Psicrometría en la agricultura: invernaderos y grano

Toda decisión agrícola en la que interviene el aire, ya sea ventilar un invernadero, elegir el momento de la cosecha, ajustar el secadero o las condiciones de un silo de grano, tiene una base psicrométrica. El aire demasiado húmedo provoca moho; el demasiado seco daña las plantas o agrieta el producto. La diferencia con la industria está en el comportamiento sortivo de los materiales biológicos: el grano, la fruta o la madera toman y ceden humedad activamente según su equilibrio con el aire que los rodea.

Transpiración de las plantas y humedad del invernadero

Las plantas desprenden vapor de agua por las hojas mediante la transpiración. Su intensidad depende del déficit de presión de vapor (DPV, en inglés VPD), es decir, de la diferencia entre la presión de saturación del vapor a la temperatura de la hoja y la presión parcial real del vapor en el aire:

$$\text{DPV} = p_{vs}(t_{hoja}) - p_v(\text{aire})$$

Un DPV alto (aire seco) provoca una transpiración intensa, el cierre de los estomas y estrés en la planta. Un DPV bajo (aire húmedo) limita la transpiración pero favorece las enfermedades fúngicas (podredumbre gris, Botrytis). El DPV óptimo para la mayoría de hortalizas y flores está aproximadamente entre 0,5 y 1,3 kPa, es decir, en torno a 20–26 °C y 60–75 % de humedad relativa. Cada valor del DPV corresponde a una combinación concreta de temperatura y humedad relativa en el diagrama psicrométrico.

Humedad de equilibrio: cuándo deja de secarse el grano

Un producto agrícola intercambia humedad con el aire hasta alcanzar su humedad de equilibrio (en inglés EMC): el contenido de humedad del material con el que la presión parcial del vapor en el material iguala a la del aire y el intercambio se detiene. Depende de la temperatura y de la humedad relativa y se describe con las isotermas de sorción. La norma ASABE D245.6 recoge isotermas de 40 productos. Ejemplo para el trigo: a 20 °C y 65 % de humedad relativa, la humedad de equilibrio es de un 13 % (base húmeda), que corresponde a una humedad de almacenamiento segura.

Humedad segura de almacenamiento del grano

El grano almacenado con más humedad que la de equilibrio segura frente al crecimiento microbiano se estropea deprisa:

• Almacenamiento corto (hasta 6 meses): trigo < 14 %, maíz < 14 %, girasol < 9 % (base húmeda)
• Almacenamiento largo: trigo < 13 %, maíz < 13 % (base húmeda)

Estos valores corresponden a un aire con un 60–65 % de humedad relativa a 15–20 °C. Por eso los silos modernos llevan ventilación controlada y solo ventilan cuando el aire está más seco que el grano, una decisión que solo puede tomarse con datos psicrométricos.

Secado del maíz tras la cosecha en el diagrama

El maíz recién cosechado tiene una humedad del 25–30 % (base húmeda), y para almacenarlo con seguridad hay que bajarla al 13–14 %. Aire de secado: normalmente 80–100 °C, con φ < 5 % a la entrada.

Cantidad de agua que hay que evaporar de 1 t de maíz (del 27 al 14 %, base húmeda):

$$m_{agua} = 1000 \cdot \frac{0{,}27 - 0{,}14}{1 - 0{,}14} \approx 151\ \text{kg de agua por tonelada}$$

Cantidad de aire necesaria con $\Delta W = 18 - 2 = 16\ \text{g/kg}$:

$$m_{aire} = \frac{151}{0{,}016} \approx 9440\ \text{kg de aire por tonelada}$$

Con un secado de 8 horas y $\Delta h \approx 80\ \text{kJ/kg}$, la batería necesita unos 26 kW por cada tonelada del lote. (Los valores exactos de la humedad de equilibrio y de $\Delta h$ dependen de la variedad: compruébelos en la ASABE D245.6 o con el fabricante del secadero.) Los principios son los mismos que en el secado industrial.

Invernaderos: ventilación frente a refrigeración

En un invernadero, el sol produce unas ganancias de calor enormes, y en verano, sin refrigeración, la temperatura puede subir a 50–60 °C. La ventilación natural (ventanas laterales y cenitales) es la solución más barata, pero con el aire exterior por encima de 30 °C no basta. En el sur de España, con una de las mayores concentraciones de invernaderos del mundo en Almería, se combina con el blanqueo de las cubiertas, la malla de sombreo y la nebulización.

El enfriamiento evaporativo, con panel evaporativo (cooling) y ventiladores o con nebulización de alta presión, está muy extendido: el agua se evapora en un panel de celulosa o en gotas finas, y el aire se enfría y se humecta a lo largo de la línea de bulbo húmedo. Es eficaz en clima seco y lo es menos en la costa, con más humedad a la entrada; además, al enfriar y humectar a la vez, reduce el DPV, algo que conviene vigilar para no favorecer la Botrytis. Los detalles están en el artículo sobre el enfriamiento evaporativo.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el DPV y por qué importa más a los agricultores que la humedad relativa? El DPV es la diferencia entre la presión de vapor de saturación y la real: el «tirón» del aire sobre el agua de las hojas. Gobierna directamente la transpiración, mientras que la humedad relativa es ambigua si no se conoce la temperatura de la hoja.

¿Cómo se sabe cuándo es seguro ventilar un almacén de grano? Cuando el aire exterior (o el que se sopla) está en equilibrio con una humedad del grano más baja, es decir, cuando su humedad de equilibrio es menor que la humedad actual del grano. Se determina a partir de la temperatura y la humedad relativa del aire con las isotermas de sorción.

¿Se diferencia el secado del grano del secado industrial de la madera? Físicamente no: intervienen las mismas relaciones psicrométricas. Cambian las temperaturas, la velocidad de secado y la sensibilidad del producto al agrietamiento o a la pérdida de poder germinativo.