Aplicaciones de la energía solar al tratamiento térmico de suelos de invernadero

María Caridad Pérez De Los Reyes

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• Publié le: 01 janvier 2008
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Extrait

TESIS DOCTORAL
TÍTULO:
“Aplicaciones de la energía solar al tratamiento
térmico de suelos de invernadero”
DOCTORANDA:
Mª Caridad Pérez de los Reyes
DIRECTORES:
Dr. D. Andrés Porras Piedra
Dra. Dña. Mª Luisa Soriano Martín
Dr. D. Francisco Montes Tubío
DEPARTAMENTO:
Ingeniería Gráfica e Ingeniería y Sistemas de Información Cartográfica
Universidad de CórdobaUNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GRÁFICA E INGENIERÍA Y
SISTEMAS DE INFORMACIÓN CARTOGRÁFICA




“APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR AL TRATAMIENTO TÉRMICO
DE SUELOS DE INVERNADERO”





Tesis doctoral presentada por Mª Caridad Pérez de los Reyes para optar al
grado de Doctor por la Universidad de Córdoba, dirigida por los doctores D.
Andrés Porras Piedra, Dña. Mª Luisa Soriano Martín y D. Francisco Montes
Tubío.





La doctoranda:




Fdo. Mª Caridad Pérez de los Reyes
Córdoba, Junio de 2007
IAGRADECIMIENTOS




A mis padres (q.e.p.d.), porque ellos me enseñaron a distinguir lo
esencial de lo importante.
A mi marido, Javi y a mis hijos, Nacho, Javier y Antonio, porque su
paciencia y generosidad han permitido que este trabajo esté finalizado y
gracias a su mágica presencia han aligerado el camino.
Al matrimonio formado por D. Andrés Porras Piedra y Dña. Mª Luisa
Soriano Martín, porque desde que los conocí me han orientado, aconsejado,
ayudado y apoyado con esmerada dedicación, haciéndome sentir no sólo como
una amiga sino como un miembro más de su familia.
A los amigos y compañeros de la Escuela Universitaria de Ingeniería
Técnica Agrícola de Ciudad Real que durante años han compartido conmigo
sus conocimientos y habilidades, sus recursos profesionales, su tiempo, su
atención y su fe en mí.
A los alumnos que me empujaron a mejorar, a saber más y a hacer las
cosas mejor.
A la Universidad de Castilla-La Mancha que me ha ofrecido el soporte
físico e institucional necesario para desarrollar esta tesis.
A la Universidad de Córdoba y al Departamento de Ingeniería Gráfica e
Ingeniería y Sistemas de Información Cartográfica de los que he recibido una
amable acogida y, en especial a D. Francisco Montes Tubío, al que he tenido la
fortuna de conocer y que ha sido para mí ejemplo de generosidad, humildad y
humanidad.
A todos ellos, y a aquellos que de alguna forma han colaborado en la
realización de esta tesis doctoral, les dedico este trabajo con mi más sincero
agradecimiento.
IIRESUMEN DE LA TESIS/ABSTRACT
RESUMEN DE LA TESIS




El cultivo bajo invernadero ofrece problemas de aparición repetitiva de
patógenos en el suelo que pueden hacer peligrar la viabilidad de la
producción. Los métodos de control físico de patógenos, como la solarización
y los tratamientos con vapor de agua, se han manifestado en ensayos
realizados por diversos patólogos como una eficaz solución a los problemas
agronómicos y medioambientales producidos por el uso de tratamientos
químicos. La solarización consiste en mantener durante 6 a 8 semanas el
suelo a temperaturas próximas a los 45 ºC en la época estival de máxima
insolación, usando para ello láminas de plástico transparente. De esta forma
se eliminan la mayor parte de los patógenos del suelo sin afectar a la
microflora y microfauna auxiliares del mismo. La desinfestación con vapor de
agua elimina todos los patógenos del suelo. Sin embargo, temperaturas por
encima de 82 ºC pueden causar problemas agronómicos y patológicos en el
mismo, aunque el principal inconveniente de este método es su alto coste
económico y energético.
En esta tesis doctoral se demuestra que el uso de energía solar activa
disminuye las limitaciones de los sistemas de tratamiento del suelo por
solarización y vapor de agua por las siguientes razones:

- Los paneles solares planos y los concentradores cilíndrico-
parabólicos disminuyen el tiempo invertido en el tratamiento por
solarización, evitan dejar la parcela improductiva el año en que
se realiza el tratamiento y permiten la elección de la fecha de
tratamiento por parte del agricultor y el uso de estas técnicas
en meses no hábiles para el tratamiento solar pasivo.
- El uso de energía solar térmica activa, mediante paneles
solares planos y concentradores cilíndrico parabólicos, supone
IIIRESUMEN DE LA TESIS/ABSTRACT
un ahorro de energías convencionales y minimiza el impacto
medioambiental producido por su utilización.
El desarrollo tecnológico de nuevos sistemas de control de patógenos
compatibles con la conservación del medio ambiente es un tema de gran
actualidad agronómica teniendo en cuenta los importantes problemas
toxicológicos y medioambientales que generan el uso de tratamientos
convencionales. La principal novedad de esta tesis doctoral es el uso de
energía solar activa para superar las limitaciones de los actuales sistemas
físicos de tratamiento del suelo, a la vez que se impulsa el aprovechamiento
de esta energía alternativa y se contribuye a la protección de las condiciones
medioambientales globales.





















IVRESUMEN DE LA TESIS/ABSTRACT
ABSTRACT




The raising of crops in greenhouses is associated with the repeated
appearance of soil pathogens that threaten the viability of this form of
cultivation. Several authors have shown solarization and steam disinfestation
to be efficient alternatives to the use of chemical treatments in the control of
these pathogens. Solarization requires that the soil be maintained for 6-8
weeks at a temperature close to 45 ºC during the summer (when sunlight is at
its strongest), using transparent plastic sheeting to trap the available thermal
energy. This eliminates the majority of pathogens in the soil without negatively
affecting its remaining microflora or microfauna. Steam disinfestation also
removes soil pathogens, although temperatures above 82 ºC can cause
agronomic and indeed other pathological problems. Further, this method is
expensive and requires high energy inputs.
This doctoral thesis shows that the active use of solar energy can
overcome the drawbacks associated with solarization and steam treatment:

• The use of flat-plate solar collectors and solar parabolic trough
collectors reduces the time required for solarization, avoids leaving the
plot unproductive during the year in which treatment is performed, and
allows growers to choose the treatment dates (including dates when the
passive use of sunlight would normally be impossible).
• The use of solar thermal energy, employing flat-plate solar collectors
and solar parabolic-trough collectors, reduces the need for conventional
energy resources, and therefore lessens the environmental impact
associated with their use.

The technological development of new pathogen control systems
compatible with the protection of the environment is currently an area of much
VRESUMEN DE LA TESIS/ABSTRACT
interest given the toxicological and other problems associated with
conventional treatments. The main novelty described in this thesis is the active
use of solar energy as a means of overcoming the drawbacks associated with
physical soil treatments. The findings reported may encourage the use of this
alternative energy resource and thus contribute to the protection of the
environment.



























VIÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL




1. INTRODUCCIÓN 1
2. ANTECEDENTES 6
2.1. Fundamentos sobre energía solar 6
2.1.1. Origen y características de la energía solar 6
2.1.2. Energía solar disponible en la superficie terrestre 9
2.1.3. Sistemas de aprovechamiento de la energía solar 17
2.1.3.1. Energía solar térmica de baja temperatura 18
2.1.3.1.1. Colector solar plano 19
2.1.3.1.2. Rendimiento del colector solar 27
2.1.3.1.3. Instalación solar baja temperatura 34
2.1.3.1.3.1. Subsistema de distribución 35
2.1.3.1.3.2. Subsistema de control 40
2.1.3.2. Energía solar térmica de media temperatura 43
2.1.3.2.1. Concentrador solar 44 2.1.3.2.2. Características ópticas 52
2.1.3.2.3. Rendimiento del concentrador 5