollo de fungosis.
La mayor desventaja de la geotermia, en relación con los otros métodos activos, es el alto costo de inversión en los estudios previos y en la perforación de pozos, cuando estos no se encuentran disponibles. En tales casos, se justificaría en cultivos de alta rentabilidad.
Ahora bien, si se dispone de información hidrogeológica de la zona y existen pozos de agua para riego que puedan ser usados para geotermia, el sistema reduce drásticamente su costo, siendo accesible para todo tipo de productores.
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