invernaderos sostenibles para la producción de hortalizas en zonas alto andinas del cusco

182 Pages·2017·3.58 MB·Spanish

INVERNADEROS SOSTENIBLES
PARA LA PRODUCCIÓN DE
HORTALIZAS EN ZONAS ALTO
ANDINAS DEL CUSCO

Pedro Zanabria-Pacheco
Piura, julio de 2015

Facultad de Ingeniería
Maestría en Gestión y Auditorías Ambientales

Zanabria, P. (2015). Invernaderos sostenibles para la producción de hortalizas en zonas
alto andinas del Cusco (Tesis de Maestría en Gestión y Auditorías Ambientales).
Universidad de Piura. Facultad de Ingeniería. Piura, Perú.
INVERNADEROS SOSTENIBLES PARA LA PRODUCCIÓN DE HORTALIZAS EN ZONAS ALTO
ANDINAS DEL CUSCO

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U N I V E R S I D A D DE P I U R A

FACULTAD DE INGENIERÍA

Invernaderos sostenibles para la producción de hortalizas en zonas alto
andinas del Cusco

Tesis para optar el Grado de
Máster en Gestión y Auditorías Ambientales

Pedro Fortunato Zanabria Pacheco

Asesor: Jorge Guillermo Ugarte Berrío

Piura, julio 2015
Dedicatoria

Este trabajo está dedicado a mi esposa Elisabeth, a mis
hijos Edward, Alexander, Diana y a los
investigadores jóvenes peruanos, para motivarlos a
desarrollar el talento y la creatividad y proponer
soluciones a los grandes problemas científicos,
tecnológicos, sociales y económicos del país. No
interesa la edad, ni color político, sino la pasión, el
amor y el compromiso que ponemos a nuestro
trabajo. La búsqueda del bienestar personal, familiar, y
de nuestra sociedad, nos dará libertad de pensamiento,
responsabilidad ambiental, comprometidos con el
desarrollo sostenible del país, en un ambiente de
libertad, respeto y armonía con la naturaleza.
Prólogo

Hace más de 25 años, el Grupo de Investigación en energía solar de la Universidad Nacional
San Antonio Abad del Cusco, iniciaba las investigaciones preliminares de las aplicaciones de
las energías renovables, en particular la energía solar.

En 1990 iniciamos una cooperación con la Facultad de Física de la Universidad Complutense
de Madrid, el Catedrático José Doria Rico, muy apasionado de las aplicaciones de energías
renovables, apoyó nuestro trabajo y juntos visitamos el Sur de España para conocer de cerca el
desarrollo tecnológico de los grandes invernaderos y sentar las bases para el conocimiento de
la plasticultura en zonas alto andinas del Cusco. Se desarrollaron los primeros estudios sobre
sobre los problemas y las limitaciones de la horticultura en zonas alto andinas

En el invierno andino no se pueden producir hortalizas por el clima imperante. El invernadero
andino, de estructura de palos y murete de adobe, competía con el modelo boliviano. El primer
invernadero tradicional de diseño estructural de palos y techo tipo capilla se construyó por los
años 85, este modelo se sigue replicando y difundiendo en la actualidad, a pesar de la
experiencia, subsisten los problemas técnicos, económicos, organizativos y sociales. Hoy en
día son todavía desconocidos los sistemas de gestión ambiental, para prever los impactos
ambientales; así mismo la agricultura orgánica no es una práctica difundida. La naturaleza y
complejidad de un invernadero, puede mejorar el aprendizaje enseñanza de los escolares
rurales; la aparición de libros modernos de plasticultura y otros factores, nos impulsaron a
realizar un estudio más sistemático que contemple todos los aspectos señalados,
particularmente aplicados a zonas alto andinas del Perú y en particular del Cusco, así mismo
en el análisis y evaluación experimental se presentan datos, cálculos y curvas del
comportamiento de los invernaderos bajo ciertas condiciones, que servirán de referencia a
estudios posteriores.

Expreso mi homenaje y reconocimiento a la memoria del maestro y amigo Guillermo Ugarte
Berrio (QEPD), asesor del presente trabajo, a la memoria de Gerd Zoller y José Doria, a Telle
y Satu Zoller, presidentas honorarias del Centro de Capacitación para el desarrollo (CECADE)
Qosqo Yachay Wasi, por el apoyo y facilidades prestadas para la realización del presente
proyecto.
Resumen

Para identificar los problemas que limitan la producción de hortalizas en zonas alto andinas
del Cusco, se han diseñado y construido dos prototipos de invernaderos a 3330 msnm,
variando la orientación, materiales y forma del techo.

Las formas curvas con orientación E-O y la construcción de un muro de adobe en la pared sur
o un murete de adobe perimetral de 1 m de altura, adicionalmente la colocación de una
pantalla térmica antirradiativa por encima del cultivo, mejoran las temperaturas en el interior
de los invernaderos, alcanzando hasta 7 °C por encima de la temperatura mínima exterior (5
°C) en el invernadero de adobe y techo curvo, y de 3 °C en el invernadero de estructura de
palos, techo tipo capilla y muro perimetral, permitiendo la producción de hortalizas en la
estación fría.

La rentabilidad económica es S/. 30/m2 para el invernadero de techo curvo, y S/. 22/m2 para el
de techo capilla.

La Declaración de Impacto Ambiental (DIA), para un proyecto de difusión y construcción de
112 invernaderos de 50 m2 cada uno, en las instituciones educativas de la provincia de Paruro.
Cusco, da como resultado la viabilidad del proyecto por los impactos leves al medio.
Índice

Introducción ................................................................................................................................. 1
Capítulo 1 .................................................................................................................................... 3
Fundamentos teóricos .................................................................................................................. 3
1.1. Introducción .................................................................................................................. 3
1.2. Niveles térmicos característicos de los cultivos............................................................ 4
1.3. El clima exterior ............................................................................................................ 5
1.3.1. El sol en el imperio de los incas ............................................................................ 5
1.3.2. El movimiento de la tierra y las estaciones ........................................................... 6
1.3.3. La radiación solar y el espectro electromagnético ................................................. 7
1.3.4. Disponibilidad de datos de radiación................................................................... 11
1.3.5. Diagramas de trayectorias del sol ........................................................................ 14
1.3.6. Características climáticas de las zonas alto andinas del Cusco ........................... 14
1.4. El clima en el interior del invernadero ........................................................................ 15
1.4.1. La radiación solar en invernadero: absortancia, transmisividad y reflectancia ... 17
1.4.2. Orientación, forma del invernadero y transmisividad ......................................... 18
1.4.3. Características de las cubiertas de plástico .......................................................... 19
1.5. Balance térmico de un invernadero ............................................................................ 22
1.5.1. Métodos de aislamiento y formas de evitar el enfriamiento en invernaderos ..... 27
1.5.2. Altas temperaturas en el invernadero .................................................................. 28
1.6. Fisiología de los cultivos: fotosíntesis, respiración y otras funciones ........................ 30
1.6.1. Actividades de las hojas, funciones fisiológicas y crecimiento........................... 31
1.6.2. Factores internos que influencian la fotosíntesis ................................................. 32
1.6.3. Factores externos que influyen en la fotosíntesis ................................................ 32
1.6.4. Temperatura ......................................................................................................... 35
1.6.5. CO ...................................................................................................................... 35
2
1.6.6. Humedad ambiental ............................................................................................. 36
1.6.7. Fotomorfogénesis ................................................................................................ 36
1.6.8. Fotoperiodismo .................................................................................................... 36
1.6.9. Respiración .......................................................................................................... 37
1.7. Impacto ambiental de los residuos agrícolas en la plasticultura ................................. 37
Capítulo 2 .................................................................................................................................. 41
Antecedentes ............................................................................................................................. 41
2.1. Panorama actual de los plásticos en el mundo ....................................................... 41
2.2. La plasticultura en España ...................................................................................... 43
2.3. Los invernaderos en América del Sur, experiencias más relevantes ................... 45
2.3.1. Flores para Abrapampa .................................................................................... 45
2.3.2. Invernaderos para la producción de hortalizas en el Alto La Paz –Bolivia. 46
2.4.1. Los grandes invernaderos del Callejón de Huaylas (Caraz y Carhuaz, 1982-
2013) 47
2.4.2. Experiencias en la Región Cusco ..................................................................... 48
Capítulo 3 .................................................................................................................................. 61
Diseño y construcción de dos prototipos de invernaderos andinos ........................................... 61
3.1. Ubicación del proyecto y características climáticas ................................................... 61
3.2. Aspectos técnicos del estudio ..................................................................................... 62
3.3. Diseño del modelo experimental para evaluación de invernaderos andinos ............. 64
3.3.1. Estudios de recurso solar y trayectorias del sol ................................................... 64
3.3.2. Estudio de la utilización de cubiertas .................................................................. 67
3.3.3. Estudio de la orientación y forma de los invernaderos ....................................... 68
3.3.4. Estudio de la utilización de pantallas antirradiativas .......................................... 69
3.3.5. Análisis del balance térmico de invernaderos ..................................................... 70
3.4. Instrumental empleado en las diferentes medidas y evaluaciones experimentales .... 71
3.5. Estudios previos de sostenibilidad del proyecto y evaluación del impacto ambiental71
3.6. Diseño y construcción de dos prototipos de invernadero andino ............................... 72
3.6.1. Invernadero de pared de adobe y techo curvo (tipo I) ......................................... 72
3.6.2. Invernadero de palo, con techo a dos aguas y murete perimetral de adobe ........ 75
Capítulo 4 .................................................................................................................................. 79
Evaluación experimental y discusión de resultados .................................................................. 79
4.1. Introducción ................................................................................................................ 79
4.2. El recurso solar y trayectorias del sol ......................................................................... 79
4.3. Evaluación del tipo de cubierta .................................................................................. 81
4.4. Evaluación de la orientación y forma de los invernaderos ......................................... 82
4.5. Evaluación del empleo de pantallas antirradiativas .................................................... 83
4.6. Evaluación del balance térmico de invernaderos ........................................................ 84
4.7. Análisis y discusión de los parámetros meteorológicos del interior y exterior de los
invernaderos........................................................................................................................... 85
4.7.1. Medida de la irradiancia en el interior y exterior de tres tipos de invernaderos.. 85
4.7.2. Evolución de temperaturas, humedad relativa y temperatura del suelo en el
interior y exterior de un invernadero ................................................................................. 86
4.7.3. Evolución de temperaturas, humedad relativa, sin y con pantalla térmica.......... 88
4.8. Evaluación económica ................................................................................................ 90
4.9. Propuesta de inserción de invernaderos en el proceso educativo rural ....................... 92
Capítulo 5 .................................................................................................................................. 97
Gestión ambiental de invernaderos para la producción de hortalizas en zonas alto andinas .... 97
5.1. Impacto ambiental de la plasticultura ......................................................................... 97
5.1.1. Aspectos territoriales ........................................................................................... 97
5.1.2. Aspectos relativos al sistema de producción ....................................................... 98
5.2. Gestión de un invernadero .......................................................................................... 99
5.3. El medio ambiente y el desarrollo sostenible ........................................................... 101
5.4. Herramientas de gestión ambiental ........................................................................... 103
5.5. Marco jurídico y conceptual de la evaluación de impacto ambiental en el Perú ...... 104
5.5.1. Ministerio del Ambiente .................................................................................... 104
5.5.2. Ministerio de Agricultura .................................................................................. 110
5.5.3. Normas complementarias vinculantes ............................................................... 117
5.6. Clasificación de un proyecto de producción de hortalizas en invernaderos alto
andinos ................................................................................................................................. 123
5.7. Contenido básico de la evaluación preliminar de la Declaración de Impacto
Ambiental (DIA). Categoría I .............................................................................................. 126
5.8. Conclusiones de la DIA ............................................................................................ 148
Conclusiones ............................................................................................................................ 149
Bibliografía .............................................................................................................................. 153
Anexos ..................................................................................................................................... 157
Introducción

En la actualidad, la “plasticultura”, ciencia joven de no más de 50 años, ha alcanzado niveles
de gran desarrollo en todo el mundo, en especial en los países desarrollados, esta ciencia se
ocupa de la ingeniería de los plásticos en la agricultura y horticultura modernas. En los países
en desarrollo como el Perú, esta ciencia aún no ha alcanzado un desarrollo sostenido debido a
muchos factores, técnicos, sociales y económicos.

Desde que en 1924 apareció en EEUU el primer sustituto del vidrio para su aplicación en
agricultura, nada nuevo apareció hasta que en 1938 se dio a conocer el Polietileno;
posteriormente y en los últimos 40 años, hubo en todo el mundo un desarrollo vertiginoso de
los plásticos, toda una ciencia, desarrollo industrial y tecnológico acorde a las exigencias de
una agricultura intensiva.

Los plásticos son los principales protagonistas del nuevo escenario agrícola, se utilizan como
cubiertas para invernaderos, pequeños túneles, filmes para acolchados, mallas de sombreo,
bolsas para cultivos hidropónicos, tuberías de riego por goteo, láminas de impermeabilización
en embalses. Se usan en la producción de semillas, viveros de plantas. Son fundamentales en
la gestión y uso racional del agua, desde el almacenamiento en embalses impermeabilizados
con láminas de polietileno hasta la distribución, redes anti granizo, corta vientos, anti-pájaros,
anti-heladas, anti-insectos, etc. Están presentes en los sistemas productivos dentro de los
invernaderos, post cosecha y comercialización.

Los resultados experimentales de la tesis se han obtenido de las mediciones de campo
realizadas en los inviernos del 2013 y 2014 respectivamente. Para una mejor comprensión, la
tesis se ha dividido en 5 capítulos, conclusiones y anexos. El primer capítulo, presenta los
fundamentos teóricos de la ciencia de la plasticultura, en el segundo capítulo hacemos una
revisión de los antecedentes más relevantes a nivel internacional, nacional y la región Cusco.
En el tercer capítulo se propone la metodología a desarrollar en la evaluación experimental de
los diferentes parámetros que mejoran la inercia térmica interior de los invernaderos, se
diseñan y dimensionan dos prototipos de invernaderos andinos, con protección para el evitar el
enfriamiento nocturno. En el capítulo 4 se discuten y analizan los resultados de las mediciones
experimentales para determinar la influencia de las distintas variables que determinan el
balance térmico: orientación, forma del techo, cubiertas, pantallas térmicas antirradiativas,
permitiendo obtener conclusiones de importancia en el diseño y construcción de invernaderos.
Un aspecto fundamental desarrollado en este capítulo es el análisis económico para determinar