MXPA00010123A - Invernadero. - Google Patents

Abstract

Un invernadero que cosiste de un fondo (23), paredes verticales opacas y aisladas (24) y un techo translucido, caracterizado porque el techo del invernadero (3) consiste de tiras longitudinales (2), casi planas, que son opacas y que pueden girar alrededor de un eje de rotacion dirigido en su direccion longitudinal, mediante lo cual se forma el lado superior del invernadero (3) practicamente hermetico a la luz, cuando los espejos son girados en su posicion horizontal 0 acostada, y porque se proporcionan medios (27-30) para hacer girar estas tiras (2).

Description

INVERNADERO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un invernadero que consiste de un fondo, paredes verticales opacas y aisladas y un techo plano que consiste de por lo menos una tira casi plana, longitudinal y opaca.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En invernaderos convencionales, las paredes y el techo están formados principalmente de material translúcido, por ejemplo, material de vidrio o material sintético. La forma en que funcionan este tipo de invernaderos se basa en el hecho de que la longitud de onda de la luz solar que entra a través del material se altera cuando la luz es reflejada por la tierra o las plantas en el invernadero y porque la longitud de onda es retenida por el material, de manera que el calor se conserva dentro del invernadero . Cuando hay mucho sol, el calor puede ser muy elevado y la incidencia de rayos solares se limita colocando tapetes de templado de luz sobre el -techo. Mientras que los invernaderos proporcionan buenos resultados en regiones con un clima moderado, no pueden utilizarse en regiones en donde hay mucho sol, por ejemplo, en los desiertos.

Ya se sabe cómo construir invernaderos en este tipo de regiones, en' donde las paredes verticales son opacas y están aisladas, se proporcionan tapetes colapsables en el techo translúcido, equipado con reflectores hechos, por ejemplo, de aluminio, y que solamente transmiten una cantidad restringida de luz. Los tapetes colapsables son relativamente caros y no son resistentes a la luz ultravioleta, por lo que necesitan reemplazarse con regularidad. Además, incluso con estos tapetes, el invernadero necesitará enfriarse. El enfriamiento, que se hace por ejemplo por aire de enfriamiento, requiere de energía adicional y, por lo tanto, es relativamente costoso. Además, es muy difícil enfriar de manera uniforme todo el invernadero. Un invernadero del tipo mencionado en el primer párrafo, con paredes verticales opacas y con un techo formado por una tira opaca, se expone en GB-A-2,215,357. Este invernadero incorpora en una de las caras un material de vidrio de dos niveles. Un sistema de los paneles aislantes móviles se coloca sobre el recubrimiento de vidrio del nivel bajo. El techo está inclinado y es opaco y un sistema de paneles aislados y móviles para un techo reflector se coloca por debajo del techo. La presente invención tiene por objetivo un invernadero que no tenga los problemas anteriores ni otro tipo de problemas y que, por lo tanto, sea de costo relativamente bajo y permita una regulación buena y uniforme de la temperatura dentro, de un consumo mínimo de energía. Este objetivo se logra de acuerdo a la invención, donde un techo plano se encuentra horizontal y consiste de varias tiras longitudinales formadas por espejos que están dirigidos hacia el este/oeste, que pueden girar alrededor de su eje de rotación, dirigido en su dirección longitudinal, y que por lo tanto siguen el movimiento del sol de acuerdo a las estaciones, y pueden hacer que el lado superior del invernadero sea prácticamente hermético a la luz cuando gira en su posición horizontal o acostada, en donde se proporcionan medios para hacer girar estos espejos y dirigirlos hacia el sol y los espejos son parte de un dispositivo para producir vapor, que comprende por lo menos un colector situado por arriba de los espejos y que comprende un tubo para fluido y un espejo para recolectar los rayos solares reflejados por los espejos y reflejándolos al tubo . El documento EP-A- 0 , 371 , 000 expone un dispositivo para proporcionar sombra en, por ejemplo, un invernadero clásico con paredes verticales transparentes, el dispositivo está formado de varias tiras paralelas que pueden hacerse girar alrededor de su eje extendiéndose en su dirección longitudinal.

Cada tira consiste de una porción de tira superior que forma una celda solar y una porción de tira inferior con una cara superior que forma un espejo y una cara inferior que es reflectora. El documento US -A-4 , 095 , 369 se refiere a un invernadero que se proporciona con un dispositivo de cubierta colocado por debajo de un techo de material impermeable, apoyado por un dispositivo de apoyo. No se mencionan paredes verticales. El dispositivo de cubierta comprende varios reflectores parabólicos esencialmente cilindricos y pivotables . A lo largo de las líneas focales de estos reflectores se encuentra dispuesto un conducto respectivo para transportar un acarreador de calor. Los conductos son parte de un sistema de circulación para el acarreador de calor. Si los colectores son dirigidos hacia el sol, éstos reflejarán la energía del sol hacia su conducto. El documento UA-A-4 , 218 , 008 expone un invernadero típico con paredes verticales transparentes, que comprende por debajo del techo transparente, varias tiras planas, pivotables y paralelas. Cada tira plana tiene una superficie externa obscura, absorbente de la luz y una superficie reflectora orientada de manera opuesta, y un tubo colocado a lo largo del eje longitudinal para conducir un fluido a través del mismo. De acuerdo a la invención, el medio para hacer girar los espejos de preferencia es un medio para hacerlos girar en grupos de varios espejos o un medio para hacerlos girar en forma individual . De preferencia, los espejos pueden girar alrededor de un eje situado a la mitad de su anchura. El lado inferior de los espejos puede reflejar la luz en forma difusa. El invernadero antes descrito en donde las tiras son espejos, es de interés particular como parte de. un dispositivo para producir vapor, que puede utilizarse en una turbina de vapor para la producción de electricidad o en un evaporador para desalinizar agua de mar, mediante lo cual por lo menos se erige un colector por arriba de los espejos, en donde se calienta el fluido. A través del invernadero puede proporcionarse un tubo por el cual fluye agua de enfriamiento y/o el agua dulce producida para calentar el invernadero y/o regar las plantas del invernadero, por medio de aspersores conectados a éste o para garantizar el nivel de humedad requerido en el invernadero .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Con objeto de explicar con mayor claridad las características de la invención, se anexan las siguientes modalidades preferidas de un invernadero de acuerdo a la invención, únicamente como ejemplo y sin pretender limitar la misma, describiéndola con relación a los dibujos que se acompañan, en donde: la Figura 1 representa esquemáticamente un dispositivo para utilizar energía solar, en el cual toman parte los invernaderos de acuerdo a la invención; la Figura 2 representa esquemáticamente la sección transversal de un invernadero de acuerdo a la invención, tomada del dispositivo de la Figura 1 ; la Figura 3 muestra una sección análoga a la de la Figura 2, pero con relación a otra posición de los espej os . la Figura 4 representa el detalle indicado por F4 en la Figura 3, a mayor escala; las Figuras 5, 6 y 7 representan esquemáticamente la posición de los espejos para un invernadero, en tres momentos diferentes del día.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS El dispositivo para utilizar energía solar que se representa esquemáticamente en la Figura 1 contiene un dispositivo para producir vapor que consiste principalmente de varias series de espejos, en el ejemplo que se representa se ilustran tres series de espejos planos 2, paralelos, giratorios, en forma de tira, que forman el techo del invernadero 3; un colector 4-5 en forma de espejo longitudinal doblado 4, por arriba de todas las series de espejos 2, que está dirigido con su abertura hacia los espejos planos 2, y un tubo 5 que se extiende por debajo de los colectores sucesivos 4. Los espejos 2 se extienden con su dirección longitudinal en la dirección este/oeste y pueden girar alrededor de un eje geométrico que se extiende a la mitad de su anchura, en su dirección longitudinal . Los colectores 4-5 también están dirigidos en la dirección longitudinal de los espejos 2. La construcción de los espejos 2 y su rotación se explicará con mayor detalle junto con la construcción y el funcionamiento del invernadero 3. El tubo 5 está conectado corriente abajo a un tubo de suministro de agua 6, que a su vez está conectado a una bomba 7, y el tubo 5 está conectado corriente arriba a un tubo de vapor 8. El tubo de vapor 8 está conectado al tubo de suministro de agua 6, mediante una primera tubería 9 en donde sucesivamente se proporcionan: un primer grifo de purga 10, una turbina de vapor 11, sobre la cual está acoplado un generador 12, un condensador 13 y un segundo grifo de purga 14 por una parte, y por otra parte, un segundo tubo 15 en donde se proporcionan sucesivamente un grifo de purga 16, un evaporador 17 y un segundo grifo de purga 18. A través del evaporador 17 se extiende un tubo secundario 19 en donde se proporciona un condensador 20 y que se abre en un ducto 21 que se extiende a lo largo del invernadero 3, mediante lo cual el tubo de enfriamiento 22 se extiende a través de este condensador 20. La forma de operar este dispositivo 1 para la producción y uso de vapor es la siguiente. Los espejos planos 2 en forma de tira que forman los techos de los invernaderos 3, reflejan la radiación solar recolectada hacia el espejo doblado 4, erigido sobre la parte superior de ellos, que además refleja esta radiación hacia el tubo 5. Como resultado de esto, el agua se calienta bajo los espejos sucesivos 4 en esta tubería 5, y se evapora formando vapor que es sobrecalentado. El vapor sobrecalentado fluye mediante el tubo de vapor 8 hacia los tubos 9 y 15 en una proporción que queda determinada por la posición de los grifos de purga 10 y 14, 16 y 18, respectivamente . El vapor del tubo 9 impulsa la turbina de vapor 11, la cual impulsa al generador 12, mientras que los flujos de vapor agotado y condensado regresan al tubo 5, mediante el tubo de suministro de agua 6, para calentar de nuevo el vapor y para que sea transformado en vapor sobrecalentado. El vapor del tubo 15 asegura que el agua de mar que es suministrada a través del tubo 19 se evapore en el evaporador 17. El vapor que es producido aquí, se condensa en agua dulce en el condensador 20 y es suministrada al ducto 21. Las características de la invención son los invernaderos 3, que son análogos a los del tipo conocido como fitotrón, con una diferencia principal, que toda la energía es suministrada por el sol y que la luz no es proporcionada por lámparas, sino que proviene de la luz solar. Como en un fitotrón, cada invernadero 3 consiste de un fondo 23 y cuatro paredes verticales 24 que son opacas y que tienen un gran aislamiento término . Como ya se mencionó, el techo de todo invernadero 3 está formado de una seria de espejos 2. Cada espejo 2 consiste de una tira 25 que tiene un ancho de por ejemplo 50 cm y una longitud de aproximadamente 10 metros y cuyo lado superior es reflector, por ejemplo está recubierto con una laminilla reflectora o una capa reflectora, y cuyo lado inferior refleja la luz de manera difusa, por ejemplo, está recubierto con una capa que refleja la luz en forma difusa. La tira 25, que se representa en detalle en la Figura 4, está fija en su lado inferior a un tubo 26 que está montado de manera soportada en varios sitios de un bastidor, en una forma no representada.

Los espejos 2 pueden girar alrededor de un eje en su dirección longitudinal, ya sea todos juntos o en forma individual, pero de preferencia en grupos de varios espejos, por ejemplo de cuatro, que coinciden con el eje de su tubo 26, por medio de un motor 27, al proporcionar una transmisión que contiene una cadena 28. En el ejemplo proporcionado la cadena corre sobre las ruedas de cadena 29, en un extremo de los tubos 26, y una rueda de cadena 30 en la flecha del motor 27. Los motores 27 se controlan por medio de un dispositivo de control, de manera que los espejos 2 queden dirigidos normalmente con su lado superior reflector hacia el sol y se reflejen sobre el espejo 4, pero si se requiere esta modalidad puede modificarse . Los espejos 2 siguen por lo tanto el movimiento del sol, es decir, al estar dirigidos en la dirección este/oeste, siguen el movimiento del sol de acuerdo a la estación del año, con un ángulo de 46° entre el verano y el invierno. Las Figuras 2 y 3 representan la posición a treinta grados de latitud. Al iniciar el invierno, los rayos solares forman un ángulo de 53° con respecto al zenit, como se representa en la Figura 2, y al iniciar el verano forman un ángulo de 1 ° con respecto al zenit, como se representa en la Figura 3. A este grado de latitud, el sol queda en un lado del zenit. El único colector 4-5 que se extiende en la dirección este/oeste está por lo tanto situado por arriba del espejo 2 que está situado más hacia el norte, en la serie de espejos que forman al techo . Es evidente que varios de los espejos 2 que reflejan los rayos solares hacia este colector 4-5 están girados. Esto implica que la luz solar cae directamente en el invernadero 3, entre dos espejos vecinos girados 2, como se representa en la Figura 4, por medio de las líneas de cadena 31. La distancia entre estas líneas de cadena 31 representa el ancho del haz de los rayos que caen en el invernadero 3. Este estos espejos vecinos 2 también penetra luz difusa, como se representa por la flecha 32 de la Figura . Cuando dos espejos vecinos 2 están situados en su posición horizontal, prácticamente se tocan, de manera que ni la luz directa ni la luz difusa puede penetrar entre ellos al interior del invernadero 3. A través de todos los invernaderos 3 se extienden tubos 33 que están conectados al ducto 21 mediante una bomba 34. En el invernadero 3, estos tubos 33 se proporcionan con aspersores 35 ajustables y dirigidos hacia abajo, y aspersores 36 ajustables y dirigidos hacia arriba. Además, pueden proporcionarse aletas 37 en algunos tubos 33 para el intercambio térmico con el espacio dentro del invernadero 3.

Bajo el techo se proporcionan aditamentos con luces de tubo 35 del tipo diseñado especialmente para repartir la luz a las plantas. Estos aditamentos tienen reflectores dirigidos hacia arriba, de manera que la luz de las lámparas de tubo 38 se refleja hacia el techo y, por lo tanto, hacia los espejos 2. La forma de trabajar de los invernaderos 3 antes descritos es la siguiente. Temprano por la mañana, el sol todavía está muy bajo en el horizonte y la radiación solar no es suficiente para producir vapor sobrecalentado en el tubo 5. Por lo tanto, la radiación solar se utiliza completamente para las plantas del invernadero 3 y todos los espejos 2 se colocan casi en forma vertical, como se representa esquemáticamente en la Figura 5. Gracias a que el lado inferior de los espejos 2 refleja la luz en forma difusa, esta radiación es reflejada en el invernadero 3 como luz difusa . Tan pronto la radiación solar posibilita la producción de suficiente vapor, los espejos 2 se hacen girar de manera que reflejen los rayos solares hacia el colector 4-5, y los grifos de purga 10 y 14 se abren primero, y si la cantidad de vapor es suficiente para hacer trabajar el evaporador 17, también los grifos de purga 16 y 18 se abren subsecuentemente . Al medio día, cuando el sol está situado en su punto más alto por arriba del horizonte, los espejos 2 están en la posición que se representa en la Figura 2, a principios del invierno y en la posición que se representa en la Figura 3, a principios del verano. Entre los espejos girados 2, entrará una pequeña cantidad de radiación solar hacia el invernadero 3, mientras que una gran cantidad de luz difusa se dispersará en el invernadero 3. Además, no es ventajoso tener mucha luz solar directa para efectos de la fotosíntesis de la mayoría de las plantas . Si toda la radiación solar cayera directamente sobre las plantas del invernadero 3, éstas se quemarían. Las plantas de sombra, por ejemplo, sólo requieren una energía de radiación de 200 a 300 vatios por m2 , mientras que en el desierto, la radiación solar lleva a 1000 vatios por m2. Debe observarse que en el invierno, los espejos 2 están en promedio inclinados más que en el verano, de manera que durante el invierno, cuando hay luz solar por un periodo menor de tiempo, cae comparativamente más luz difusa en el invernadero 3, de manera que la cantidad total de luz difusa no difiere mucho en el verano y en el invierno. La superficie de los espejos 2 se calcula generosamente, de manera que durante una gran parte del día y en especial al medio día, se refleja más radiación solar por los espejos 2 que la que se requiere para la producción de vapor. Este superávit no se deja llegar al colector 4-5 y es conducido al interior del invernadero 3, parcialmente en forma de luz difusa, haciendo girar sucesivamente diferentes grupos de varios espejos 2. En el ejemplo que se proporciona se usan cuatro espejos, en su posición prácticamente vertical, como se representa esquemáticamente en la Figura 6. A través de los lados inferiores de los espejos 2 que reflejan la luz en una forma difusa, una gran cantidad de luz difusa entra, por lo tanto, al espacio interior del invernadero 3, entre los espejos 2, de manera que una cantidad suficiente de energía entra al invernadero 3 para permitir una fotosíntesis óptima de las plantas. Haciendo girar de manera sucesiva o secuencial otros espejos 2, otras partes del invernadero 3 reciben, en cada momento, luz repartida . Por la noche, todos los espejos 2, que forman el techo de un invernadero 3, se hacen girar hacia su posición horizontal, como se representa esquemáticamente en la Figura 7, de manera que escape la menor cantidad posible de calor del espacio interno del invernadero 3. La luz se reparte sobre la plantas mediante las lámparas de tubo 38, cuya luz se refleja de forma difusa en el espacio antes mencionado mediante los lados inferiores de los espejos 2 que la reflejan de manera difusa. El vapor de la turbina de vapor 11 y la desalinización deberán producirse de formas convencionales mediante una caldera de vapor. Como el consumo general de energía es más bajo durante la noche que durante el día, parte de la corriente puede utilizarse fácilmente para las lámparas de tubo 38. A medida que los rayos incidentes entran de manera difusa y se dispersan sobre una gran superficie, el espacio dentro del invernadero 3 difícilmente se calienta. Además, el calor que entra o se libera se sitúa a una distancia relativamente grande a partir del fondo 23, por ejemplo a cuatro metros, y escapa inmediatamente a través de los huecos libres entre los espejos rotados 2. Por lo tanto, se extrae todavía más calor del espacio, de manera que éste tendrá que calentarse para conservar la temperatura requerida para una fotosíntesis ideal . Esto se realiza bombeando agua desaliñada desde el ducto 21 a través del tubo 33 equipado con aletas 37, al interior del invernadero 3. El agua del ducto 21 es vapor condensado del condensador 20, que se ha condensado del agua de mar, por ejemplo a 30-35°C y que tiene una temperatura de aproximadamente 40°C o más. Esta misma agua se utiliza también para regar las plantas cuando es necesario, por medio de aspersores ajustables 35 controlados a distancia, en tubos 33, y para obtener el nivel de humedad requerido en el invernadero 3 , por medio de aspersores 36 ajustables, controlados a distancia. El agua remanente podrá utilizarse para enfriar el condensador 13 o la turbina de vapor 11. Durante el día, los invernaderos 3 no consumen ningún otro tipo de energía, distinta a la solar. El dispositivo completo 1 incluso producirá un superávit considerable de electricidad que puede utilizarse para cualquier fin, por ejemplo para el suministro de energía de dispositivos acondicionadores de aire. Este dispositivo también produce el agua necesaria para las plantas. Por lo tanto, el conjunto resulta redituable y puede garantizarse fácilmente un crecimiento óptimo de las plantas. Es evidente que el número de invernaderos 3 , no se limita a tres. Toda un área de varias hectáreas puede formarse de esta manera. El techo de los invernaderos no necesariamente tiene que consistir de solamente una serie de espejos 2. El techo de un solo invernadero 3 puede contener varias series de espejos 2; igualmente, también una serie de espejos 2 puede formar el techo de varios invernaderos 3. El colector 4-5 no necesariamente debe colocarse por arriba del espejo extremo 2. También más de un colector 4-5 puede erigirse por arriba de la serie de espejos 2. Los espejos 2 no necesariamente deben dirigirse en la dirección este/oeste. También pueden estar dirigidos con su dirección longitudinal hacia el norte/sur, en cuyo caso los espejos 2 que se utilizan para la producción de vapor siguen al sol en el curso del día. También en este caso, varios grupos de espejos 2 se hacen girar secuencialmente de manera que no reflejen nada de luz hacia el colector 4-5, y c que reflejen luz difusa hacia el invernadero 3.

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES ; 1. Un invernadero que comprende un fondo, paredes verticales opacas y aisladas y un techo plano que consiste de por lo menos una tira longitudinal, casi plana y opaca, el invernadero se caracteriza porque el techo plano es horizontal y consiste de varias tiras longitudinales formadas por espejos, los espejos están dirigidos en la dirección este/oeste y pueden girar alrededor de un eje de rotación dirigido en su dirección longitudinal y, por lo tanto, siguen el movimiento del sol de acuerdo a las estaciones, y pueden lograr que el lado superior del invernadero sea prácticamente hermético a la luz cuando los espejos girar a su posición horizontal o acostada, mediante lo cual se proporcionan medios para hacer girar estos espejos y dirigirlos hacia el sol y mediante lo cual estos espejos forman parte de un dispositivo para producir vapor, que comprende por lo menos un colector situado por arriba de los espejos y que comprende un tubo para fluido y un espejo para recolectar los rayos solares reflejados por los espejos y para reflejarlos hacia el tubo. 2. El invernadero según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio para hacer girar los espejos es un medio capaz de hacerlos girar en grupos de varios espejos. _ 3. El invernadero según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio para hacer girar los espejos es un medio capaz de hacerlos girar en forma individual . 3. El invernadero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los espejos pueden girar alrededor de un eje situado a la mitad de su anchura. 5. El invernadero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el lado inferior de los espejos refleja la luz de manera difusa . 6. El invernadero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es parte de un dispositivo para producir vapor que se utiliza en una turbina de vapor, para la producción de electricidad y/o un evaporador para desalinizar agua de mar. 7. El invernadero según la reivindicación 6, caracterizado porque se proporciona un tubo a través del cual fluye agua de enfriamiento y/o agua dulce producida para calentar el invernadero y/o para regar las plantas en el invernadero, por medio de aspersores conectados al tubo y/o para garantizar el nivel de humedad requerido en el invernadero. 8. El invernadero según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el medio para hacer girar los espejos de un invernadero se controlan por un dispositivo de control que, cuando hay poca radiación solar, hace girar a todos los espejos para quedar verticales, de manera que la luz sea reflejada al interior del invernadero mediante el lado de los espejos que refleja la luz en forma difusa, y cuando hay suficiente cantidad de radiación solar para la producción de vapor, los espejos son dirigidos hacia el sol y hacia el colector, y posiblemente un grupo secuencial de espejos también son puestos en posición vertical a manera de reflejar también la radiación solar de manera difusa hacia el interior del invernadero .