Técnicas de gestão de operações no campo
Na fazenda vertical, o controle de temperatura é decidido pela "folha", não pelo "ar"
Lista de artigos para gestores de operações no campo
A climatização está funcionando exatamente como instruída. Os setpoints, os números no diário de campo — nada está errado. Mesmo assim o crescimento varia, a energia no verão pesa, e quanto baixar a temperatura noturna é uma dúvida recorrente. “Estou mantendo tudo, então por quê?” — essa pergunta costuma ficar no ar, sem resposta.
A pista está em onde você está medindo a temperatura. O que gerenciamos é a temperatura do ar, mas aquilo a que a planta responde é a temperatura foliar e a fotossíntese, a respiração e o ritmo de crescimento que ocorrem na folha. Aqui, vamos rever a temperatura pelo lado dessa fisiologia.
Lendo a diferença entre temperatura do ar e temperatura foliar
O controle de temperatura em fazendas verticais muitas vezes é entendido como algo que se conclui ao definir os setpoints e mantê-los. Tantos graus de dia, tantos à noite. Enquanto esses valores não forem ultrapassados, está tudo bem — é assim que se pensa. Mas na prática, mesmo mantendo as configurações com precisão, o crescimento não se alinha de prateleira para prateleira, a energia no verão pesa, e o quanto baixar a temperatura noturna permanece incerto — é nesse tipo de impasse que você tropeça. Manter as configurações e fazer o cultivo responder acabam sendo duas coisas diferentes.
Tome folhosas fixadas em 25°C de dia e 18°C à noite, funcionando bem no geral. Mesmo assim, no mesmo rack, o crescimento não se alinha perfeitamente entre as prateleiras superior e inferior. No início, você suspeitaria de como o ar as atinge, ou da distância ao LED. De fato, mesmo que os LEDs sejam chamados de energeticamente eficientes, cerca de quarenta por cento da potência consumida sai como calor. Há observações de que em condições de alta intensidade de luz a temperatura sobe cerca de 2 a 5°C logo abaixo das luminárias, e a prateleira superior tende a acumular o calor da iluminação. O setpoint é 25°C, mas a temperatura real da folha acaba sendo mais alta do que na prateleira inferior. Surge então uma pergunta. A temperatura deve ser monitorada como ar ou como a própria folha? A razão pela qual as coisas não se alinham mesmo mantendo os setpoints geralmente está exatamente aqui.
Para declarar a conclusão primeiro: o que o setpoint aponta é a temperatura do ar, enquanto o que realmente atua dentro do cultivo é a temperatura foliar. As duas geralmente coincidem aproximadamente, então as coisas funcionam sem distingui-las. Mas quando há uma fonte de luz como um LED que retém calor de perto, a folha na prateleira superior fica acima do ar, e essa “diferença” vem à tona. Um estudo que variou a intensidade de luz e a velocidade do ar sobre alface folhosa e mediu a temperatura foliar também confirmou que a temperatura foliar não é a temperatura do ar como tal, mas se desloca com a intensidade da luz que a atinge e a velocidade do fluxo de ar (ver 1).
Por que a temperatura foliar importa mais? Porque tanto a fotossíntese quanto a respiração são reações enzimáticas, e o que determina sua taxa não é o ar, mas a temperatura da própria folha. As reações enzimáticas têm uma dependência de temperatura — de forma geral, um aumento de 10°C pode acelerá-las até o dobro. Portanto, mesmo com a mesma “configuração de 25°C”, se a folha da prateleira superior estiver realmente a 27°C, para essa folha a temperatura não é mais 25°C. A taxa com que as reações funcionam e as perdas por respiração ficam num ponto diferente do que para a folha da prateleira inferior. As configurações estão alinhadas mas o crescimento não — isso frequentemente toma a forma de folhas que não se alinham mesmo quando o ar se alinha.
Então monitorar o ar é inútil? Não. O ar é o que a climatização pode mover diretamente. Você monitora os dois em duas etapas: ar como “entrada”, folha como “resultado”. Há uma coisa que você pode fazer agora mesmo. Aponte um termômetro de radiação para as folhas das prateleiras superior e inferior e meça quantos graus diferem do setpoint do ar. Numa prateleira onde os LEDs ficam próximos das folhosas, a temperatura foliar da prateleira superior deve ser mais alta do que o setpoint do ar. Na minha experiência, vi alguns graus de diferença na prateleira superior sob LEDs próximos, mas esse intervalo varia bastante com a instalação e como a luz é aplicada, então o primeiro passo é medir suas próprias prateleiras e ter os números. Uma vez que você conhece essa diferença, onde mirar a contramedida — adicionar fluxo de ar somente na prateleira superior, ou baixar a configuração um pouco — fica concreto.
Aliás, essa diferença é grande durante o dia quando a luz é intensa, e pequena à noite quando não há luz.
A temperatura noturna é decidida por quanto do açúcar do dia você preserva
De dia o calor da iluminação faz a temperatura foliar ficar mais alta do que o ar. E à noite? À noite a iluminação está apagada, então temperatura foliar e temperatura do ar podem ser tratadas como aproximadamente iguais. Isso porque o que acontece de dia — a folha sozinha sendo elevada pelo calor de uma fonte de luz — não ocorre. Portanto, a noite é uma janela bastante direta, em que o setpoint e a temperatura real do cultivo não divergem muito.
O problema é quando você está baixando essa temperatura noturna numa vaga sensação de que “a noite é para resfriar as coisas”, enquanto a razão para baixá-la nunca fica totalmente clara. O objetivo faz sentido quando você pensa em “para que serve a noite?” De dia a planta recebe luz e produz açúcar pela fotossíntese. À noite não há luz, então nenhum açúcar novo pode ser produzido, e o cultivo respira usando o açúcar armazenado de dia. Essa respiração é uma reação que se acelera com a temperatura, e quanto mais alta a temperatura noturna, mais rápido o açúcar é gasto. Até aqui é sólido como um processo fisiológico básico, e baixar a temperatura à noite de fato suprime a perda de açúcar durante a noite em si.
Mas há algo a observar aqui. Se você associar diretamente “suprimir a perda” a “sobra mais para crescer”, vai interpretar mal a história. Ao analisar estudos que variaram de fato a temperatura em alface folhosa, a direção sai ao contrário. Mantendo a diferença dia-noite fixada em 6°C e elevando a temperatura média — em termos de temperatura noturna, indo de 15°C para 18°C, depois 21°C — o peso fresco de fato aumentou. Dependendo da cultivar, uma continuou aumentando de 20°C até 26°C com ganho de 18%, outra ganhou 32% de 20°C a 23°C e então estabilizou, e o crescimento foi melhor a uma média de 23°C, que em termos dia/noite é em torno de 25/18°C (ver 2). Em outras palavras, não é a história simples de que quanto mais fria a noite, mais açúcar sobra e mais cresce em linha reta. Mais quente (pelo menos até cerca de 25/18°C dia/noite) na verdade cresce melhor.
Então qual é o ponto de baixar a temperatura noturna? Não é “economizar açúcar para aumentar a produção”, mas um ajuste pelo lado da qualidade que suprime o estiolamento e firma a planta. Se a temperatura noturna não for suficientemente baixada, os caules tendem a se alongar e a forma se deteriora. Portanto faz mais sentido para a sensação do operador pensar na temperatura noturna como uma alavanca para ajustar a “firmeza do crescimento” do que para ganhar “quantidade de crescimento”. E convenientemente, o ótimo de crescimento que os estudos mostram (25/18°C dia/noite) e os 18°C noturnos usados na prática como referência para firmar ficam quase no mesmo lugar. Portanto, fixar a noite em 18°C para começar é um ponto de partida razoável tanto pelo lado da produção quanto pelo da qualidade.
Daí também se conclui que mais baixo não é sempre melhor. Baixar demais e o estiolamento para, mas o ritmo de crescimento também se move para o lado lento. A temperatura noturna é decidida pelo equilíbrio entre “firmar” e “crescer adequadamente”, e 18°C é um exemplo desse compromisso.
Portanto, ao pensar na temperatura noturna, é melhor vê-la junto com quanto açúcar você está produzindo de dia. Baixar somente a noite quando a fotossíntese diurna é fraca é simplesmente proteger algo que nem foi armazenado. Inversamente, se você estiver produzindo bastante de dia, o balanço diário gira de forma natural. Dia e noite não são setpoints separados; estão ligados por um balanço diário de produzir de dia e gastar à noite.
Pensando dessa forma, surge uma pergunta: a temperatura noturna precisa ser sempre os mesmos 18°C? Num dia com bastante luz versus num dia nublado com luz fraca, o que precisa ser protegido à noite deve diferir um pouco. Como questão de lógica, a direção “quanto mais fraca a luz naquele dia, mais você baixa a noite” se sustenta. Mas quanto a se você aplica isso dia a dia na prática — primeiro é melhor fixar em 18°C para poder ler o balanço diário. Mesmo que você o altere, uma regra aproximada como “baixar um pouco quando o tempo nublado persistir” é suficiente para fazer o trabalho.
Um grau no verão pesa diferente de dia e de noite
No verão, a energia é urgente. A energia da climatização em particular pesa bastante, e você quer elevar a configuração mesmo que seja 1°C para aliviar um pouco essa carga. Mas não se consegue dizer com certeza o que aconteceria com o crescimento se elevasse, então no fim fica com medo de mexer — um impasse comum no campo de verão. Visto dentro do balanço diário, qual parte você está tocando quando move a configuração de verão em 1°C?
Elevar 1°C no verão age em direções completamente diferentes de dia e de noite. Separar esses dois casos permite sair do estado de “com medo de mexer”.
Primeiro, o dia. Para alface folhosa, dentro da faixa de temperatura ótima, o efeito da temperatura do ar na própria fotossíntese é menor do que se pensa. Há um enquadramento de que o que a temperatura do ar afeta principalmente é o ritmo de desenvolvimento das folhas que se abrem e o tamanho das folhas, enquanto seu efeito no peso seco é pequeno (ver 3). Portanto, o que é assustador em elevar 1°C num dia de verão não é que a fotossíntese caia de repente. O que é assustador é que quando a temperatura elevada do ar se combina com luz intensa, os riscos pelo lado da qualidade como queima das bordas e forma que se desfaz aumentam. Se a configuração é 25°C e a folha da prateleira superior já está a 27°C, então elevar a configuração em 1°C para empurrar a temperatura foliar a 28°C empurra ainda mais a prateleira que já está sendo mais pressionada, e age no sentido de reduzir a qualidade. Portanto, a configuração diurna é um alvo inadequado para elevar em nome da energia.
Por outro lado, a noite. Um grau à noite age no sentido de “aumentar” as perdas por respiração. Indo de 18°C para 19°C avança um pouco o gasto excessivo de açúcar durante a noite. Mas como vimos anteriormente, o ótimo de crescimento é em torno de 25/18°C dia/noite, e aliviar a noite um pouco não faz o crescimento cair imediatamente. Na verdade, como há uma faixa em que “mesmo mais quente, até 23°C, cresce bem”, sobra espaço para aliviar a noite. E do ponto de vista da energia, à noite a diferença de temperatura em relação ao ar externo é pequena e a folha sozinha não é elevada, então é uma janela em que o mesmo 1°C torna mais fácil aliviar a carga da climatização.
Então a construção fica assim. Se você quer conter a energia no verão, antes de elevar o dia e arriscar a qualidade, ataque dois pontos: conter a temperatura foliar da prateleira superior de dia com fluxo de ar para evitar climatização extra, e aliviar um pouco a temperatura noturna em vez de baixá-la até o limite. Em vez de temer um 1°C como “o mesmo 1°C em todo lugar”, veja-o separado: o 1°C diurno, próximo da qualidade, é pesado; o 1°C noturno, com margem no crescimento, é relativamente leve. Faça isso, e o 1°C que você pode tocar e o que não quer tocar se separam como números no campo.
“Temperatura diurna alta combinada com intensidade de luz dói” também aparece claramente nos estudos. Em alface de tipo fechado, quanto mais forte a luz, mais rápido o crescimento, mas esse crescimento acelerado em si é sabido estar ligado a uma maior tendência de queima das bordas (ver 4). No estudo anterior também, acelerar o crescimento elevando o CO2 aumentou a ocorrência de queima das bordas (ver 2). E a troca — que as condições para maximizar o crescimento e as condições para proteger a qualidade divergem — também é conhecida (ver 4, 5). Portanto, uma prateleira como a superior, onde a temperatura foliar é alta e a luz está próxima, está em certo sentido sendo “pressionada”, e adicionar ainda mais calor lá dói mais. O design de até onde elevar a luz pode ser tratado separadamente no lado do design de integral fotossintética e PPFD.
Se suas configurações estão corretas é julgado pela temperatura foliar, diferença dia-noite e temperatura da zona radicular
Como vimos, a diferença entre temperatura foliar e temperatura do ar cresce durante o dia quando a luz é intensa. Vamos recuar um pouco aqui. Quando você está gerenciando a temperatura no campo, o que mais quer saber é, no fim das contas, “meus setpoints atuais estão certos ou errados?” Mas dizer como valor absoluto que “para folhosas, 22°C de dia é o correto” achata as diferenças entre instalações. O que você precisa é de um modelo para julgar, pelo lado da fisiologia, se as configurações da sua própria instalação são razoáveis — por exemplo, como tratar a temperatura da zona radicular e a diferença dia-noite.
A régua para o julgamento não é um valor absoluto. É o balanço até agora — produzindo de dia, não gastando excessivamente durante a noite, e o crescimento girando no balanço diário. Concretamente, você olha por três modelos.
O primeiro é a diferença entre temperatura foliar e temperatura do ar. Meça quantos graus a folha da prateleira superior está acima do setpoint, e se essa diferença se mantiver pequena, é um bom parâmetro de que ar e folha estão aproximadamente alinhados. O segundo é a diferença dia-noite, o chamado DIF. Trata-se de saber se você está obtendo adequadamente a diferença entre dia alto e noite baixa. Se há estiolamento, você pode lê-lo como a possibilidade de que a noite não está sendo suficientemente baixada (o estiolamento também envolve outros fatores como intensidade de luz e densidade de plantio, portanto a temperatura é apenas um deles). O terceiro é a temperatura da zona radicular. Esta é mais facilmente negligenciada do que a temperatura foliar. Se a temperatura da zona radicular estiver muito alta, as raízes são desgastadas pela respiração, e o açúcar que você trabalhou para produzir é gasto desnecessariamente nas raízes. Provavelmente há menos instalações que medem a temperatura da zona radicular do que as que medem a temperatura foliar.
Portanto, o procedimento de julgamento toma a forma não de uma tabela de respostas absolutas, mas de medir os três pontos — diferença de temperatura foliar, DIF e temperatura da zona radicular — na sua própria instalação, e ler a razoabilidade pelo fato de o balanço diário se sustentar.
Na temperatura da zona radicular, um exemplo do ponto de vista de “ler pela diferença” aparece de forma clara. Há um estudo onde, em alface, manter a temperatura da zona radicular cerca de 3°C acima da temperatura do ar aumentou o peso seco da parte aérea e das raízes em todas as quatro faixas de temperatura do ar testadas (17, 22, 27 e 30°C). O interessante é que o que esse estudo comparou foram dois níveis — “igual à temperatura do ar” e “temperatura do ar +3°C” — e o +3°C se mostrou favorável em todas as faixas. O próprio artigo observa que escolheu +3°C por conveniência, então você não pode estender isso para uma régua universal de “a raiz deve sempre estar a temperatura do ar +3°C”. Mesmo assim, o quadro de que a boa relação foi mantida pela diferença em relação à temperatura do ar e não por um valor absoluto é um ponto de apoio quando você olha se as configurações são boas ou ruins pelo lado da fisiologia (ver 6). Só para garantir, observe que isso trata de deliberadamente definir a temperatura da zona radicular um pouco acima da temperatura do ar, e a direção da diferença é oposta ao primeiro modelo (manter pequena a diferença folha-ar). Quanto à própria faixa de temperatura ótima da raiz, outro estudo relata que em alface o peso seco é maximizado em torno de 25°C na temperatura da zona radicular e o crescimento cai à medida que sobe para 35°C (ver 7). É bom monitorar a temperatura da zona radicular em ambas as faixas — aquela onde seguir a temperatura do ar um pouco mais alto é favorável, e aquela onde, com cerca de 25°C como teto, o crescimento cai se ficar muito alto.
queima das bordas e estiolamento não se mapeiam um a um para a temperatura
Antes de apontar um termômetro, você certamente já sentiu algo pela aparência das folhas. Queima das bordas nas pontas das folhas, estiolamento, mudanças na cor das folhas. Esses sinais visíveis podem ser lidos como indícios que aparecem antes de medir a temperatura? Se você soubesse qual sinal mapeia para qual parte da temperatura, deveria ser capaz de notar na folha antes de medir.
Mas para declarar a conclusão primeiro: queima das bordas, estiolamento e cor das folhas todos servem como pontos de entrada para leitura da temperatura, mas os sinais não mapeiam um a um para a temperatura. Esse é o primeiro ponto importante.
O estiolamento é relativamente fácil de ler. Frequentemente pode ser lido como pertencendo ao lado em que a diferença dia-noite não está sendo obtida — ou seja, a noite não está sendo suficientemente baixada — e você pode considerá-lo um dos sinais de DIF (mas como intensidade de luz e densidade de plantio também afetam o estiolamento, não é um indicador apenas de temperatura). O fio de ler o estiolamento em si do sintoma de volta ao design de temperatura pode ser seguido separadamente em a relação entre temperatura noturna e estiolamento.
A queima das bordas é um pouco mais problemática. Em vez da temperatura elevada em si, aparece quando, numa janela em que temperatura elevada e luz intensa se sobrepõem, a entrega de cálcio e similares às pontas das folhas não consegue acompanhar. É o resultado de luz, fluxo de ar e umidade se sobrepondo, não somente a temperatura. Portanto, você não deve conectar “queima das bordas apareceu = baixar a temperatura” numa linha única. Você monitora a temperatura como uma das entradas.
De fato, isso é respaldado de forma bastante clara por experimentos também. Em alface de fazenda vertical fechada, baixar a temperatura diurna mal suprimiu a queima das bordas. Mas aplicar fluxo de ar horizontal de forma estável a 0,28 metros por segundo ou mais reduziu muito sua ocorrência. Como mecanismo, foi mostrado que o fluxo de ar torna a distribuição de cálcio nas folhas uniforme — ou seja, ajuda a entrega chegar às pontas das folhas — e até se diz que há situações em que o fluxo de ar funciona melhor do que mover a temperatura. O mesmo estudo aponta que a tendência à queima das bordas também varia muito por cultivar, portanto além de temperatura, luz e fluxo de ar, a escolha da cultivar é também um eixo (ver 8). Outro estudo relata que elevar o fluxo de ar de 0,25 para 0,75 metros por segundo reduziu a ocorrência de queima das bordas em 87,3% (ver 1).
Portanto, é melhor usar os sinais visíveis como ponto de entrada para se orientar sobre “onde ir medir”. Para estiolamento, suspeite do DIF; para queima das bordas, suspeite da sobreposição de temperatura foliar, luz e umidade. A partir daí, você volta à mesma ordem — medir temperatura foliar, DIF e temperatura da zona radicular, e confirmar contra o balanço.
Aqui, deixe-me organizar um conjunto de referências de velocidade de fluxo de ar usadas no campo. A faixa-alvo para velocidade do fluxo de ar difere um pouco pelo objetivo. Para quebrar e equalizar a desuniformidade de temperatura dentro de uma prateleira, em torno de 0,3 a 0,7 metros por segundo; para suprimir a queima das bordas, fluxo de ar horizontal a 0,28 metros por segundo ou mais; para operação contínua para prevenir condensação, um 0,3 a 0,5 metros por segundo mais suave — então mesmo o mesmo “circular o ar” muda de faixa pelo objetivo. O exemplo anterior que reduziu a queima das bordas em 87,3% é o valor ao elevar de 0,25 para 0,75 metros por segundo. O fluxo de ar não é algo para tornar uniformemente forte; a ordem é decidir para que você está circulando, depois escolher a faixa.
A temperatura só tem significado dentro da combinação de luz, fluxo de ar e solução nutritiva
Por fim, deixe-me traçar uma linha clara aqui. Desenrolamos isso em torno de onde a temperatura atua na fisiologia, mas como com a queima das bordas que acabamos de ver, situações que não se fecham somente com a temperatura sempre surgirão. Uma vez que temperatura foliar, luz e umidade se sobrepõem, torna-se um assunto separado de como projetar umidade (VPD), fluxo de ar, CO2 e solução nutritiva, e tentar encontrar a resposta somente dentro do setpoint de temperatura gera problemas. É aí que você precisa traçar uma linha: manter a temperatura como ponto de entrada mas migrar para projetar outro parâmetro ambiental — consultar um especialista se necessário, e avançar no design de umidade e luz cada um a seu tempo.
Há respaldo para isso. Em alface de fazenda vertical, foi mostrado um enquadramento de que entre fatores ambientais — concentração da solução nutritiva (CE), a receita de luz, CO2, e temperatura e umidade — há interações que mudam como cada um age, e otimizar qualquer um individualmente não é suficiente (ver 5, 9). A temperatura é a mesma coisa: somente quando você a coloca dentro da combinação de luz, fluxo de ar, solução nutritiva e umidade fica visível se o setpoint está funcionando ou perdendo o alvo. Portanto, a linha de encerramento “manter a temperatura como ponto de entrada mas migrar para projetar outro parâmetro ambiental” é consistente com a observação de que você tem dificuldade em encontrar uma resposta continuando a ajustar um único número.
Além disso, há dois benefícios práticos que o enquadramento de temperatura foliar traz aqui. Um é como você usa o fluxo de ar. Quando a temperatura foliar da prateleira superior está alta, enviar mais ar frio para resfriar todo o ar vai na direção de aumentar a energia, mas aplicar fluxo de ar para dissipar apenas o calor na superfície da folha se torna uma alavanca de economia de energia que baixa apenas a temperatura foliar sem baixar a temperatura definida do ar. Resfriar o ar e resfriar a folha não são a mesma coisa. É precisamente porque você lê pela folha que a opção de dispensar o resfriamento do ar fica visível. O outro é o critério para investimento. Do lado da gestão, o investimento em renovação da climatização ou isolamento também é substituído — não “para fazê-la seguir o setpoint de perto”, mas “para suprimir a variação em temperatura foliar, DIF e temperatura da zona radicular onde importa para o crescimento”. O que proteger não é o número do ar, mas o quão alinhadas as coisas estão no lugar onde o crescimento é decidido.
Para resumir a história até aqui em uma frase: o controle de temperatura não é uma tarefa que se encerra dentro do painel de climatização; o significado de um setpoint é decidido por onde o mesmo 25°C está atuando — fotossíntese diurna, respiração noturna ou o ritmo de crescimento.
Se você quiser entender os eixos de decisão do campo, incluindo a temperatura, de forma um pouco mais sistemática, veja também as 172 dicas para aumentar a rentabilidade das fazendas verticais.