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 . Las regiones áridas constituyen aproximadamente un tercio de la superficie terrestre de la Tierra. La tecnología de invernadero de agua de mar tiene como objetivo mitigar problemas como la escasez mundial de agua , el pico de agua y la salinización del suelo. [1] El sistema utiliza agua de mar y energía solar , y tiene una estructura similar al invernadero de almohadillas y ventiladores, pero con evaporadores y condensadores adicionales. [1] El agua de mar se bombea al invernadero para crear un ambiente fresco y húmedo, las condiciones óptimas para el cultivo de cultivos templados. [1] El agua dulce se produce en un estado condensado creado por el principio de desalinización solar, que elimina la sal y las impurezas. [2] Finalmente, el aire humidificado restante se expulsa del invernadero y se utiliza para mejorar las condiciones de crecimiento de las plantas al aire libre.
El invernadero de agua de mar Ltd.
El concepto de invernadero de agua de mar fue investigado y desarrollado por primera vez en 1991 por la empresa de Charlie Paton, Light Works Ltd, que ahora se conoce como Seawater Greenhouse Ltd. Charlie Paton y Philip Davies trabajaron en el primer proyecto piloto que comenzó 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 de Tenerife cubriendo un área de 360 m 2 . [1] Los cultivos templados cultivados con éxito incluyeron tomates, espinacas, guisantes enanos, pimientos, alcachofas, judías verdes 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 ligera, similar a un invernadero de múltiples tramos, que se basa exclusivamente en 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. [3] El invernadero tiene una superficie de 864 m 2 y una producción diaria de agua de 1 m 3 , que casi satisface la demanda de riego del cultivo. [1]
El tercer invernadero piloto de agua de mar, de 864 m2 , está cerca de Mascate, en Omán, y produce entre 0,3 y 0,6 m3 de agua dulce al día. Este proyecto se creó como una colaboración con la Universidad Sultán Qaboos y ofrece 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, a partir de datos meteorológicos apropiados, predice y cuantifica con precisión el rendimiento del invernadero de agua de mar en otras partes del mundo. [4]
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 propiedad y administrado por Sundrop Farms , que lo ha desarrollado aún más. [3] [5]
El quinto diseño se construyó en 2017 en Berbera , Somalilandia. [6] Se investigó para que el diseño fuera simplificado y económico con técnicas avanzadas de modelado de invernaderos. Este diseño incluye un sistema de sombreado que conserva los elementos centrales de enfriamiento por evaporación. [6]
Proyecto Bosque del Sahara
El Proyecto Bosque del Sahara (SFP) combina la tecnología de invernaderos de agua de mar y energía solar concentrada y ha construido 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. [7] La capacidad de producción de energía solar a través de paneles fotovoltaicos produce 39 KW en el área de 3 hectáreas con 1350 m2 de área de cultivo. [8] Los invernaderos son 15 grados más fríos que las temperaturas exteriores, lo que permite la producción de hasta 130.000 kg de verduras por año y hasta 20.000 litros de agua dulce por día. [8] Además, el proyecto incluye la revegetación mediante la recuperación del suelo de plantas del desierto que fijan nitrógeno y eliminan sal mediante la reutilización de productos de desecho de la agricultura y la evaporación del agua salada. [8]
Un invernadero de agua de mar utiliza el entorno circundante para cultivar cultivos templados y producir agua dulce. Un invernadero convencional utiliza el calor solar para crear un entorno más cálido que permita una temperatura de crecimiento adecuada, mientras que el invernadero de agua de mar hace lo contrario, ya que crea un entorno más frío. El techo atrapa el calor infrarrojo, al tiempo que permite el paso de la luz visible para promover la fotosíntesis .
El diseño para enfriar el microclima consiste principalmente en un proceso de desalinización por humidificación y deshumidificación (HD) o humidificación de efecto múltiple . [9] Un invernadero de agua de mar simple consta de dos enfriadores evaporativos (evaporadores), un condensador, ventiladores, tuberías de agua de mar y agua destilada y cultivos entre los dos evaporadores. [10] Esto se muestra en las figuras esquemáticas 1 y 2.
El proceso recrea el ciclo hidrológico natural dentro de un entorno controlado del invernadero evaporando agua de una fuente de agua salada y recuperándola como agua dulce por condensación. [1] La primera parte del sistema utiliza agua de mar, un evaporador y un condensador. La pared frontal del invernadero consta de un evaporador humedecido con agua de mar que se enfrenta al viento predominante. Estos están constituidos principalmente por cartón corrugado que se muestra en la Figura 3. Si el viento no es lo suficientemente fuerte, los ventiladores soplan el aire exterior a través del evaporador hacia el invernadero. El aire cálido del ambiente intercambia el calor con el agua de mar que lo enfría y lo humedece. [10] [1] El aire frío y húmedo crea un entorno de crecimiento adecuado para los cultivos. El agua de mar enfriada por evaporación restante se recoge y se bombea al condensador como refrigerante. [1]
La segunda parte del sistema tiene otro evaporador. El agua de mar fluye desde el primer evaporador que la precalienta y luego fluye a través del colector solar térmico en el techo para calentarla lo suficiente antes de fluir al segundo evaporador. [10] El agua de mar, o refrigerante, fluye a través de un circuito que consta de evaporadores, tubería de calentamiento solar y condensador con una entrada de agua de mar y una salida de agua dulce. El agua dulce se produce por aire caliente y relativamente húmedo que puede producir suficiente agua destilada para riego. [10] 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.
La técnica es aplicable a sitios en regiones áridas cerca del mar. La distancia y la elevación desde el mar deben evaluarse considerando la energía requerida para bombear agua al sitio. Hay 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 Mar Rojo-Mar Muerto . [16] [17]
En 1996, Paton y Davies utilizaron el kit de herramientas Simulink bajo MATLAB para modelar la ventilación forzada del invernadero en Tenerife, Cabo Verde, Namibia y Omán. [18] El invernadero es asistido por el viento predominante, el enfriamiento por evaporación, 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. [18] Encontraron 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. [18]
En 2005, Paton y Davis evaluaron las opciones de diseño con modelado térmico utilizando el modelo de los Emiratos Árabes Unidos como base. [19] Estudiaron tres opciones: pantalla perforada, trayectoria de aire en forma de C y disposición de tuberías, para encontrar un mejor circuito de agua de mar para enfriar el ambiente y producir la mayor cantidad de agua dulce. El estudio encontró que una disposición 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. [19]
En 2018, Paton y Davis investigaron el uso de salmuera para enfriar y producir sal en invernaderos de agua de mar impulsados por el viento para diseñarlo y modelarlo. La salmuera eliminada por la desalinización del agua de mar puede perturbar el ecosistema, ya que se produce la misma cantidad de salmuera que de agua dulce. [5] Al utilizar el método de valorización de salmuera del 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. [5] Esta salmuera es el subproducto de la producción de agua dulce, pero también puede ser el ingrediente para hacer sal, convirtiéndola en un producto que se puede comercializar.
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. [5] No solo proporciona enfriamiento, sino que también alarga la columna de enfriamiento al contener la columna de aire frío del panel de enfriamiento por evaporación. [5]
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )Charlie Paton es fundador y director de Seawater Greenhouse. Estudió en la Central School of Art and Design de Londres y comenzó su carrera como diseñador de iluminación y creador de efectos especiales. Su fascinación por la luz y el crecimiento de las plantas dio origen al concepto de Seawater Greenhouse. Charlie fue reconocido como Diseñador Real para la Industria por la Royal Society of Arts, Manufactures and Commerce.
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