Técnicas de gestión de operaciones
En la granja vertical, la gestión de temperatura la decide la "hoja", no el "aire"
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La climatización funciona exactamente como se le indica. Los valores de ajuste, los números del registro diario — nada está mal. Y aun así el crecimiento varía, la factura del verano pesa, y cuánto bajar la temperatura nocturna es un enigma cada vez. “Estoy cumpliendo todo, ¿por qué?” — esa pregunta suele quedarse suspendida, sin respuesta.
La pista está en dónde se mide la temperatura. Lo que gestionamos es la temperatura del aire, pero a lo que responde la planta es a la temperatura de la hoja y al ritmo de fotosíntesis, respiración y crecimiento que ocurre en ella. Aquí revisaremos la temperatura desde el lado de esa fisiología.
Leer la diferencia entre temperatura del aire y temperatura de la hoja
La gestión de temperatura en la granja vertical se suele considerar terminada en cuanto se fijan los valores de ajuste y se mantienen. Tantos grados de día, tantos de noche. Mientras no te salgas de esos valores estás bien — esa es la idea. Pero sobre el terreno, incluso cuando se respetan los ajustes exactamente, el crecimiento no es uniforme entre estantes, la factura del verano pesa y cuánto bajar la temperatura nocturna sigue sin estar claro — esa es la clase de atasco que surge. Mantener los ajustes y conseguir que el cultivo responda resultan, al final, dos cosas distintas.
Tomemos hojas verdes fijadas a 25°C de día y 18°C de noche, que funcionan bien en conjunto. Sin embargo, en el mismo bastidor el crecimiento no es del todo parejo entre los estantes superiores e inferiores. Al principio se sospecharía de cómo les llega el aire o de la distancia al LED. Y de hecho, aunque los LED se llamen energéticamente eficientes, alrededor del cuarenta por ciento de la potencia que consumen se va en calor. Hay observaciones de que, bajo alta intensidad lumínica, la temperatura sube unos 2-5°C justo debajo de los focos, y los estantes superiores tienden a acumular el calor de la iluminación. El ajuste es de 25°C, pero la temperatura real de la hoja acaba siendo más alta que en los estantes inferiores. Entonces surge una pregunta: ¿hay que seguir la temperatura como aire o como la hoja en sí? La razón por la que las cosas no quedan parejas aunque se mantengan los ajustes suele estar exactamente aquí.
Adelantando la conclusión: lo que señala el valor de ajuste es la temperatura del aire, mientras que lo que realmente importa dentro del cultivo es la temperatura de la hoja. Las dos suelen coincidir aproximadamente, así que se puede funcionar sin distinguirlas. Pero cuando se tiene una fuente de luz como un LED que retiene calor a corta distancia, la hoja del estante superior supera al aire, y esa “diferencia” sale a la superficie. Un estudio que varió la intensidad lumínica y la velocidad del aire sobre lechuga de hoja y midió la temperatura de la hoja también confirmó que la temperatura de la hoja no es la temperatura del aire tal cual, sino que varía con la intensidad de la luz que la alcanza y la velocidad del flujo de aire (ver 1).
¿Por qué importa más la temperatura de la hoja? Porque tanto la fotosíntesis como la respiración son reacciones enzimáticas, y lo que establece su velocidad no es el aire sino la temperatura de la hoja en sí. Las reacciones enzimáticas tienen una dependencia de temperatura — a grandes rasgos, un aumento de 10°C puede casi doblar su velocidad. Así que aunque el ajuste sea el mismo “25°C”, si la hoja del estante superior está en realidad a 27°C, para esa hoja la temperatura ya no es 25°C. La velocidad a la que corren las reacciones y las pérdidas por respiración están en un punto distinto al de la hoja del estante inferior. Los ajustes quedan parejos pero el crecimiento no — eso suele ocurrir cuando las hojas no se emparejan aunque el aire sí lo haga.
¿Es inútil entonces vigilar el aire? No. Lo que la climatización puede mover directamente es el aire. Se vigilan ambos en dos etapas: el aire como “entrada”, la hoja como “resultado”. Hay una cosa que se puede hacer ahora mismo. Apunta un termómetro de radiación a las hojas de los estantes superiores e inferiores y mide cuántos grados difieren del valor de ajuste del aire. En un estante donde los LED están cerca de las hojas verdes, la temperatura de la hoja en el estante superior debería dar más alta que el valor de ajuste del aire. En mi experiencia he visto diferencias de algunos grados en el estante superior bajo LED cercanos, pero ese margen varía bastante según la instalación y cómo se aplica la luz, así que el primer paso es medir tus propios estantes y tener los números. Una vez que se conoce esa diferencia, dónde apuntar la contramedida — añadir flujo de aire solo al estante superior o bajar un poco el ajuste — se vuelve concreto.
Por cierto, esta diferencia es grande de día cuando la luz es fuerte, y pequeña de noche cuando no hay luz.
La temperatura nocturna la decide cuánto del azúcar diurno se conserva
De día, el calor de la iluminación hace que la temperatura de la hoja supere a la del aire. ¿Y de noche? De noche la iluminación está apagada, así que la temperatura de la hoja y la del aire pueden considerarse prácticamente iguales. Eso se debe a que lo que ocurre de día — que solo la hoja sube por el calor de la fuente de luz — no se produce. Por eso la noche es un período bastante directo, donde el valor de ajuste y la temperatura real del cultivo no divergen mucho.
El problema es cuando se baja esa temperatura nocturna con la vaga sensación de que “de noche hay que enfriar las cosas”, mientras la razón para bajarla nunca termina de convencer. El objetivo tiene sentido cuando se piensa en “¿para qué sirve la noche?”. De día la planta recibe luz y fabrica azúcar mediante fotosíntesis. De noche no hay luz, por lo que no puede fabricarse azúcar nuevo, y el cultivo respira usando el azúcar que almacenó de día. Esta respiración es una reacción que se acelera con la temperatura, y cuanto más alta sea la temperatura nocturna, más rápido se gasta el azúcar. Hasta aquí es sólido como proceso fisiológico básico, y bajar la temperatura de noche sí suprime la pérdida de azúcar durante la noche en sí.
Pero hay algo que vigilar aquí. Si se vincula directamente “suprimir la pérdida” con “queda tanto más para crecer”, se malinterpreta la historia. Cuando se observan estudios que variaron la temperatura en lechuga de hoja, la dirección resulta ser la contraria. Manteniendo la diferencia día-noche fija en 6°C mientras se sube la temperatura media — en términos de temperatura nocturna, pasando de 15°C a 18°C y a 21°C — el peso fresco en realidad aumentó. Según el cultivar, uno siguió aumentando de 20°C hasta 26°C con una ganancia del 18%; otro ganó un 32% de 20°C a 23°C y luego se estabilizó, y el mejor crecimiento se dio con una media de 23°C, que en términos día/noche es alrededor de 25/18°C (ver 2). En otras palabras, no es la historia simple de que cuanto más frías sean las noches, más azúcar queda y más crece en línea recta. Más cálido (al menos hasta alrededor de 25/18°C día/noche) en realidad crece mejor.
¿Entonces cuál es el sentido de bajar la temperatura nocturna? No es “ahorrar azúcar para aumentar el rendimiento”, sino un ajuste del lado de la calidad que suprime la etiolación y compacta la planta. Si no se baja suficientemente la temperatura nocturna, los tallos tienden a alargarse y la forma se deshace. Por eso encaja mejor con la sensación del terreno pensar en la temperatura nocturna como una palanca para regular la “compacidad del crecimiento” más que como una palanca para ganar “cantidad de crecimiento”. Y convenientemente, el óptimo de crecimiento que muestran los estudios (25/18°C día/noche) y los 18°C nocturnos utilizados en el terreno como referencia de compacidad están en casi el mismo lugar. Por tanto, fijar la noche en 18°C para empezar es un punto de partida razonable tanto en términos de rendimiento como de calidad.
De esto también se desprende que más bajo no siempre es mejor. Si se baja demasiado, la etiolación se detiene, pero el ritmo de crecimiento también se mueve hacia la lentitud. La temperatura nocturna se decide por el equilibrio entre “compactar” y “hacer crecer bien”, y 18°C es un ejemplo de ese compromiso.
Por eso, al pensar en la temperatura nocturna, conviene verla junto con cuánto azúcar se está fabricando de día. Bajar solo la noche cuando la fotosíntesis diurna es débil es simplemente proteger algo que no se almacenó en primer lugar. A la inversa, si se fabrica bastante de día, el balance diario cuadra bien. El día y la noche no son valores de ajuste separados; están unidos por un balance diario de fabricar de día y gastar de noche.
Visto así, surge una pregunta: ¿tiene que ser siempre la misma temperatura nocturna de 18°C? En un día con mucha luz frente a un día nublado con luz débil, lo que necesita protección de noche debería diferir un poco. Como cuestión de lógica, la dirección “cuanto más débil la luz ese día, más se baja la noche” se sostiene. Pero en cuanto a si se lleva tan lejos día a día sobre el terreno — primero conviene fijarlo en 18°C para poder leer el balance diario. Incluso si se cambia, una regla aproximada como “bajarlo un poco cuando persiste el tiempo nublado” es suficiente para cumplir la función.
Un grado Celsius de verano pesa diferente de día que de noche
En verano, la electricidad aprieta. La electricidad de la climatización en particular pesa mucho, y se quiere subir el ajuste aunque sea 1°C para aliviar aunque sea un poco esa carga. Pero no se puede afirmar con certeza qué le pasaría al crecimiento si se subiera, así que al final da demasiado miedo tocarlo — un estancamiento habitual en el terreno durante el verano. Visto dentro del balance diario, ¿qué parte se está tocando realmente cuando se mueve el ajuste de verano en 1°C?
Subir 1°C en verano actúa en direcciones completamente diferentes de día y de noche. Separar esto permite salir del estado de “demasiado miedo para tocarlo”.
Primero, el día. Para la lechuga de hoja, dentro del rango de temperatura óptimo, el efecto de la temperatura del aire sobre la fotosíntesis en sí es menor de lo que se pensaría. Existe un esquema en el que lo que afecta principalmente la temperatura del aire es el ritmo de desarrollo de las hojas que se despliegan y el tamaño de las hojas, mientras que su efecto sobre el peso seco es pequeño (ver 3). Por tanto, lo que asusta de subir 1°C en un día de verano no es que la fotosíntesis caiga de golpe. Lo que asusta es que cuando la temperatura del aire elevada se combina con luz intensa, los riesgos del lado de la calidad como la quemadura de puntas y la pérdida de forma aumentan. Si el ajuste es de 25°C y la hoja del estante superior ya está a 27°C, subir el ajuste 1°C para empujar la temperatura de la hoja a 28°C empuja el estante que ya está más al límite todavía más lejos, y actúa en el lado de reducir la calidad. Por tanto, el ajuste diurno es un objetivo poco adecuado para subir por razones de electricidad.
La noche, en cambio. Un grado Celsius nocturno actúa en el lado de “aumentar” las pérdidas por respiración. Pasar de 18°C a 19°C adelanta un poco el gasto excesivo de azúcar durante la noche. Pero como vimos antes, el óptimo de crecimiento está alrededor de 25/18°C día/noche, y aligerar la noche un poco no hace que el crecimiento caiga de inmediato. Es más, dado que hay un margen donde “incluso más cálido, hasta 23°C, crece bien”, queda margen para aligerar la noche. Y desde el punto de vista de la electricidad, de noche la diferencia de temperatura con el aire exterior es pequeña y la hoja sola no se eleva, así que es un período donde el mismo 1°C alivia más fácilmente la carga de la climatización.
Así que el planteamiento queda así. Si se quiere contener la electricidad en verano, antes de subir el día y arriesgar la calidad, hay que ir a por dos cosas: mantener baja la temperatura de la hoja en el estante superior de día con flujo de aire para evitar climatización extra, y aligerar la temperatura nocturna un poco en lugar de bajarla al máximo. En lugar de temer un 1°C como “el mismo 1°C en todas partes”, hay que verlo dividido: el 1°C diurno, cercano a la calidad, es pesado; el 1°C nocturno, con margen en el crecimiento, es relativamente ligero. Haciendo eso, el 1°C que se puede tocar y el 1°C que no se quiere tocar se separan como números sobre el terreno.
“La temperatura del aire elevada de día combinada con la intensidad de luz hace daño” también sale claramente en los estudios. En lechuga de tipo cerrado, cuanto más fuerte es la luz más rápido es el crecimiento, pero ese crecimiento acelerado en sí está asociado a una mayor tendencia a la quemadura de puntas (ver 4). En el estudio anterior también, acelerar el crecimiento aumentando el CO2 incrementó la aparición de quemadura de puntas (ver 2). Y el compromiso — que las condiciones para maximizar el crecimiento y las condiciones para proteger la calidad divergen — también es conocido (ver 4, 5). Por tanto, un estante como el superior, donde la temperatura de la hoja es alta y la luz está cerca, está en cierto sentido “al límite”, y añadir todavía más calor allí es lo que más duele. El diseño de hasta qué punto aumentar la luz puede tratarse por separado en el lado del diseño de integral fotosintética y PPFD.
Si los ajustes son correctos se juzga por la temperatura de hoja, la diferencia día-noche y la temperatura de zona radicular
Como hemos visto, la diferencia entre la temperatura de la hoja y la temperatura del aire crece de día cuando la luz es fuerte. Retrocedamos un poco aquí. Cuando se gestiona la temperatura sobre el terreno, lo que más se quiere saber es, al final, “¿son correctos o incorrectos mis valores de ajuste actuales?”. Pero decir como valor absoluto que “para hojas verdes, 22°C de día es lo correcto” aplana las diferencias entre instalaciones. Lo que se necesita es un esquema para juzgar, desde el lado de la fisiología, si los ajustes de la propia instalación son razonables — por ejemplo, cómo manejar la temperatura de la zona radicular y la diferencia día-noche.
La vara de medir para el juicio no es un valor absoluto. Es el balance hasta ahora — fabricar de día, no gastar en exceso durante la noche, y que el crecimiento se sostenga sobre el balance diario neto. Concretamente, se examina a través de tres esquemas.
El primero es la diferencia entre la temperatura de la hoja y la temperatura del aire. Mide cuántos grados está la hoja del estante superior por encima del valor de ajuste, y si esa diferencia se mantiene pequeña, es una referencia razonable de que el aire y la hoja están aproximadamente parejos. El segundo es la diferencia día-noche, el llamado DIF. Se trata de si se está logrando correctamente la diferencia entre día alto y noche baja. Si hay etiolación, se puede leer como una posibilidad de que la noche no se esté bajando suficientemente (la etiolación también involucra otros factores como la intensidad lumínica y la densidad de plantación, así que la temperatura es solo uno de ellos). El tercero es la temperatura de la zona radicular. Esta se pasa por alto más fácilmente que la temperatura de la hoja. Si la temperatura de la zona radicular es demasiado alta, las raíces se desgastan por la respiración, y el azúcar que se trabajó en fabricar se gasta innecesariamente en las raíces. Probablemente hay menos instalaciones que miden la temperatura de la zona radicular que las que miden la de la hoja.
Por tanto, el procedimiento de juicio toma la forma no de una tabla de respuestas absolutas, sino de medir los tres puntos — diferencia de temperatura de hoja, DIF y temperatura de zona radicular — en la propia instalación, y leer la razonabilidad según si el balance diario se mantiene.
Sobre la temperatura de la zona radicular, un ejemplo de la visión de “leer por diferencia” sale con claridad. Hay un estudio donde, en lechuga, mantener la temperatura de la zona radicular unos 3°C por encima de la temperatura del aire aumentó el peso seco de la parte aérea y de la raíz en las cuatro bandas de temperatura del aire probadas (17, 22, 27 y 30°C). Lo interesante es que lo que comparó este estudio fueron dos niveles — “igual que la temperatura del aire” y “temperatura del aire +3°C” — y el +3°C resultó favorable en todas las bandas. El propio artículo señala que eligió +3°C por conveniencia, así que no se puede extender esto a una vara de medir universal de “la raíz debe estar siempre a temperatura del aire +3°C”. Aun así, la imagen de que la buena relación se mantuvo mediante la diferencia respecto a la temperatura del aire en lugar de un valor absoluto es un punto de apoyo cuando se juzga si los ajustes son buenos o malos desde el lado de la fisiología (ver 6). Por precaución, nótese que esto trata de fijar deliberadamente la temperatura de la zona radicular un poco por encima de la temperatura del aire, y la dirección de la diferencia es la opuesta al primer esquema (mantener pequeña la diferencia entre temperatura de hoja y temperatura de aire). En cuanto a la banda de temperatura óptima de la raíz en sí, otro estudio informa de que en lechuga el peso seco se maximiza alrededor de una temperatura de zona radicular de 25°C y el crecimiento decae cuando sube a 35°C (ver 7). Conviene vigilar la temperatura de zona radicular en ambas bandas — la que favorece seguir a la temperatura del aire un poco más alto, y la que, con alrededor de 25°C como techo, hace que el crecimiento decaiga si sube demasiado.
La quemadura de puntas y la etiolación no se corresponden uno a uno con la temperatura
Antes de apuntar un termómetro, seguramente has percibido algo por el aspecto de las hojas. La quemadura de puntas en los extremos, la etiolación alargada, los cambios en el color de la hoja. ¿Pueden leerse estas señales visibles como indicios que preceden a la medición de la temperatura? Si se supiera qué señal se corresponde con qué parte de la temperatura, se debería poder notar en la hoja antes de medir.
Pero para ir directo a la conclusión: la quemadura de puntas, la etiolación y el color de la hoja sirven todos como puntos de entrada para leer la temperatura, pero las señales no se corresponden uno a uno con la temperatura. Eso es lo primero e importante.
La etiolación es relativamente fácil de leer. A menudo se puede leer como perteneciente al lado en que la diferencia día-noche no se está obteniendo — es decir, la noche no se está bajando suficientemente — y puede considerarse una de las señales del DIF (pero dado que la intensidad lumínica y la densidad de plantación también afectan a la etiolación, no es un indicador solo de temperatura). El hilo de leer la etiolación en sí desde el síntoma de vuelta al diseño de temperatura se puede seguir por separado en la relación entre temperatura nocturna y etiolación.
La quemadura de puntas es un poco más complicada. En lugar de la temperatura elevada en sí, aparece cuando, en una ventana donde se superponen temperatura alta y luz intensa, la entrega de calcio y similares a los extremos de las hojas no puede seguir el ritmo. Es el resultado de la superposición de luz, flujo de aire y humedad, no solo de la temperatura. Por tanto, no hay que vincular en una sola línea “apareció quemadura de puntas = bajar la temperatura”. Se vigila la temperatura como una de las entradas.
De hecho, esto también está respaldado con bastante claridad por experimentos. En lechuga de granja vertical totalmente cerrada, bajar la temperatura diurna apenas suprimió la quemadura de puntas. Pero aplicar flujo de aire horizontal de forma constante a 0,28 metros por segundo o más redujo mucho su aparición. Como mecanismo, se mostró que el flujo de aire hace uniforme la distribución de calcio de la hoja — es decir, ayuda a que la entrega llegue a los extremos de las hojas — e incluso se dice que hay situaciones donde el flujo de aire funciona mejor que mover la temperatura. El mismo estudio señala que la tendencia a la quemadura de puntas también varía mucho según el cultivar, por lo que más allá de la temperatura, la luz y el flujo de aire, la elección del cultivar es también un eje (ver 8). Otro estudio informa de que aumentar el flujo de aire de 0,25 a 0,75 metros por segundo redujo la aparición de quemadura de puntas en un 87,3% (ver 1).
Por tanto, conviene usar las señales visuales como punto de entrada para orientarse sobre “dónde ir a medir”. Para la etiolación, sospechar del DIF; para la quemadura de puntas, sospechar de la superposición de temperatura de hoja, luz y humedad. A partir de ahí, se vuelve a la misma secuencia — medir temperatura de hoja, DIF y temperatura de zona radicular, y confirmar contra el balance.
Aquí, déjame ordenar un conjunto de referencias de velocidad de flujo de aire usadas sobre el terreno. La banda objetivo de velocidad del flujo de aire difiere un poco según el propósito. Para romper y uniformar la desigualdad de temperatura dentro de un estante, alrededor de 0,3-0,7 metros por segundo; para ir a suprimir la quemadura de puntas, flujo de aire horizontal a 0,28 metros por segundo o más; para funcionamiento continuo para prevenir la condensación, un flujo más suave de 0,3-0,5 metros por segundo — así que incluso el mismo “circular el aire” cambia de banda según el objetivo. El ejemplo anterior que redujo la quemadura de puntas en un 87,3% es el valor al subir de 0,25 a 0,75 metros por segundo. El flujo de aire no es algo que haya que hacer uniformemente fuerte; el orden es decidir para qué se va a circular, luego elegir la banda.
La temperatura solo tiene significado dentro de la combinación de luz, flujo de aire y solución nutritiva
Por último, déjame trazar aquí una línea clara. Hemos desenredado esto en torno a dónde actúa la temperatura en la fisiología, pero como con la quemadura de puntas que acabamos de ver, siempre surgirán situaciones que no se cierran solo con la temperatura. Una vez que se superponen temperatura de hoja, luz y humedad, se convierte en un asunto separado de cómo diseñar la humedad (VPD), el flujo de aire, el CO2 y la solución nutritiva, y tratar de encontrar la respuesta solo dentro del valor de ajuste de temperatura se topa con dificultades. Ahí es donde hay que trazar una línea: mantener la temperatura como punto de entrada pero cambiar al diseño de otro parámetro ambiental — consultar a un especialista si es necesario, y profundizar en el diseño de la humedad y la luz cada una.
Hay respaldo para esto. En lechuga de granja vertical, se ha mostrado un esquema en el que entre factores ambientales — concentración de solución nutritiva (CE), la receta de luz, CO2 y temperatura y humedad — existen interacciones que cambian cómo actúa cada uno, y optimizar uno solo no es suficiente (ver 5, 9). La temperatura es lo mismo: solo una vez que se la coloca dentro de la combinación de luz, flujo de aire, solución nutritiva y humedad se vuelve visible si el valor de ajuste está funcionando o fallando. Por tanto, la línea de cierre “mantener la temperatura como punto de entrada pero cambiar al diseño de otro parámetro ambiental” es coherente con la observación de que se tiene dificultad para encontrar una respuesta continuando a ajustar un solo número.
Además de eso, hay dos beneficios prácticos que aporta el marco de temperatura de hoja aquí. Uno es cómo se usa el flujo de aire. Cuando la temperatura de la hoja del estante superior es alta, enviar más aire frío para enfriar todo el aire va en la dirección de aumentar la electricidad, pero aplicar flujo de aire para disipar solo el calor en la superficie de la hoja se convierte en una palanca de ahorro energético que baja solo la temperatura de la hoja sin bajar la temperatura de ajuste del aire. Enfriar el aire y enfriar la hoja no son lo mismo. Es precisamente porque se lee mediante la hoja que entra en vista el movimiento de arreglárselas sin enfriar el aire. El otro es el criterio para la inversión. Desde el lado de la gestión, la inversión en renovación de climatización o aislamiento también se reemplaza — no para “hacer que siga el valor de ajuste con precisión”, sino para “suprimir la variación en la temperatura de hoja, DIF y temperatura de zona radicular donde importa al crecimiento”. Lo que hay que proteger no es el número del aire, sino cuán parejas están las cosas en el lugar donde se decide el crecimiento.
Para resumir la historia hasta aquí en una frase: la gestión de temperatura no es una tarea que termina dentro del panel de climatización; el significado de un valor de ajuste lo decide dónde está actuando ese mismo 25°C — en la fotosíntesis diurna, en la respiración nocturna o en el ritmo de crecimiento.
Si quieres captar los ejes de decisión sobre el terreno, incluida la temperatura, de forma un poco más sistemática, consulta también 172 consejos para aumentar la rentabilidad de las granjas verticales.