Invernadero de agua de mar - Seawater greenhouse

Un invernadero de agua de mar es una estructura de invernadero que permite el crecimiento de cultivos y la producción de agua dulce en regiones áridas que constituyen aproximadamente un tercio de la superficie terrestre. Esto en respuesta a la escasez mundial de agua y el pico de agua y el suelo que infecta la sal. El sistema utiliza agua de mar y energía solar . Utiliza una estructura similar al invernadero de almohadilla y ventilador, pero con evaporadores y condensadores adicionales. El agua de mar se bombea al invernadero para crear un ambiente fresco y húmedo, las condiciones óptimas para el cultivo de cultivos templados. El agua dulce se produce en un estado condensado creado por el principio de desalinización solar, que elimina la sal y las impurezas. Finalmente, el aire humidificado restante se expulsa del invernadero y se utiliza para mejorar las condiciones de crecimiento de las plantas al aire libre.

Proyectos

The Seawater Greenhouse Ltd

El concepto de invernadero de agua de mar fue investigado y desarrollado por primera vez en 1991 por la empresa Light Works Ltd de Charlie Paton, que ahora se conoce como Seawater Greenhouse Ltd. Charlie Paton y Philip Davies trabajaron en el primer proyecto piloto iniciado en 1992, en la isla canaria de Tenerife. . Se montó un prototipo de invernadero de agua de mar en el Reino Unido y se construyó en el sitio en Tenerife con una superficie de 360 ​​m2. Los cultivos templados que se cultivaron con éxito incluyeron tomates, espinacas, guisantes enanos, pimientos, alcachofas, frijoles y lechuga.

El segundo diseño piloto se instaló en 2000 en la costa de la isla Al-Aryam, Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos. El diseño es una estructura de acero ligero, similar a un túnel de polietileno de varios tramos, que depende exclusivamente de la energía solar. Se instala un conjunto de tuberías para mejorar el diseño del invernadero al disminuir la temperatura y aumentar la producción de agua dulce. El invernadero tiene una superficie de 864 m2 y tiene una producción de agua diaria de 1 m3, que casi cubre la demanda de riego del cultivo.

El tercer invernadero piloto de agua de mar, que tiene 864 m2, se encuentra cerca de Muscat en Omán y produce de 0,3 a 0,6 m3 de agua dulce por día. Este proyecto fue creado como una colaboración entre la Universidad Sultan Qaboos. Brinda la oportunidad de desarrollar un sector hortícola sostenible en la costa de Batinah. Estos proyectos han permitido la validación de un modelo de simulación termodinámica que, dados los datos meteorológicos adecuados, predice y cuantifica con precisión cómo se comportará el invernadero de agua de mar en otras partes del mundo.

El cuarto proyecto es la instalación comercial en Port Augusta, Australia, instalada en 2010. Actualmente es un invernadero de agua de mar de 20 hectáreas que pertenece y es administrado por Sundrop Farms, que lo ha desarrollado aún más.

El quinto diseño se construyó en 2017 en Berbera, Somalia. El diseño se investigó para simplificarlo y ser económico con técnicas avanzadas de modelado de invernaderos. Este diseño incluye un sistema de sombreado que retiene los elementos centrales de enfriamiento por evaporación.

Proyecto del bosque del Sahara

El Sahara Forest Project (SFP) combina la tecnología de invernadero de agua de mar y energía solar concentrada y construyó proyectos piloto en Jordania y Qatar. El invernadero de agua de mar evapora 50 m3 de agua de mar y recolecta 5 m3 de agua dulce por hectárea por día. La capacidad de producción de energía solar a través de paneles fotovoltaicos produce 39 KW en un área de 3 hectáreas con un área de cultivo de 1350 m2. Los invernaderos son 15 grados más fríos que las temperaturas exteriores, lo que permite producir hasta 130.000 kg de hortalizas al año y hasta 20.000 litros de agua dulce al día. Además, el proyecto incluye la revegetación mediante la recuperación del suelo de plantas del desierto que fijan nitrógeno y eliminan la sal mediante la reutilización de productos de desecho de la agricultura y la evaporación del agua salada.

Proceso

Un invernadero de agua de mar utiliza el entorno circundante para cultivar cultivos templados y producir agua dulce. El diseño para enfriar el microclima consiste principalmente en un proceso de desalinización de humidificación y deshumidificación (HD) o humidificación de efectos múltiples . Un invernadero de agua de mar simple consta de dos enfriadores evaporativos (evaporadores), un condensador, ventiladores, agua de mar y tuberías de agua destilada y cultivos entre los dos evaporadores. Esto se muestra en las figuras esquemáticas 1 y 2.

El proceso recrea el ciclo hidrológico natural dentro de un ambiente controlado del invernadero mediante la evaporación del agua de una fuente de agua salina y la recupera como agua dulce por condensación. La primera parte del sistema utiliza agua de mar, un evaporador y un condensador. La pared frontal del invernadero consiste en un evaporador mojado con agua de mar que se enfrenta al viento predominante. Estos están compuestos principalmente de cartón corrugado que se muestra en la Figura 3. Si el viento no es lo suficientemente frecuente, los ventiladores soplan el aire exterior a través del evaporador hacia el invernadero. El aire caliente del ambiente intercambia el calor con el agua de mar que lo enfría y lo humedece. El aire fresco y húmedo crea un entorno de crecimiento adecuado para los cultivos. El agua de mar restante enfriada por evaporación se recoge y se bombea al condensador como refrigerante.

Figura 3: Cartón de efecto invernadero de agua de mar

En los invernaderos convencionales, crea un ambiente más cálido proporcionado por la entrada de calor solar para permitir una temperatura de crecimiento adecuada, mientras que el invernadero de agua de mar hace lo contrario al crear un ambiente más fresco. El techo atrapa el calor infrarrojo, al tiempo que permite el paso de la luz visible para promover la fotosíntesis . La segunda parte del sistema tiene otro evaporador. El agua de mar fluye desde el primer evaporador que lo precalienta y luego fluye a través del colector solar térmico en el techo para calentarlo lo suficiente antes de fluir hacia el segundo evaporador. El agua de mar, o refrigerante, fluye a través de un circuito formado por los evaporadores, la tubería de calefacción solar y el condensador con una toma de agua de mar y una salida de agua dulce. El agua dulce es producida por aire caliente y con una humedad relativamente alta que puede producir suficiente agua destilada para riego. El volumen de agua dulce está determinado por la temperatura del aire, la humedad relativa, la radiación solar y la tasa de flujo de aire. Estas condiciones se pueden modelar con datos meteorológicos apropiados, lo que permite optimizar el diseño y el proceso para cualquier ubicación adecuada.

Aplicabilidad

La técnica es aplicable a sitios en regiones áridas cercanas al mar. La distancia y la elevación desde el mar deben evaluarse considerando la energía requerida para bombear agua al sitio. Existen numerosos lugares adecuados en las costas; otros están por debajo del nivel del mar, como el Mar Muerto y la Depresión de Qattara , donde se han propuesto esquemas hidroeléctricos para explotar la presión hidráulica para generar energía, por ejemplo, el Canal del Mar Rojo-Mar Muerto .

Estudios

En 1996, Paton y Davies utilizaron el kit de herramientas Simulink de MATLAB para modelar la ventilación forzada del invernadero en Tenerife, Cabo Verde, Namibia y Omán. El invernadero es asistido por el viento predominante, el enfriamiento evaporativo, la transpiración, el calentamiento solar, la transferencia de calor a través de las paredes y el techo y la condensación que se analiza en el estudio. Descubrieron que la cantidad de agua requerida por las plantas se reduce en un 80% y se necesitan 2.6-6.4 kWh de energía eléctrica por m3 de agua dulce producida.

En 2005, Paton y Davis evaluaron las opciones de diseño con modelado térmico utilizando el modelo de los Emiratos Árabes Unidos como base. Estudiaron tres opciones: pantalla perforada, trayectoria de aire en forma de C y conjunto de tuberías, para encontrar un mejor circuito de agua de mar para enfriar el medio ambiente y producir la mayor cantidad de agua dulce. El estudio encontró que una matriz de tuberías dio los mejores resultados: una disminución de la temperatura del aire de 1 ° C, una disminución de la temperatura radiante media de 7,5 ° C y un aumento de la producción de agua dulce del 63%. Esto se puede implementar para mejorar los invernaderos de agua de mar en regiones cálidas y áridas, como el segundo diseño piloto en los Emiratos Árabes Unidos.

En 2018, Paton y Davis investigaron la utilización de salmuera para enfriamiento y producción de sal en invernaderos de agua de mar impulsados ​​por el viento para diseñarla y modelarla. La salmuera eliminada por la desalinización del agua de mar puede perturbar el ecosistema, ya que se produce la misma cantidad de salmuera que el agua dulce. Al utilizar el método de valorización de salmuera de flujo de aire impulsado por el viento al enfriar el invernadero con evaporación de agua de mar, se puede producir sal como se muestra en la Figura 4. Esta salmuera es el subproducto de la producción de agua dulce, pero también puede ser el ingrediente para hacer sal, convirtiéndola en un producto comercializable.

Figura 4: concepto básico de invernadero de agua de mar para la utilización de salmuera.

Un hallazgo adicional de esta investigación fue la importancia de la red de sombra que está modelada por una película delgada en el estudio que se muestra en la Figura 5. No solo proporciona enfriamiento, sino que también alarga la columna de enfriamiento al contener la columna de aire frío de la evaporación. cojín de enfriamiento.

Figura 5: Modelo geométrico de la red de sombra para la determinación de la caída de presión que muestra (a) el sistema de coordenadas local y (b) los planos de simetría (líneas de puntos) utilizados para simplificar el modelado.

Ver también

Referencias

enlaces externos