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Produccin hortcola en un invernadero geodsico con sistema solar

pasivo

El presente trabajo responde a la oportunidad de aprovechar este tipo de invernaderos geodsicos, gracias asu bajo coste y simplicidad de construccin, para una produccin hortcola a nivel domstico o tambin

industrial. Slo se detallan los aspectos estructurales del invernadero, los temas referentes a tipo de cultivos,estratos, fertilizantes, agua, etc no se incluyen e el presente artculo.

Mircoles 15.10.2008 La estructura geodsica de este invernadero facilita su construccin, permitiendoerigirla en pocas horas, por personas sin ningn conocimiento tcnico. Adems posee alta resistencia acargas exteriores como viento y nieve, propiedades inherentes a la estructura geodsica. Combinado con lossistemas solares pasivos debido a su orientacin constante al sol, ofrece ptimas posibilidades de conseguirbuenas producciones en cultivos.

El presente trabajo responde a la oportunidad de aprovechar este tipo de invernaderos geodsicos, gracias a

su bajo coste y simplicidad de construccin, para una produccin hortcola a nivel domstico o tambinindustrial. Slo se detallan los aspectos estructurales del invernadero, los temas referentes a tipo de cultivos,estratos, fertilizantes, agua, etc no se incluyen e el presente artculo.

Sistemas solares pasivos

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Introduccin

En general, los invernaderos en agricultura consumen aproximadamente un 1.5% de la energa total que sedestina a la calefaccin y ventilacin anuales en Europa.

El consumo de los invernaderos equipados con sistemas de calefaccin representa el 30% de los costesoperacionales generales de un invernadero, adems el precio de la energa tender a aumentar en un futuro

no muy lejano. En consecuencia, en muchos casos ste precio resulta prohibitivo para el uso de los sistemasde calefaccin.

Con el fin de solucionar estos problemas es de vital importancia la utilizacin de sistemas alternativos decalefaccin, de bajo coste, eficientes y que utilicen tcnicas y materiales innovadores y baratos, en lo posiblede fuentes energticas renovables, con el fin de proveer condiciones interiores ptimas durante los mesesms rigurosos de invierno.

El hecho de que el invernadero con sistema solar pasivo no requiera el aporte de elementos externos(calefactores, caloventores, extractores, energa elctrica) permite entre otras cosas ubicarlo en zonasalejadas o de difcil acceso gracias a sus propiedades de crear y mantener un microclima adecuado para losclimas extremos.

Definicin de los invernaderos solares pasivos

Los invernaderos solares pasivos estn diseados para maximizar los beneficios de la accin del Sol.Disponen de sistemas de acumulacin del calor los cuales estn integrados a la estructura del invernadero, esel mismo invernadero que funciona como colector solar.

Durante el da, el calor sobrante es transferido desde el aire del interior del invernadero al sistema deacumulacin de calor y se recupera por la noche. Entendemos por acumulador de calor aquella masa slida

(roca) o lquida (agua), capaz de ser calentado y de almacenar el calor recibido en forma de calor latentepara cederla posteriormente durante las horas nocturnas.

Algunas tcnicas solares pasivas

La temperatura ideal promedio para la prosperidad de los cultivos es entre 18 y 26 grados. Veamos algunastcnicas para la conservacin de esta temperatura:

Agua, en forma de piletones, circulante, en bidones o bolsas plsticas negras.Geometra de la estructura (geodsica) para maximizar los beneficios que produce la accin del Sol,

aprovechando la orientacin de sus caras.Superficies aisladas, sombreadas o reflexivas, para aprovechar o disminuir la incidencia del sol.Camadas de rocas (preferentemente negras)Caeras enterradas debajo de los cultivos. Circulacin de agua/aire.

Describiremos en detalle algunas de ellas.

Tcnica solar pasiva a partir de agua:

En trminos generales hay tres formas de disponer del almacenaje de agua:

La primera utiliza bolsas de plstico negras especiales llenas con agua. stas se encuentran encima el sueloen todo el largo del invernadero en medio de las lneas de plantas.

La segunda dispone una serie de bidones negros llenos de agua a lo largo de la cara sur del invernadero, lascuales actan como colectores solares y almacenadores de calor.


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El tercer sistema utiliza directamente una pileta de agua cuyo volumen es proporcional al nmero de metroscuadrados del invernadero. Los sistemas absorben la radiacin solar incidente durante el da. Por la noche, elcalor acumulado se devuelta en el interior por conveccin natural y radiacin.

Superficies aisladas, sombreadas o reflexivas:

Una tcnica para el invierno consiste en aislar la superficie interior sur con un material aislante yreflexivo al mismo tiempo, del tipo utilizado en techos de madera debajo de las tejas o chapas. Elaislamiento no permite el enfriamiento desde el exterior o perdida de calor desde el interior. Al mismotiempo, la reflexin interior aumenta la incidencia solar proveniente de la cara norte.Otra tcnica para el verano consiste en el sombreado del invernadero que produce el descenso de lastemperaturas en el interior del invernadero de hasta 5 grados. El mismo consiste simplemente en lacolocacin exterior de la tela comnmente conocida como "media sombra".

Mas abajo describiremos el aprovechamiento de la geometra del domo geodsico como tcnica solar pasiva.

Invernaderos Geodsicos:

Introduccin a la estructura geodsica

A travs de la historia, el hombre ha experimentado con diseos y materiales con el objetivo de hacer mscon menos. Ningn hombre en la historia reciente ha hecho mas para avanzar hacia ese objetivo que RichardBuckminster Fuller; filosofo, matemtico, ingeniero, historiador, poeta e inventor del domo geodsico.

Aunque el mundo poco hay notado cuando en 1951 Mr Fuller presento su patente del domo geodsico, estosson hoy dia reconocidos como el sistema de construccin mas eficiente conocido por el hombre.

La esfera representa la menor rea posible en cantidad de material de cobertura para cubrir un volumen


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determinado. La forma esfrica es ms eficiente que la de ngulos rectos en aproximadamente un 30%,porcentaje que se refleja en ahorro en costos de materiales, mano de obra y energa para acondicionar latemperatura.

El domo geodsico es estructuralmente fuerte por la tensegridad de su estructura, cualquier presin en unode sus lados se desplaza hacia toda la estructura, por ello su capacidad antissmica, su elevada resistencia afuertes vientos y tormentas y su capacidad de soportar altas cargas de nieve.

Beneficios de la estructura geodsica aplicada a invernaderos

Resistencia a vientos, tormentas y nieve

La forma geodesia del domo es el diseo mas fuerte y robusto para soportar los vientos o la acumulacin denieve (son comunes en la antrtica como observatorios y laboratorios). Cuanto ms sopla el viento, al notener superficies de succin este lo rodea y lo tiende a afirmar ms al suelo. Ninguna estructura cubierta estan estable y fuerte.

Resistencia estructural

Las juntas de las estructuras rectangulares de los invernaderos tradicionales ceden a veces bajo condicionesde estrs, resultando en una inestabilidad estructural a no ser que utilizamos elementos de sujecinadicionales. El invernadero geodsico optimiza la carga, permitiendo colgar de sus juntas macetas,

estanteras, canteros colgantes, guas para trepadoras como parras, tomates, etc.

Concentrador de la luz y el calor

El invernadero geodsico es un colector de energa solar pasivo ideal. Acta como un reflector gigante deluz hacia dentro del domo, tambin concentrando y reflejando el calor interior, esto ayuda a prevenir laprdida de calor por irradiacin hacia afuera.


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Optima orientacin constante al sol

A diferencia de un invernadero convencional con el tejado en forma de V invertido, la cpula geodsicatiene muchas superficies orientadas en ngulos diferentes. Eso quiere decir que, a medida que la Tierra girael Sol est al menos irradiando constantemente y directamente unas o ms superficies de la semiesfera.

Menor superficie de pared expuesta al exterior en relacin a la superficie cubierta cultivable.

Beneficio propio de la esfera, que reduce la superficie expuesta al exterior (mejorando la temperaturainterior) en relacin a la superficie cubierta interior.

Mejor ventilacin y flujo de aire

La ventilacin del domo, con adecuadas aberturas en la base, medio y cenit (cpula), proporcionan unaexcelente mezcla del movimiento del aire y la temperatura, funcionando como una chimenea, de abajo haciaarriba y al centro.(ver grf. mas adelante)

Temperatura ms uniforme

Gracias al flujo mejorado del aire, la temperatura es ms uniforme que en un cuarto convencional. No haypuntos fros o calientes.

Distribucin excelente del aire

La buena circulacin del aire gracias a que no hay bordes o rincones, no permiten el estancamiento de aireque puedan crear proliferacin de hongo o bacterias.

ptimo control de la humedad

La HR(humedad relativa) es fundamental para los cultivos. El sistema de ventilacin del invernaderogeodsico permite controlarla adecuadamente tanto en su % relativo como en una armonizadahomogeneizacin en todo el interior del invernadero.

Barato de calefaccionar

El volumen de aire dentro del domo es menor que en un cuarto tradicional, por lo que es mas baratomantenerlo tibio en invierno, ahorrando cerca de 40% en energa.

Excelente relacin volumen/sup.cubierta (volumen unitario)

Siendo el cociente mnimo recomendado de 3, el invernadero geodsico gracias a su elevada altura tiene uncociente de 4,72.


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Diseado como kit autoconstruible

Con adecuadas instrucciones es muy fcil armarlo hasta por personas poco experimentadas, ahorrandomucho dinero en mano de obra.

Pequea cimentacin

Debido a la estructura esencialmente liviana, no precisa un cimiento complicado, en algunos casos bastamontarlo sobre unos pequeos pilotes de madera o cemento.

Actualidad de los invernaderos geodsicos

La venta de invernaderos geodsicos tipo kit armable por el propio comprador evoluciona rpidamente enlos pases ms desarrollados, llevando la agricultura y floricultura a cantidad de familias, para usos deabastecimiento propio, con fines comerciales o simplemente como hobbie.

Utilizando la misma estructura pero aadiendo una capa absorbente interior negra, se utiliza en la tecnologapara el secado de frutos en pases en vas de desarrollo.

El aire fresco se calienta en el espacio que hay entre la capa exterior y la capa absorbente interior. Actoseguido, el aire caliente pasa a travs de las bandejas donde hay los frutos y sale por la parte alta de lasemiesfera. El color, el sabor y las cualidades nutricionales de la fruta secada en la estructura geodsica sonptimas, ya que la fruta no est expuesta a la radiacin solar directa.

Otros usos documentados son el desarrollo de un sistema ictcola a escala para ser emplazado dentro de lasemiesfera y que resulta una forma econmica para la produccin de protena para la alimentacin humana.

En Argentina se esta trabajando con prototipos de invernaderos geodsicos en Capilla del Monte, Crdoba, y

en una comunidad en la localidad de El Soberbio, Misiones.

Se ha presentado un modelo -por primera vez- de 10 mts de dimetro en la Exposicin Rural en Malagueo,el pasado 10,11 y 12 de octubre del 2008.

Prototipo de invernadero desarrollado:

Modelo bsico

El presente modelo esta diseado con una superficie orientada a la agricultura domstica, aunque se pueden

lograr superficies mucho mayores para producciones ms comerciales. Tambin se puede utilizar parafloricultura, piscicultura o para el cultivo de hongos comestibles.

Estructura

Dimensiones estructurales

El invernadero tiene forma de semiesfera con una base de 7 m de dimetro, una superficie til interior deunos 38 m y un volumen total aproximado de 180 m. Como resultado la altura cenital del invernadero esde 3,5m. La superficie esfrica a cubrir es de 77m2.

Materiales estructurales

La estructura puede realizarse en madera (2"x2" o 2"X3"), en cao estructural (3/4" o 7/8"), o tambin encao de PVC (1"). El conjunto de la estructura debe anclarse firmemente en el suelo ya que el invernadero


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presenta cargas elevadas de succin.

Materiales de cubierta / aislacin

Film de polietileno

Una opcin econmica, aunque es importante una buena calidad para permitirle una duracin de al menos 3aos (LDT larga duracin trmica en 150 micrones) El film se corta en forma especial para cubrir lasuperficie esfrica tridimensional y se sostiene en las juntas con arandelas plsticas. Estos numerosos puntosde sostn eliminan el "efecto flameado" que deteriora rpidamente el nylon. Adems brinda un cierrehermtico que evita el escape de calor/entrada de aire.

Doble techo antihelada

Se agrega otra capa de polietileno por dentro para crear una cmara de aire aislante con propiedadesantihelada, disminuyendo enormemente la prdida de calor nocturno por irradiacin trmica.

ntigranizo

En zonas con probabilidades de granizo se cubre el casquete superior del domo con una tela media sombraal 20% o 30% (malla antigranizo)

Policarbonato

El policarbonato alveolar (de 4 o 6mm) es un material ptimo aunque un poco caro. Aunque si se locompara con el rendimiento, tanto por su elevada aislacin trmica, y por sus propiedades antigranizo y

antihelada; sumado esto a una garanta de por lo menos 10 aos de duracin, entonces quizs la inversinvalga la pena.

Los tringulos del material se aseguran a la estructura por medio de unas molduras atornilladas a laestructura. Hay estudios que aseguran que la difusin solar que producen estos paneles es altamentebeneficiosa para las plantas.

Ventilacin del invernadero

La ventilacin en los invernaderos tradicionales se realiza por los siguientes motivos: durante el invierno

para evitar condensaciones, en verano para controlar el exceso de temperatura alrededor del cultivo. Alotoo y primavera para controlar la temperatura y la humedad dependiendo de las condiciones que se den.Aparte la ventilacin tambin sirve para eliminar el exceso de dixido de carbono.

En climas muy clidos se pueden usar ventiladores/extractores que funcionen mediante sistemas


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fotovoltaicos o similares.

La superficie de ventilacin para satisfacer estos propsitos tiene que ser de un 25% de la superficie de lacubierta (el invernadero geodsico precisa menos debido a la facilidad de circulacin interior.)

Adecuadas entradas de aire a nivel base y media/alta (por encima de los cultivos) mas una salida de airecenital crean el efecto de circulacin global y armonioso tpico del domo geodsico (ver grfico). El airefresco entra por las partes bajas y medias del domo e impulsa al aire caliente hacia arriba, donde es expelidopor la abertura cenital.

Sistema de acumulacin de calor

En el caso de utilizar la pileta de agua como medio de acumulacin de calor y basndonos en la informacinexistente, parece que un valor apropiado del volumen de agua es aproximadamente de 0,1m3 x m2 desuperficie de suelo del invernadero.

Dado que la superficie de suelo del invernadero es de 38 m y que la relacin entre el volumen de agua a

utilizar y la superficie del suelo del invernadero es de 0,1m3 x 38m2, el volumen de almacenaje de agua esde 3,8m3.

Es ideal colocar la pileta de forma longuilinea y material negro, en la lnea de incidencia directa del sol a lolargo de su recorrido en los meses de invierno, de esta manera el agua estar recibiendo siempreperpendicularmente los rayos del sol. En verano, la lnea contigua de paneles se ensombrece a fin dedisminuir la incidencia directa del sol sobre la pileta.

La pileta tambin ayuda a mantener los niveles de humedad en proporciones favorables. El uso de bidonesnegros o bolsas plsticas negras con agua tambin puede complementar a la pileta.

Mejoras en la incidencia solar

Como se explic anteriormente, en invierno se asla la superficie interior sur con un material aislante yreflexivo al mismo tiempo, (del tipo aluminizado utilizado en techos de madera debajo de las tejas ochapas). El aislamiento de la cara sur no permite el enfriamiento desde el exterior o prdida de calor desde elinterior. Al mismo tiempo, la reflexin interior aumenta la incidencia solar proveniente de la cara norte. Enverano se sombrea el invernadero colocando exteriormente tela "media sombra"

Bancos de cultivo

Especficamente se incidir en el nmero, la distribucin y el volumen de los bancos de cultivo, pensando enla optimizacin de la superficie de cultivo y la superficie de maniobrabilidad. La creacin de los bancos secree til para la delimitacin de la superficie cultivable evitando as la compactacin del suelo.Dada la superficie del invernadero se pueden crear en forma concntrica unos 35 metros de bancos de 1 mt.


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de ancho por 50 cm. de alto, separados entre si por 50cm.

En la figura se puede apreciar un diseo tentativo, la distribucin final de los bancos queda a criterio delagricultor.

Los bancos pueden fabricarse en madera, cemento o hasta adobe que es un excelente estabilizador de lahumedad; pueden ser rellenados con bolsas de arena o mulch, para darles elevacin y acumular la humedad.

No olvidar tambin que la elevada resistencia de las juntas permite construir estantes para macetas ogerminadoras, canteros elevados, o guas de crecimiento para enredaderas tipo tomateras, etc.

Otra forma de aprovechar el espacio vertical son los tubos de crecimiento, mangas de nylon plstico rellenasde tierra colgadas directamente de las juntas (como se ve en la foto) y sostenidas por postes y alambres, conagujeros practicados en sus costados, en donde asomas esplendidas plantas de lechuga, frutilla, etc. Sonfamosos estos sistemas de cultivo vertical de frutillas por proveer una fruta de ptima calidad, y obtener 10

veces ms produccin que los cultivos planos.

Fuentes

UNIV. POLIT, CATALUA,

ESC. SUP. AGRIC. BARCELONA

www.geodesic-greenhouse-kit.com

www.solardomes.co.uk

INTA

Sergio Cohen Arazi


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Gnesis GeodsicaCapilla del Monte, Cba. Arg.

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