Este artículo explora cómo los diferenciales de presión de vapor (DPV) afectan las tasas de transpiración en las plantas de cannabis. La transpiración es un proceso en el que el agua y los nutrientes esenciales se mueven a través de la planta de célula en célula. La comprensión del DPV a diferentes temperaturas y humedades relativas, y su efecto en este proceso, es importante para obtener el máximo crecimiento de las plantas. También cubrimos el impacto de los puntos de ajuste en los entornos de crecimiento, así como los costos de energía, junto con un análisis de cómo los datos que rodean las tasas de riego y la transpiración pueden afectar la selección de equipos.

Todos aprendimos sobre el ciclo del agua en la escuela secundaria: lluvia, evaporación, nubes, lluvia, etc. Este ciclo adquiere una mayor importancia en la industria del cannabis porque mantener las condiciones de espacio adecuadas para un cultivo en interior es esencial para el éxito de una operación de cultivo. La temperatura y la humedad juegan un papel importante en el funcionamiento de las plantas de cannabis, impactando directamente tanto en el rendimiento de la planta como en la calidad general. Debemos mirar más allá del ciclo de precipitación simplificado y comprender que las condiciones del espacio afectan directamente la capacidad de una planta para sudar o transpirar.

Un error común es que la transpiración de las plantas de cannabis afectará la humedad relativa dentro de un cuarto de cultivo. En realidad, eso es al revés: usar el paradigma de que las condiciones de la habitación afectan la capacidad de transpiración de las plantas en lugar de que la transpiración de las plantas afecte la condición de la habitación es una buena perspectiva al leer este artículo. En un entorno ideal, las condiciones de ajuste de la habitación (temperatura y humedad) se mantendrían perfectamente estables y nunca se desviarían independientemente de lo que suceda en la habitación. Mantener las condiciones de la habitación perfectamente estables es el trabajo del equipo mecánico utilizado para controlar las condiciones ambientales de la habitación. Si podemos mantener un conjunto determinado de condiciones de habitación, la pregunta es: ¿en qué condiciones prospera el cannabis?

Como discutiremos, la transpiración de la planta impulsa el crecimiento de la planta y el diferencial de presión de vapor (VPD) impulsa la transpiración de la planta. La temperatura y la humedad afectan el diferencial de presión de vapor, un factor que debe tenerse en cuenta al tomar decisiones sobre los sistemas de las instalaciones, especialmente cuando se trata de las complicadas deliberaciones sobre la selección de equipos de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Para que las plantas prosperen en un espacio de cultivo interior, el VPD debe estar a un nivel particular, que puede ser diferente para cada situación y cada etapa de crecimiento. Dado que la temperatura y la humedad afectan al DPV, la temperatura y la humedad deben estar en los niveles correctos, en el «punto de ajuste»correcto, lo que significa que el calor y la humedad tendrán que agregarse o retirarse del cuarto de cultivo en diferentes momentos.

Comprender los impulsores de este proceso es clave para seleccionar el sistema HVAC adecuado para su operación. En nuestra experiencia, una diferencia de punto de ajuste de solo el 10% puede tener un impacto significativo en el tamaño del sistema HVAC, el costo inicial y los costos de energía continuos. Vale la pena explorar si una pequeña diferencia en el punto de ajuste de diseño tendrá un gran impacto en los costos de su sistema HVAC, sin tener mucho impacto en el rendimiento del producto de su operación.

Comprender el VPD y las tasas de Transpiración

La temperatura y la humedad son factores definitorios del VPD, a veces llamado déficit de presión de vapor, que es lo que realmente afecta la salud de una planta de cannabis. La presión de vapor es la presión a la que el líquido se convierte en vapor. Este es un ejemplo del mundo real de la presión de vapor en acción: Cuando hierves agua en la estufa, la calientas, aumentando la presión hasta un punto en el que alcanza la presión de vapor de la atmósfera que la rodea y se convierte en vapor. En el cultivo de cannabis, VPD se refiere a la diferencia entre la presión de vapor dentro de una planta y la presión de vapor del aire que rodea a la planta. VPD es responsable de impulsar un proceso en la planta conocido como transpiración, que impacta directamente en la salud de las plantas.

La transpiración es un proceso en el que el agua y otros nutrientes esenciales se mueven a través de una planta de célula en célula. También es la forma en que las plantas regulan su propia temperatura y obtienen del aire el dióxido de carbono que necesitan. El DPV impulsa la transpiración y la absorción de nutrientes desde las raíces de una planta hasta el área superior de la planta. El movimiento del agua ocurre como resultado de que las plantas liberan vapor de agua al aire a través de aberturas llamadas estomas, casi como si estuvieran sudando.

Si la DPV es demasiado pequeña, no se alcanzan las tasas máximas de crecimiento, y problemas como el moho o la pudrición de las raíces pueden convertirse en un problema. Si la DPV es demasiado grande, los estomas de la planta se cerrarán en un intento de limitar la transpiración, lo que puede dar lugar a problemas como quemaduras en la punta y rizos en las hojas. El VPD se puede calcular directamente a partir de la temperatura y la humedad relativa (HR) de la planta y del cuarto de cultivo. Ambos conceptos se explican en detalle a continuación. La temperatura de la superficie de la planta y la temperatura del bulbo seco de la habitación son aproximadamente la misma, pero como la planta tiene formación de agua, la superficie de la planta estará al 100% de HR cuando transpire. Para una temperatura de diseño dada, podemos modular el VPD cambiando la HR de la sala de cultivo.

Un rango de VPD de 0.8 – 1.1 (kPa) se conoce comúnmente como ideal en la etapa vegetativa, mientras que un rango de VPD de 1.0–1.5 (kPa) se conoce comúnmente como ideal en la etapa de floración. Los cuadros I y II muestran que se puede obtener el mismo rango ideal de DPV a diferentes temperaturas y humedades relativas.

Para decirlo simplemente: La temperatura constante y humedad relativa en el espacio –> constante presión de vapor déficit –> transpiración de las plantas –> el crecimiento de la planta.

Este concepto se ilustra en la Figura 1 de la carta psicrométrica, que es una herramienta de uso común que ilustra gráficamente la relación entre la temperatura del aire y la humedad relativa, así como otras propiedades.

¿Cuáles son las Métricas?

Como se explicó anteriormente, mantener los puntos de ajuste adecuados de las salas de cultivo interiores es esencial para el éxito de una operación, pero ¿qué medimos y cómo lo medimos? Hay algunas cosas que entender sobre la medición de la temperatura y la humedad y la determinación de la DPV:

• Lecturas de temperatura de bulbo húmedo y seco: La temperatura de bulbo seco es la lectura de temperatura con la que la mayoría de nosotros estamos familiarizados; la temperatura que se muestra en el termostato de una casa. La temperatura de bulbo húmedo es la temperatura que lee un termómetro cuando su bulbo está envuelto en un paño húmedo. La temperatura del bulbo húmedo indica cuánta humedad hay en el aire. Cuando la humedad relativa está al 100%, las temperaturas de bulbo húmedo y seco son iguales. Si la diferencia entre las temperaturas de bulbo seco y húmedo es pequeña, hay una gran cantidad de humedad en el aire. Hay tanta humedad en el aire que es similar a tener un trapo húmedo alrededor de la bombilla del termómetro. Si hay una gran diferencia entre las lecturas de temperatura de bulbo seco y húmedo, el aire está seco.

• humedad Relativa: La humedad relativa (HR) es una medida de la cantidad de humedad en el aire expresada como porcentaje de la humedad máxima posible en el aire a una temperatura de bulbo seco dada. A medida que aumenta la humedad, el aire de un espacio interior eventualmente alcanzará un estado de saturación. Cuando el aire ha alcanzado su capacidad para la máxima humedad posible, el agua dejará el aire en forma de nubes, rocío o condensación. En temperaturas más cálidas, el aire es capaz de retener más humedad. Si la cantidad de humedad en un espacio permaneciera constante y la temperatura aumentara, el HR disminuiría. Esto se debe a que la cantidad total de humedad presente es la misma, pero es posible que el aire adquiera más humedad, por lo tanto, el aire está más lejos de la humedad máxima posible, lo que resulta en un porcentaje menor. Por el contrario, si el contenido de humedad permaneciera constante mientras la temperatura disminuía, el HR aumentaría porque la humedad en el aire está más cerca de la humedad máxima posible, lo que resulta en un porcentaje más alto.

Selección de equipos

La clave para obtener tasas de transpiración y VPD saludables es proporcionar condiciones ambientales controladas, que entrarán en juego cuando seleccione equipos para su operación.

El papel de los equipos de HVAC es mantener la habitación lo más cerca posible de los puntos de ajuste de temperatura y humedad de diseño, ya que esto tendrá el mayor impacto en el producto. Al comienzo de un proyecto, enviamos un documento de encuesta de HVAC a nuestros clientes para determinar los requisitos de su proyecto. La información proporcionada permite a los ingenieros determinar las «condiciones de diseño», lo que le dice al ingeniero lo que necesita para diseñar. Se recopila información como los puntos de ajuste de temperatura y humedad, así como el tipo y la cantidad de luces, el riego y las tasas de escorrentía.

Esta información permite al diseñador estimar la tasa de transpiración de las plantas y la carga de calor del equipo, que se denominan cargas latentes y sensibles, respectivamente. El equipo de HVAC eliminará la carga de calor y humedad del espacio, por lo que cuanto más precisa sea la información proporcionada por el cultivador, más preciso será el tamaño del sistema.

Determinación de las Tasas de Transpiración y las Estrategias de Control de Humedad

Uno de los mejores y más sencillos métodos para determinar las tasas de transpiración es utilizar las tasas de riego conocidas para cuantificar indirectamente la transpiración. Una vez que el agua de riego se introduce en un espacio, puede hacer dos cosas: permanezca dentro de la planta o maceta, aumentando su masa total, o abandone la planta o la maceta como escorrentía o transpiración. La suposición general es que una parte relativamente pequeña de la masa de agua queda en la maceta o planta, y el resto del agua se pierde por la escorrentía y la transpiración entre los riegos. La cuantificación de las tasas de riego suele ser sencilla, pero la cuantificación de la escorrentía puede ser difícil dependiendo del método de cultivo que se utilice. Los datos se pueden recopilar a nivel de instalación de cultivo, nivel de etapa de crecimiento, nivel de habitación o nivel de planta.

El equipo de CLIMATIZACIÓN correctamente diseñado no solo controlará la temperatura de un espacio, sino que también eliminará la humedad transpirada por las plantas para mantener la relación de humedad relativa en el punto de ajuste apropiado. Existen numerosas estrategias de control de humedad. En el nivel más básico está el deshumidificador, que utiliza un proceso de refrigeración para subenfriar el aire a su punto de saturación para extraer la humedad del aire. Si bien es efectivo, este es un proceso inherentemente ineficiente, ya que el calor del compresor se rechaza en el espacio, lo que se suma a la carga de calor que el equipo de HVAC necesita cuidar. En el nivel más complicado, su diseñador puede agregar el esquema de deshumidificación al diseño general de HVAC, por lo que el aire puede enfriarse en las bobinas para extraer el agua del aire, luego el aire puede recalentarse para no enfriar demasiado el espacio. Para una máxima eficiencia energética, el recalentamiento del aire se puede hacer con agua caliente o gas caliente producido por el calor rechazado del equipo de refrigeración.

¿Qué sucede cuando variamos los puntos de ajuste de humedad y temperatura? Si disminuyen los puntos de ajuste de temperatura y humedad, la carga máxima en el sistema HVAC aumenta, al igual que la energía requerida para hacer funcionar el equipo. Del mismo modo, ocurre lo contrario: si se aumentan los puntos de ajuste de temperatura y humedad, disminuye la carga máxima en el sistema y también disminuye la energía requerida para hacer funcionar el equipo. Es en el mejor interés del cultivador, tanto desde el punto de vista del primer costo como del costo de operación, ejecutar su operación lo más caliente y húmedo posible.

Volvamos a la Tabla II. Como puede ver, el DPV calculado a 70 ° F y 60% de HR es similar al DPV calculado a 75 °F y 65% de HR. Por lo tanto, las plantas pueden funcionar igual de bien en el punto de ajuste de temperatura y humedad más alto que en el punto de ajuste de temperatura y humedad más bajo, pero los efectos en el primer costo, el tamaño físico y el uso de energía del sistema HVAC serán significativos. En nuestra experiencia, una diferencia de punto de ajuste de solo el 10% puede tener un efecto dramático.

Estudio de caso del mundo real

El tema de la selección de equipos cobró vida en un proyecto reciente con objetivos muy específicos. Los clientes acuden regularmente a nosotros con valores y rangos de temperatura y humedad específicos en mente. A menudo, estos puntos de ajuste están determinados por la experiencia en el campo, y no necesariamente por la recopilación de información sobre el VPD requerido. Los cultivadores saben que sus plantas prosperan en ciertas condiciones, pero normalmente lo han determinado a través de un proceso de prueba y error. En este caso de estudio, nuestro cliente, una instalación de cultivo y extracción, necesitaba un control preciso de temperatura y humedad para sus espacios de cultivo, con un enfoque principal en la eficiencia energética. Como la mayoría de nuestros clientes, tenían en mente puntos de ajuste de temperatura y humedad específicos: 76 °F y 55% de HR.

El sistema HVAC propuesto era un sistema de agua refrigerada refrigerada por agua, con una operación economizadora para permitir un funcionamiento sin compresor cuando las condiciones exteriores lo permiten. El agua caliente para la instalación se proporciona a través de bombas de calor que utilizan el calor rechazado de los enfriadores como fuente para el bucle de calentamiento. Los fan coils dentro de las salas de cultivo utilizan variadores de frecuencia para deshumidificar sin sobreenfriar los espacios.

Debido a que la sostenibilidad era un objetivo central del cliente, decidimos comenzar con un enfoque diferente: un modelo de energía de caja de zapatos para reducir las implicaciones de los diferentes puntos de ajuste en el tamaño y el uso de energía del equipo HVAC. Pudimos mostrarle al cliente que ajustando sus valores de ajuste de temperatura y humedad hacia arriba, podrían mantener el mismo VPD en el espacio, sin embargo, el tamaño del equipo de HVAC disminuyó en un 33% y el uso de energía asociado con el equipo de HVAC disminuyó en más de un 35% por año. Al observar el VPD específicamente y usar esa métrica para tomar decisiones sobre el punto de ajuste de temperatura y humedad requerido, pudimos diseñar un sistema de HVAC que cumplía con sus objetivos de sostenibilidad y reducía el tamaño del equipo, al tiempo que garantizaba que sus plantas prosperaran.

Los criterios iniciales que el cliente nos proporcionó, un punto de ajuste de temperatura de 76 °F y un punto de ajuste de humedad relativa del 55%, habrían dado como resultado un tamaño de planta de HVAC de 600 toneladas de enfriamiento. Al observar primero el DPV y luego utilizarlo para determinar los puntos de ajuste, pudimos reducir el tamaño del equipo a 400 toneladas de refrigeración. Este equipo es aproximadamente ¾ del tamaño físico y el 66% del costo del sistema más grande de 600 toneladas.

Final Pensamientos

Adecuado de los equipos de climatización diseño –> temperatura constante y humedad relativa en el espacio –> constante presión de vapor déficit –> transpiración de las plantas –> el crecimiento de la planta.

Se entiende que el diseño adecuado de los equipos de climatización es necesario para mantener una temperatura y humedad relativa constantes dentro de un espacio. También se reconoce generalmente que el crecimiento de la planta se ve afectado, tanto positiva como negativamente, por la temperatura y la humedad del espacio y, por lo tanto, el déficit de presión de vapor. Lo que a menudo se pasa por alto o se desconoce es que los pequeños cambios en los puntos de ajuste de temperatura y humedad pueden tener un impacto imperceptible en el diferencial de presión de vapor y un gran impacto en el tamaño, el primer costo y los costos operativos del sistema HVAC.

Descargo de responsabilidad

no Somos productores, somos ingenieros. Como tal, no pretendemos comprender los efectos completos de una operación que se ejecuta a valores de ajuste de temperatura y humedad más altos en la calidad y cantidad de la planta. El propósito de este artículo es ilustrar los efectos de las diferencias de temperatura y humedad en el tamaño de HVAC y los costos de energía, para permitir a los productores tomar una decisión más informada al determinar los puntos de ajuste apropiados para su espacio.