INDICE DE MANUALES MILENIO

La granja – Cereales y tubérculos: https://unihummilenio1.blogspot.cl

Manual de horticultura: https://unihummilenio2.blogspot.cl

Manual de fruticultura: https://unihummilenio3.blogspot.cl 

Manual de algunas artesanías e industrias: https://unihummilenio4.blogspot.cl

Manual de deshidratación solar: https://unihummilenio5.blogspot.cl

Manual de algunas tecnologías mecánicas: https://unihummilenio6.blogspot.cl

 

MANUAL DE ALGUNAS TECNOLOGÍAS MECÁNICAS

 

CONTENIDO:

i. Sistema constructivo

ii. Invernaderos

iii. Riego

IV. Compost

V. Purificación del agua

VI. Cocina solar

VII. Molino de viento

VIII. Vela para impulsar vehículo o embarcación

 

I. SISTEMA CONSTRUCTIVO

A. RECICLAJE DE PLÁSTICO Y SISTEMA CONSTRUCTIVO DE PLÁSTICO

            Este Sistema Constructivo está dirigido a comunidades agrícolas y se fundamenta en las siguientes premisas:

1. Ruralización de la población y alta demanda de viviendas rurales.

2. Sistema de transportes de productos y personas muy degradado.

3. Desindustrialización aguda del país y escasa oferta de productos industriales para la construcción, pero amplia disponibilidad de recursos de materiales reciclables.

4. Sobreabundancia de basura plástica que puede reciclarse, en especial HDPE.

5. Nulo suministro eléctrico y de combustibles industrializados; solo leña.

6. El aire estanco es el mejor aislante térmico-acústico.

            Los seres humanos somos la única especie animal que necesita y puede fabricar cobijo y vestimenta. Un cobijo es una vivienda, que es el hogar que una familia habita, y es también el espacio donde un ser humano estudia, trabaja y se entretiene. Este espacio debe estar protegido de un medio agresivo de frío, calor, oscuridad, luminosidad, radiación solar, viento, lluvia, nieve, humedad, fuego, terremotos, inundaciones, animales silvestres, insectos, microorganismos, ruidos, impactos. Las soluciones primitivas usaban palos, barro y paja. Las soluciones industriales han utilizado madera, concreto, fierro, yeso, ladrillos, tejas cocidas, planchas onduladas de acero galvanizado, aislantes de masa, cerámicas, pintura, etc.

            La solución constructiva de este sistema está diseñada para utilizar los materiales según las premisas expuestas. Es ecológica por dos razones: todo su perímetro en sus 6 caras tiene máxima aislación, incluido el piso, y utiliza plástico reciclado; es definitiva, porque sus dos componentes, plástico y estructura, tienen una muy larga vida útil; es accesible porque, se puede construir casas a un costo muy bajo: plástico y estructura reciclados.

            Las viviendas se basan en un sistema constructivo compuesto por una estructura metálica, de madera, troncos o plástica y por paneles y techo aislantes de plástico. Ambos componentes se complementan entre sí para conferir una excelente resistencia mecánica y térmica-acústica. Lo central es que primero se construye la estructura y ésta se cubre con placas o planchas de plástico por el exterior y el interior; el espacio que queda estanco entre ambas cubiertas es un aislante óptimo. Este sistema constructivo se puede usar en viviendas, escuelas, galpones, bodegas y cobertizos.

B. AISLACIÓN TÉRMICA-ACÚSTICA

            Este sistema constructivo tiene como punto de partida el hecho de que el aire estanco es el mejor aislante térmico-acústico de la naturaleza, lo que evita el uso de otro tipo de aislante. Su conductividad térmica (λ) es 0,02 W/(K·m), siendo incluso menor que la del poliestireno expandido, que es igual a 0,024 W/(K·m). Uno de los problemas de todo tipo de construcción, en especial la de material sólido, es la mala aislación térmica y también acústica, pues los materiales utilizados tienen buena conductividad térmica-acústica. La conductividad térmica es la capacidad de una sustancia para transmitir calor.

1. Coeficiente de conductividad térmica, λ, en kcal m/m² h ºC de distintos materiales.

Aire:                                        0,02

Poliestireno expandido:            0,03

Lana mineral:                            0,04

Mampostería:                           0,8

Hormigón:                                1,2

2. Comparación  de la aislación térmica entre una casa construida con materiales tradicionales, como hormigón, ladrillos, tejas, y una casa Habitar. No se consideraron puertas y ventanas, pues existe la posibilidad de construirlas con similar aislación.

Se usará la ecuación: kcal=λ m² h ºC/m

Donde:

ºC: 10º

h: 1 m

Pérdida de calorías en la casa tradicional.

Parte de casa                  Perímetro envolvente, m²   Espesor, m   Pérdida, kcal/h

Piso hormigón                                 52                              0,15               4.160

Paredes mampostería                     74                              0,1                 5.920

Techumbre lana mineral                 53                               0,025                848

Total                                                                                                       10.928

Pérdida de calorías en casa 

Parte de casa           Perímetro envolvente, m²    Espesor, m    Pérdida, kcal/h

Piso poliestireno                         52                            0,05                  312

Paredes aire                               74                            0,05                  296

Techumbre aire                          53                            0,05                  212

Cubierta estructura                  3,25                           0,006              1.029

Total                                                                                                1.849

            Se puede concluir que la casa de ete sistema constructivo tiene (10.928/1.849 =) 5,9 veces mejor aislación térmica que una casa tradicional.

C. PLÁSTICO RECICLADO

            El plástico reciclado es una forma de aliviar la carga de desechos generada por el mundo industrializado al ser retirada del medio ambiente y transformada en algo útil. Se usa plástico rígido. Éste representa una excelente solución constructiva para encapsular el aire de aislación y servir de constituyente de tanto paredes y tabiques como de techumbre (techo y cielo) y suelo. Es un material que tiene una duración indefinida si contiene bloqueadores, absorbentes y estabilizadores de la radiación UVC, es química y biológicamente estable, impermeable, mecánicamente resistente, autoextinguible, lavable, aislante, liviano, con excelente terminación y presentación, pues no requiere pintar.

            Existen varios tipos de plásticos rígidos: HDPE (polietileno de alta densidad), PA-6 (nylon), PP (polipropileno), ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) y PVC (cloruro de polivinilo). El ABS tiene menor resistencia a la radiación UV, por lo que su uso debe limitarse para el interior de la vivienda. El PA-6 es el menos abundante a pesar de su buena resistencia mecánica. En consecuencia, se analizó el PP y el PVC. Por su rigidez, capacidad para resistir la radiación UV y principalmente por la rigidez, existen dos termoplásticos posibles de ser usado: PP y PVC. El PET podría emplearse en paneles traslúcidos. El resistente panel alveolar sirve igualmente para paredes, tabiques y techumbre. Cuando el panel es usado como techumbre, reemplaza las tejas, el entretecho, el aislante térmico y el cielo raso de una construcción tradicional. Puesto que todo el conjunto es liviano, la estructura soportante no requiere ser tan fuerte.

            Tanto el HDPE como el PP no se pueden pegar con nada que no sea por termofusión. Por tanto, este sistema constructivo requiere fijaciones: clavos, tornillos, tarugos, etc.

Existen muchas variedades de plásticos. Los más abundantes son:

CUADRO - DATOS TÉCNICOS DE PLÁSTICOS

PROP./TIPO                             HDPE         PA-6          PP          ABS          PVC

Coeficiente de tracción σtn,        150            80            125           47             600

kg/cm²

Peso específico pe, g/cm³          0,95          1,14           0,91        1,05           1,45

Absorción humedad, %             poca          2,5-4          0,03         0,3            poca

Dureza Shore                               73             82            71-74                          80

Punto de fusión, ºC                  160-170       220            175          220           212

Punto degradación, ºC                414                                                              260

Conductividad térmica, W/(m K) 0,22          0,28           0,21         0,21          0,22

Coef. dilatación lineal, 10·6K·l    150                             180           80

Resistencia al calor continuo, ºC-40/100   -40/90       -40/120        /95         -30/75

Efecto UV                                aceptable       sí          aceptable   baja       aceptable

Propagación llama, autoextingible   sí           sí       combustible                     sí

Alargamiento a tracción, %      100–600      >30            >50

D. PROCESO ARTESANAL DE PRODUCCIÓN DE ELEMENTOS DE PLÁSTICO RECUPERADO

1. Recolección y acopio.

2. Compactación y transporte.

3. Lavado y selección por tipo de plástico mediante la flotación.

4. Picado: el material es reducido de tamaño hasta ser fragmentado en partes pequeñas o chips de tamaño similar, de modo de facilitar su manejo y proceso posterior.  El diseño que se incluye es un ejemplo de máquina trituradora manual que puede ser construida y empleada.

1. LA LAVADORA Y SEPARADORA (3)

            Sirve para eliminar comida, papel, piedras, polvo, aceite, solventes, pegamento, etc. adheridas al plástico usado. Si la suciedad fuera mayor, se puede usar sosa cáustica. La sosa cáustica puede fabricarse con las cenizas del horno que se adicionan a agua destilada (agua de lluvia) en un recipiente plástico. También sirve para separar los distintos tipos de plásticos por flotación. El HDPE y el PP son más livianos que el agua; el punto de fusión del HDPE es de 110º-115ºC, en cambio el del PP es de 170º-175ºC. Adicionalmente se puede seleccionar por colores. El siguiente diseño es simple de construir.

            Ubicar un estanque de asbesto-cemento de 500 a 1000 litros de capacidad y colocarlo sobre una tarima baja. Instalarle un desagüe, que puede ser una manguera, cuyo extremo libre puede sujetarse al borde del estanque para mantenerlo lleno. Fabricar de madera una rueda de 4 paletas de un ancho algo menor que la altura del estanque. Montarlo verticalmente en un montaje de quita-y-pon que pueda sujetarse al estante al tiempo que la rueda de paletas pueda girar libremente dentro del estanque. El eje, de acero, debe terminar en una manivela para hacer girar la rueda de paletas. Llenar el estanque y cargarlo parcialmente con pedazos de plástico recuperado. Lavar pedazos. Los trozos pueden ser extraídos con una rejilla. Separar los trozos que floten de los que se hunden. Enjuagarlos y secarlos al sol.

2. EL PELLETIZADOR MANUAL (4)

a) El cortador al cizalle

1º En cartón o cartulina, dibuje un círculo de unos 10 cm de radio. Recorte el círculo y corte horizontalmente a través del diámetro. Desplace la mitad superior a la derecha 5 cm y pegue ambas mitades de círculo. En el centro, vacíe un cuadrado de 6 cm de lado. Corte las dos caras descubiertas del diámetro en 30º a partir de la unión de las dos mitades.

2º Para realizar el “cortador al cizalle”, aplique la figura del 1º como plantilla sobre una tabla de madera dura de 1” de espesor y dibuje su silueta. Hacer lo mismo cuatro veces más. En dos de los cortadores al cizalle gire la figura del cuadrado de la plantilla en 45º.Con herramientas de carpintería, obtener los cuatro cortadores de cizalle perfectamente rectos, pulidos y lijados de un espesor uniforme de 25 mm.

3º De una platina de ¼” x 1” corte 8 piezas y límelas a 50 mm de largo x 25 mm de ancho, dejando los cantos vivos. Fijar  mediante tornillos una platina a cada cara de las dos caras descubiertas en ángulo de los cortadores de cizalle de la pieza de madera. Hacer lo mismo en las otras tres piezas adicionales.

b) La caja del Pelletizador manual

1º Confeccionar cinco “piezas separadoras” rectangulares de 25 cm x 25,6 cm de la tabla de madera dura de 1” de espesor. Recortar un rectángulo de 5 cm x 25,6 cm de la esquina superior izquierda de cada pieza separadora. Extraer un círculo de 6 cm de radio con centro a 13,1 cm del extremo izquierdo y a 12,5 cm del borde superior. Asegurarse que todos los planos queden rectos, pulidos y lijados.

2º De la platina de ¼” x 1”, cortar cinco piezas de 50 mm x 25 mm y fijarlas mediante tornillos en los “planos horizontales rebajados” en el sacado rectangular de la pieza separadora, procurando que las piezas de acero estén limadas con canto vivo.

3º Confeccionar 6 “discos” de 6 cm de radio de la tabla de madera dura de 1” de espesor. En el centro del disco, extraer un cuadrado de 30 mm de lado cuyo centro coincida con el centro del disco. Asegurarse que todos los planos queden rectos, pulidos y lijados.

4º De la platina de ¼” x 1”, cortar cuatro piezas de 50 mm x 25 mm y fijar mediante tornillos a la “tapa lateral izquierda” en los espacios entre las piezas separadoras, haciendo coincidir sus extremos superiores con los planos horizontales rebajados, incluidos la platinas.

5º Confeccionar dos “tapas laterales” de 25 cm x 27,5 cm de la tabla madera dura de 1” de espesor. Asegurarse que todos los planos queden rectos, pulidos y lijados.

6º Confeccionar una “tapa posterior” de 25 cm x 25,6 cm de la tabla madera dura de 1” de espesor. Perforar un círculo de 26,7 mm de diámetro con centro a 13,1 cm del extremo izquierdo y a 12,5 cm del borde superior. Asegurarse que todos los planos queden rectos, pulidos y lijados.

7º Confeccionar una “tapa anterior” de 25 cm x 25,6 cm de la tabla madera dura de 1” de espesor. Extraer un círculo de 6 cm de radio con centro a 13,1 cm del extremo izquierdo y a 12,5 cm del borde superior. Asegurarse que todos los planos queden rectos, pulidos y lijados.

8º Confeccionar una “tapa superior” de 27,5 cm x 21,5 cm de la tabla madera dura de 1” de espesor. Asegurarse que todos los planos queden rectos, pulidos y lijados.

9º Confeccionar una “tapa inferior” de 27,5 cm x 15 cm de la tabla madera dura de 1” de espesor. Asegurarse que todos los planos queden rectos, pulidos y lijados.

c) El eje

            Procurarse un trozo de 30 cm de tubo acero cuadrado 30 mm x 2 mm. Insertarle a presión en un extremo un trozo de cañería redonda ¾ de 26.67 mm de diámetro y remacharlo, dejando al menos 6 cm fuera del tubo. Perforar al diámetro de un pasador a 35 mm del extremo, de modo que, incluyendo una golilla, el tramo desde la golilla hasta el tubo cuadrado mida 25 mm.

d) La manivela

            Confeccionar una “manivela” de 50cm x 6 cm x 2,5 cm de la tabla madera dura de 1” de espesor. A 5 cm de un extremo y al centro, efectuar un cuadrado de 30 mm de lado. A 5 cm del otro extremo, efectuar una perforación de 26,67 mm de diámetro para insertarle a presión un trozo de cañería de 1” x 12 cm. A este trozo puede insertase un trozo de tubo cuadrado de 30 mm x 30 mm para que pueda girar libremente, asegurándolo mediante pasadores.

e) El armado

i) Asegurarse que “discos” giren suavemente en “separadores”; que tubo cuadrado 30 x 30 mm entre suavemente en “cortadores de cizalle” y “discos”, y

ii) Ordenar desde la golilla hasta el extremo anterior del eje las siguientes piezas:

1º tapa posterior

2º disco + separador

3º cortador de cizalle

4º disco + separador

5º cortador de cizalle desplazado 45º respecto al anterior cortador de cizalle

6º disco + separador

7º cortador de cizalle desplazado 45º respecto al anterior cortador de cizalle

8º disco + separador

9º cortador de cizalle desplazado 45º respecto al anterior cortador de cizalle

10º disco + separador

11º disco + tapa lateral anterior

12º golilla + pasador

13º manivela asegurada mediante pasador al eje

iv) Atornillar firmemente las “tapas laterales” a “tapas anterior y posterior” y los “separadores”.

v) Atornillar firmemente la “tapa superior” y la “tapa inferior” a las “tapas laterales” y los “separadores”

3. FABRICACIÓN ARTESANAL DE TABLEROS, TABLAS Y TABLONES

a) Horno de leña

            Un horno de leña tiene los siguientes componentes: un hogar, el horno mismo y la chimenea. Se debe evitar los ángulos rectos y se debe favorecer las curvas para no entorpecer el flujo del aire

1º El hogar es el lugar donde está el fuego, es un espacio que se extiende horizontalmente de una extensión equivalente al ancho del horno, e. d., alrededor de 100 cm. Su altura del piso al techo es de al menos 60 cm y su ancho es de 30-35 cm. En el hogar se distingue: el cenicero ubicado inmediatamente sobre el suelo y la parrilla donde se coloca la leña encendida. La parrilla debe ir a 20 cm sobre el suelo. El hogar está abierto por un lado al exterior para que el aire ingrese por debajo de la parilla y sea posible cargar la parrilla con leña y controlar el fuego; se comunica por el lado contrario y hacia arriba al horno mediando una pared llamada parafuego. La pared del parafuego continúa hacia arriba en un muro reflector cuya altura es variable y se fija cuando se consigue  la posición ideal para permitir la combustión, el adecuado tiro y la temperatura deseada. La temperatura del horno depende también de la cantidad de leña que se queme. El hogar está a un nivel menor que el horno.

2º El horno es el espacio donde ingresa la bandeja para fundir el plástico y confeccionar las placas, siendo algo más amplio que ésta. Para este caso el horno es de tiro descendente o invertido. Puede construirse de bastidores metálicos forrados en ambas caras por láminas metálicas selladas herméticamente a los bastidores. El espacio que queda entre las láminas encierra aire estanco, que es el mejor aislante térmico, exceptuando el vacío. Según la operación de estar ingresando y sacando bandejas alternadamente, es aconsejable que el horno tenga sendas puertas herméticas en ambos lados, de modo que siempre habrá una bandeja en el horno mientras otra bandeja está afuera siendo descargada de la placa para luego ser cargada con pellets. Las bandejas se deslizan hacia adentro o hacia afuera mediante ruedas sobre rieles. La cubierta superior del horno es llamada bóveda; contiene al menos un par de vigas de puente, contra las cuales se presionan las tapas de las bandejas mediante gatas hidráulicas ubicadas bajo el horno y que presionan las bandejas a través de un piso aislante. Calcular la cantidad de gatas necesarias teniendo en cuenta no deformar las bandejas. Ver las bandejas más adelante. El flujo sigue su trayectoria hacia el extremo del horno, pasando por el canal de flujo que comunica por la parte inferior y en toda su anchura del horno con la chimenea, donde en su base se ubica un termómetro que registre la temperatura, entre 100º y 300ºC.

3º La chimenea da tiro a la combustión de la leña. Su largo es algo menos que el ancho del horno, su ancho es de pocos centímetro y su altura “H”, en cm, se calcula en función del tiro vertical “TV”, que es la altura del horno, en cm, y el tiro horizontal “TH”, que es el largo del horno, en cm, según la fórmula:

H = 3 TV + TH / 3

b) Fabricación de tableros y tablas

            Para la fabricación de tablero y tablas se usan bandejas. Éstas son planchas de acero de un espesor de 10 a 20 mm. Su superficie corresponde al tamaño que se desee confeccionar los tableros y puede ser desde 1 m² ó más, dependiendo de las planchas de acero que se puedan conseguir. Tienen un reborde de platina y un tope del espesor del tablero que se desea fabricar. Incluyen vigas de refuerzo para darle mayor resistencia. Están montadas sobre ruedas metálicas que pueden deslizarse sobre rieles. Tienen tapas de plancha similar con vigas de refuerzo que sirven para presionar el material plástico del tablero. Antes de cargarlas y que entren en contacto con el material plástico se esparce desmoldante (polvo talco o aceite) sobre ambas planchas. Se cargan uniformemente con pellets de plástico del mismo tipo según el espesor de la plancha que se desee obtener. El espesor requerido para el tablero se obtiene multiplicando el peso específico del plástico por el peso del material de plástico a usar, dividido por el área de la bandeja metálica. El espesor conveniente para las paredes y techos es de 3 mm. Ajustar la tapa y deslizarla al horno. Allí, esperar hasta que el material plástico se caliente y haya alcanzado buena viscosidad, entonces presionar la bandeja contra la tapa mediante gatas hidráulicas. A continuación, soltar la presión dre las gatas y deslizar el conjunto hacia afuera. Enfriarlo con agua. Recortar los rebordes cuando aún están calientes. Sacar la tapa y desmoldar la plancha confeccionada. El piso puede hacerse de 10 mm de espesor o más. Puede fabricarse como tablas que pueden obtenerse insertando láminas de acero divisorias. Se le puede agregar aserrín o chips de madera.

c) Fabricación de postes y vigas

1º Para pilares, usar como moldes perfiles de acero cuadrados 50x50 mm, 75x75 mm, 100x100 mm de sección. Para vigas, usar perfiles de acero rectangulares 150x50 mm, 100x50 mm, 80x40 mm de sección. El largo puede ser hasta 3,5 m.

2º Ubicar el tubo de acero, en forma oblicua, dentro de un horno a leña, con sus extremos con tapas extraíbles.

3º Usar desmoldante en el interior del tubo antes de llenarlo con material plástico de un solo tipo, taponando con un émbolo apropiado y rellenando sucesivamente.  

4º Después de alcanzar la temperatura adecuada, retirar el tubo del horno, presionando en caliente por uno de sus extremos mediante un pistón de madera de la forma interior del tubo. Enfriar en un estanque con agua.

5º La contracción del plástico al ser enfriado es mayor que la del acero, por lo que el producto podrá ser sacado de tubo sin gran esfuerzo, sujetando el tubo y haciendo presión con un émbolo.

5. CONSTRUCCIÓN

1. Calcular las fuerzas y las resistencias de la estructura según el material disponible: madera, acero, troncos o plástico. Calcular las vigas del techo para resistir el peso de al menos una persona.

2. Determinar si el terreno es o no plano e inundable para construir la casa directamente sobre el suelo o sobre pilotes. Por lo liviano de la construcción, no se requiere cimientos.

3. El piso (de tablones de madera plástica) necesita ser instalado sobre vigas para que quede aislado del suelo. Si las vigas se montan sobre pilotes, deben cubrirse por su parte inferior con tablero plástico.

4. Construir la estructura en base a pilares, vigas, diagonales, techumbre.

5. Hacer la instalación de cables y tuberías.

6. Cubrir ambas partes de paredes con tableros plásticos que se fijan a la estructura mediantes clavos, tornillos, tarugos, alambre, pegamento, calor, etc.

7. Unir térmicamente los bordes de tableros adyacentes, insertando una hoja metálica caliente entre ambos, retirándola y pegando ambos bordes.

8. Entre el techo y el cielo, el aire debe quedar estanco.

9. Los tableros deben tener por lo general buen acabado y de un color homogéneo, por lo que no requieren ser pintados, ni como modo de protección.

10. Los tableros del techo deben cubrirse para impedir su degradación a causa de los rayos UV.

11. Las puertas pueden ser construidas a partir de un bastidor que se cubre en ambas caras por tableros. Así tendrá excelente aislación.

12. Las ventanas pueden ser construidas a partir de un bastidor que se cubre en ambas caras por tableros transparentes de PEX reciclado.

13. Los muebles pueden ser construidos de tableros y tablas de plástico.

 

II. INVERNADEROS

            Un invernadero es un conjunto formado por una estructura ligera y una cubierta transparente que permite la protección y/o el crecimien­to de las plantas mediante el uso de la energía solar y la defensa contra el frío y otras condiciones climáticas adversas.

A. EL CONTROL CLIMÁTICO

               Un invernadero está destinado a superar la limitante impuesta por las condiciones climá­ticas. Un invernadero tiene la función de controlar ciertos facto­res climáticos y también biológicos que adecuan su medio interno para cultivar en forma independiente de las condiciones ambientales externas. Estos factores son los siguientes:

1. La temperatura del aire.

2. La temperatura del suelo.

3. La humedad relativa.

4. El porcentaje de CO₂.

5. La iluminación.

6. El viento.

7. La lluvia.

8. Las plagas.

               El calor acelera los procesos biológicos y bioquímicos, mientras que el frío produce paro vegetativo en el cultivo, siéndole letal cuando la temperatura baja a menos de 4° C, para el caso del pepino, y hasta -6° C, para el caso de la rosa. En las horas diurnas, la temperatura interna más bien alta hará que el cultivo se desarrolle más rápidamente y sea más precoz.

               La humedad relativa debe mantenerse por sobre 55-60% para que la planta no cierre sus estomas, pero no tanto que le produz­ca enfermedades.

 

               La cantidad de CO₂ debe mantenerse a los niveles normales de la atmósfera, esto es, de 300 ppm. En un invernadero puede llegar a 500 ppm en la noche, pero, si se mantiene cerrado, puede bajar a 200 ppm al mediodía. Sin embargo, con este bajo grado de con­centración, la formación de materia vegetal puede reducirse a la mitad, por lo que la ventilación diurna debe cambiar el aire con un mínimo de 2 renovaciones por hora.

La iluminación diurna es vital para un cultivo, aunque éste llegue a aprovechar tan sólo el 3% de la energía solar incidente a través de la fotosíntesis. La clorofila utiliza radiación de 600-690 nm (rojo-naranja) y de 430-500 nm (azul-violeta).

               Además, dentro de un invernadero hay ausencia de viento, lo que favorece el crecimiento de la planta y la correcta formación y desarrollo de sus frutos.

               Por último, el control de plagas es más fácil en un inverna­dero que fuera de éste tanto porque la cubierta protege al culti­vo del ataque de plagas como porque los plaguicidas rinden mejor dentro de un medio cerrado.

               De este modo, mediante el control de los factores anotados se consigue una estabilidad y una productividad muy alta, y se logra cultivar la misma superficie más de una vez por año. Las diferencias de rendimiento debido a condiciones meteorológicas entre un año y otro son mínimas, y gracias al aprovechamiento de la energía solar y del control climático interno se obtienen productos de alta calidad, de calidad constante, con mínimas pérdidas debido a rechazo y de altos rendimientos.

B. EL INVERNADERO ES UNA TECNOLOGÍA VENTAJOSA

               Sin duda, el factor más importante en todo cultivo forzado es el control de la temperatura. En un invernadero el control de la temperatura es hacia ambos extremos: impedir que disminuya por debajo de un mínimo y que aumente por sobre un máximo. Esto permite el cultivo en zonas con condiciones más desfa­vorables y sin un consumo de combustibles. En un invernadero templado una mayor temperatura de noche se obtiene limitando pérdidas del calor acumulado en el día por convección del aire interno y por trasmisión infrarroja al medio externo. Para eliminar la pérdida de calor por convección el invernadero debe permanecer hermético durante la noche. Para limitar la pérdida por trasmisión la cubierta del invernadero debe tener un máximo de opacidad a la radiación infrarroja, manteniendo la transparencia a la radiación luminosa.

                Los restantes factores se regulan en forma de la siguiente manera: Una humedad relativa alta se consigue regulando la ventilación y el riego. Un porcen­taje apropiado de CO₂ se logra mediante la ventilación natural diurna. Una iluminación apropiada en las longitudes de onda demandadas por la fotosíntesis se obtiene utilizando cubiertas que permiten el paso de esa radiación lumínica. Las condiciones externas de viento son detenidas por la cubierta, la que, junto con la es­tructura, deben estar diseñadas para resistir la fuerza de los tempo­rales de invierno.

               Un invernadero permite incorporar superficies agrícolas con mayores desventajas climáticas al cultivo, cultivar especies más delicadas a los rigores físicos de condiciones externas desfavorables y acelerar el cultivo. En un invernadero se puede cultivar en climas menos favorables y con heladas nocturnas.

C. ANTECEDENTES TÉCNICOS DEL INVERNADERO

               En el invernadero la técnica para conservar la temperatura que acumula en el día radica en limitar la pérdida de energía durante la noche, y así mantener una temperatura nocturna de 10-16° C. La energía se pierde por su transmisión al medio exter­no vía convección, radiación y conducción. Un buen diseño de invernadero templado consigue limitar con eficiencia la pérdida de energía por convec­ción, impidiendo que el aire interno, más caliente, escape hacia afuera, lo que se logra cerrando herméticamente las ventilaciones y accesos. También el diseño debe limitar en gran medida la pérdida de su calor interno por radiación infrarroja a través de la cubierta. Por último, el diseño tiene por objeto impedir en gran medida la pérdida de la energía interna por conducción. Ocasionalmente deberá recurrirse a refuerzo de energía mediante calefacción artificial mediante estu­fas, como sería el caso cuando se producen heladas.

               En un invernadero se debe controlar la temperatura de las horas diurnas para que ésta no aumente en muchos grados por sobre la temperatu­ra externa del verano. La técnica para mantener la temperatura a niveles razonables, con diferenciales de < 3° C, es logrando una buena ventilación. La ventilación en invernadero debe conseguir hasta 40 renovaciones de aire por hora.

               Como parte del buen diseño, el invernadero debe disponer de un sistema que impida que el aire frío matinal ingrese pegando directamente sobre el cultivo.

               Si la cubierta del invernadero juega un papel muy importan­te, no lo es menos el que juega su estructura. La estructura de invernadero debe tener las siguientes características:

● Debe ser fácilmente armable y desarmable, lo cual permite su empleo por muchos años. Usualmente, el suelo se aplasta y se agota al cabo de cuatro años de cultivarse, lo que obliga a reconstruir el invernadero en otro emplazamiento.

● Si la estructura es metálica, sus piezas deben ser galvanizadas o al menos tener un tratamiento de cincado "amarillo".

● Si la estructura fuera de madera, sus piezas de madera deben ser tratadas con CCA para una alta resis­tencia a la humedad y no deben ser enterradas en el suelo húmedo.

● Debe calcularse su resistencia para los vientos más fuertes del lugar.

D. RENDIMIENTOS

               El rendimiento en invernadero de hortalizas es de 5 kg masa verde/m² por corte en invierno, siendo posible 3-4 cortes por temporada. Los cultivos pueden cultivarse fuera de temporada o pueden anticiparse al tiempo de cosecha sin invernadero.

RENDIMIENTO ESTIMATIVO POR HECTÁREA DE CULTIVOS AL AIRE LIBRE Y EN INVERNADERO.

ESPECIE        AL AIRE LIBRE     EN INVERNADERO     %INCREMENTO

Melón                 20000 u                   40000 u                           100

Pimiento                   25 tm                       45 tm                           80

Poroto verde           6,5 tm                         9 tm -------------- --------40

Tomate                    60 tm                      120 tm                         100

E. ESTRUCTURAS

1. TIPOS

a) Según el régimen térmico

i) Invernadero frío. Temperatura nocturna = 2-10°C.

ii) Invernadero templado.  Temperatura nocturna = 10-16°C.

iii) Invernadero caliente.  Temperatura nocturna = 16-20°C.

b) Según el material de la cubierta

i) Vidrio.

ii) Plástico en placas: poliéster, policarbonato, polimetacrilato.

iii) Plástico en películas o films: polietileno (PE), cloruro de polivinilo (PVC), etileno vinilo de acetato (EVA).

c) Según la forma

i) Capilla (una o dos aguas).

ii) Curvo (semicilíndrico).

iii) Parral.

iv) Invernaderos especiales: hinchables, torre.

d) Según el material de la estructura

i) Madera.

ii) Acero.

iii) Hormigón.

iv) Aluminio.

v) Mixto.

2. DEFINICIONES

Definición de invernadero: 2 a 3 m³ aire/m² superficie

Definición de túnel: ancho = 0,4 a 0,6 m por altura = 0,5 a 1,5 m

Definición de invernadero artesanal: < 1000 m²

Definición de invernadero industrial: > 1000 m²

Altura en cumbrera: 2,5 a 3 m

Altura en alero: 1,6 a 1,8 m

Distancia entre pilares: 2,5 a 3 m, arriostrados longitudinalmente.

3. PROTECCIÓN DE LA ESTRUCTURA CONTRA HUMEDAD

a) Tratamiento de la madera

Dinitrofenol.

Arseniato sódico.

Fluoruro de sodio.

CCA (Cobre-cromo-arsénico).

b) Tratamiento del acero

Se requiere que sea galvanizado en caliente o electrolítico amarillo.

4. TECHUMBRES

TIPO                   VENTAJAS                             INCONVENIENTES

Asimétricas         Gran iluminación                    Gran altura

Nß65º  25ºà      Fácil desplazamiento de        Mayor precio

                            lluvia y nieve                           Mucha acción del viento

Simétricas           Menor precio                           Menor iluminación.

25º a 35º             Fácil desplazamiento lluvia     Difícil desplazamiento de

(mínimo 20º)       Poca acción del viento            la nieve

Circular y            Gran iluminación                      Empleo de estructuras

Semicircular        Fácil desplazamiento lluvia

                            Menor precio

                            Nula acción del viento

Elíptica                Gran iluminación                     Difícil desplazamiento de

                            Fácil desplazamiento lluvia     la nieve

                            Menor precio                           Empleo estructura de fierro.

                            Poca acción del viento

Simétricas           Intensa iluminación                 No aptas para lluvia y nieve

Planas                 Nula acción del viento.

5. INVERNADEROS TIPO CAPILLA

Techumbre: Malla tendida de alambre doble entramado.

Cubierta: film 0,1 a 0,2 mm por 3,2 a 10 m.

Espesor varía con clima: más frío, más grueso.

Ventilación aconsejable en invernadero: >30% de superficie ventilada por superficie de invernadero

a) Madera tipo canario

Diámetro postes: < 12 a 14 cm (conicidad < 1%)

Tratamiento a postes: descortezado-quemado-impregnado en gas-oil.

Pendiente terreno < 1-2%

Disposición de postes: 3 x 5 m cuadrada

Hoyo de poste: 40-50 cm profundidad.; sección cuadrangular 40 cm/lado

Colocar piedra al fondo y rellenar con hormigón dejando bordillo sobresaliente de 15 cm

Altura total puntales laterales: 3 m (incl. 0,5 m que se entierra)

Altura total de puntales cumbrera: 4 m (id.)

Grosor plástico: 0,1 a 0,15 mm (más si se utiliza en zonas frías)

Si hay vientos fuertes colocar mallas de alambre por arriba y abajo

b) Metálica tipo canario

Postes: cañería fe galv. 1"x 6 m (2 kg/m)

Nervios: cañería fe galv. 1/2"

Traslapo: 10 cm

Disposición de postes: 3 x 3 m cuadrada

Altura postes cumbrera: 2,6 m

Altura postes laterales: 2 m

Ancho total: 12 m

c) Mixta tipo canario

Base cuadrangular 12x42 m con disposición pilares 3x3”

Listones madera 3x5"

e) Metálica tipo almería

Se distingue del canario en que la lámina de PE se sujeta en el techo por medio de una red tejida de alambre.

Malla superior:

cuadriculas de 2x2 m alambre N° 20 (4,4 mm diam)

cuadrículas de 0,25x0,25 m alambre N° 13 (2 mm)

Malla inferior:

cuadrículas de 2x2 m alambre N° 20

cuadrículas de 0,5x0,5 m alambre N° 13

Cosido de intersecciones: alambre N° 20 (1,3 mm diám)

e)  Palo y alambre tipo parral

Malla superior:

cuadrículas de 1x1 m alambre N° 20

cuadrículas de 0,25x0,25 alambre N° 13

Malla inferior: cuadrículas de 1x1 m alambre N° 20

cuadrículas de 0,5x0,5 m alambre N° 13

f) Resistencias

i) Coeficientes de tracción

● Acero = 3000 kg/cm²

● PEBD = 160 kg/cm²

● Pino = 100 kg/cm²

ii) Cargas

● Peso de la estructura y cubierta: 10 kg/m²

● Peso de productos: 15 kg/m²

● Sobrecarga horizontal por viento W: 50 kg/m² (varía entre 25 y 100).  W(kg/m²) = v²(m/s)/16 (incluye presión y depresión estáti­ca).  Las normas fijan para W un valor de 40 kg/m².

●Hipótesis de carga, q (kg):

q1 = q2 = q3 = 0,6W

Coeficiente de seguridad = 1,33

Cimentación: 0,5-1 kg/cm²

g) Parámetros varios

i) Iluminación

Una superficie perpendicular al Sol recibe:

● 85000 lux/día en día despejado

● 38000 lux/día en día nublado ligeramente

● 18000 lux/día en día cubierto

Una estructura de semi-cilindro recibe una mayor iluminación (85%), sin importar su orientación.  Una estructura de dos aguas y 15° de inclinación recibe 65%.

ii) Luminosidad

CORRELACION ENTRE TEMPERATURA ÓPTIMA E INTENSIDAD LUMINOSA.

INT. LUM.                 TEMPERATURA EN ºC

EN LUX     LECHUGA      TOMATE      PEPINO      CLAVEL

0                       5                   11                 17                 8

5000                 7,5                18                 19               10

10000             10,5                19,5              20,5            11

20000                                    22,5              23,5            14,5

25000                                    23,5              24,5            17

30000                                    24,5              26               19

35000                                    25,5              27               21,5

40000                                    27                                    23,5

45000                                    28                                    26

50000                                    29

iii) Control de temperatura

Sin duda, el factor más importante en todo cultivo forzado es el control de la temperatura, como se puede apreciar en los dos cuadros que siguen:

CULTIVO    Tº MIN    Tº MIN          Tº OPT   Tº OPT   Tº MAX        Tº MIN     Tº ÓPTIMA

                    LETAL    BIOLÓGICA NOCHE  DÍA        BIOLÓGICA  GERMIN.GERMINACIÓN

Tomate           0-2             8-10         13-16     22-26      26-30             9-10         20-30

Pepino            0-4           10-13         18-20     24-28      28-32           10-             20-30

Melón             0-2           12-14          18-21    24-30      30-34           10-13          20-30

Porot.verde    0-2           10-14          16-18    21-28      28-35              10            20-30

Pimiento         0-4           10-12         16-18     22-28      28-32           12-15          20-30

Berenjena      0-2             9-10          15-18     22-26      30-32           12-15         20-30

Lechuga        -2-0             4-6           10-15     15-20       25-30             20

Fresa             -2-                6             10-13     18-22

Clavel            -4-0             4-6           10-12     18-21      26-32

Rosa             -6-0             8-10         14-16      20-25     30-32

TEMPERATURA DE GERMINACION Y TIEMPO DE EMERGENCIA DEL TOMATE

Temp.germinación ºC       8     10     15      20      25      30     35     40

Emergencia, días                            45      15      10        6      -6     -9

Si T <10°, frutos no toman color.  Si >30°, toman color amarillo.

● El calor acelera los procesos biológicos y bioquímicos.  El frío produce paro vegetativo en los cultivos.  Un invernadero facilita el mantenimiento de unos parámetros físicos: temperatura del aire y del suelo, humedad relativa, porcentaje de CO₂, ilumi­nación, etc. 

● En un invernadero cerrado, el CO₂, que compone el 0,03% del aire (300 ppm), llega a 500 ppm en la noche, y descien­de a 200 ppm en el mediodía.  La formación de materia vegetal puede reducirse a la mitad cuando la concentración de CO₂ dismi­nuye a 200 ppm.

● La ventilación debe renovar el aire entre 1,8-2 cambio/hr. 

● La humedad relativa debe ser > 55-60% para que la planta no cierre sus estomas.

iv) Control de temperatura nocturna

Métodos para elevar la temperatura de noche en invernaderos:

● Empleo de materiales plásticos adecuados.

● Instalación de cortavientos.

● Cierre hermético de puertas y ventanas.

● Unir bien materiales de cubierta y evitar perforar plástico.

● Orientación este-oeste.

● Una doble cubierta de plástico sube temp. en 2-4 °C.

● Túnel.

● Calefacción artificial: costo elevado.

v) Ventilación

● La entrada de aire debe estar a una altura no menor de 70 cm del nivel del suelo del cultivo para evitar que el aire de entra­da (frío) le caiga directamente.

● Con los dispositivos de ventilación cerrados, en ausencia de viento y con una diferencia de temperatura entre el exterior y el interior de 10° C, el ciclo de renovación del aire debe ser <3.

vi) Control de humedad

El invernadero reduce la velocidad del viento y aumenta la hume­dad relativa, por lo que la evapotranspiración (ETP) disminuye. Esto permite que los estomas se abran y aumente la fotosíntesis. En consecuencia, una reducción de la iluminación, por tratarse de un invernadero, es compensada por la actividad de la planta.

h) Control del viento

            El viento no debe ser parado en seco, pues se originan torbelli­nos peligrosos a dos veces la altura del cortaviento. La mejor eficacia se alcanza con un cortaviento con una permeabilidad del 50%. Los cortavientos debe estar situado con respecto al inverna­dero a 3-4 veces su propia altura con el objeto de evitar la proyección de sombras sobre el invernadero. La altura de los corta­vientos debe ser similar a la de la cumbrera.

i) Cubiertas

i) Características físicas

a)) Propiedades generales

CUBIERTA                                      FLEXIBLE                        RÍGIDA              VIDRIO

                                               PE       PVC       PVC         Polime-     Poliéster

ESPECICICACIONES                                                      tilcrilato     estratific.

Espesor mm                          0,08       0,1         1-2               4              1,2            2,7

Densidad                               0,9         1,3         1,               1,18           1,5            2,4

Índice de refracción             1,512     1,528                        1,489        1,549        1,516

% dilatación                       400-500  200-250 50-100       escasa      escasa        nula

Resistencia térmica, ºC     -40 +70   -10 +50 -20 +70      -70 +80     -70+100    elevada

Duración, años                        2           2-3    elevada      elevada     elevada     elevada

% transpar. μm = 0,4-0,8     70-75     80-87      77              85-93       70-80         87-90

% transmis. μm = 0,24-2,1     80          82         82                73           60-70           85

% transmisión μm = 7-35       80          30

b)) Densidades

MATERIAL                                                DENSIDAD (g/cm³ o kg/l)

POLIOLEFINAS

PEBD térmico (polietileno baja densidad)            0,95

PEBD (polietileno baja densidad)                    0,915-0,93

PEAD (polietileno alta densidad)                       0,94-0,96

PP (polipropileno)                                               0,9-0,91

EVA (etileno-acetato de vinilo)                          0,92-0,93

PVC flexible Cloruro de vinilo)                            1,25-1,5

Poliéster con fibra de vidrio                                 1,5-1,6

OTROS MATERIALES

Vidrio (2,7 mm espesor)                                        2,4

Aluminio                                                                 2,7

Acero                                                                    7,85

Nota: Las poliolefinas tienden a oxidarse con el oxígeno del aire y a degradarse por la radiación UV del Sol.

ii) Características ópticas

a)) Radiación electromagnética

TIPO                                            LONGITUD DE ONDA

                                            Micrómetros (μm) - Nanómetros (nm)

UVC corta                                 0,002-0,01                 2-10

UVB media                                 0,01-0,12                10-120

UVA larga                                   0,12-0,40              120-400

Luz visible                                   0,40-0,75              400-750

Radiación fotoactiva PAR           0,40-0,75              400-700

IR corto                                       0,75-2,00              750-2000

IR largo                                       2,00-25               2000-25000

IR extremo                                       25                       >1 cm

Microondas                                1 cm-60 cm

Ondas de radio                             >60 cm

v = n \    1000 mm = 1 µm;  1000 µm = 1 nm;  10 nm = 1 Å

● El Sol tiene una temperatura superficial de 6000°C y emite una energía de 7-9 kWh/m² día.

● La temperatura aparente de emisión de la atmósfera (TA), es similar a la de la cubierta del invernadero, depende de la pre­sencia o de la ausencia de nubosidad. Con cielo despejado, TA = 22° C, y la radiación solar (Rs) es de 84 kcal/m² h.  Con cielo cubierto, TA = 7° C, y Rs = 27 kcal/m² h.

b)) Porcentaje de radiación transmitida

MATERIAL                                    RADIACIÓN SOLAR

                                   Pared simple      Pared doble      Pared doble

PE transparente                  93                     88

PE comercial                    76 (89)               (81)                   70,8

PE UV                               74 (88)

Vidrio                                86 (90)                75                     4,4

PVC transparente             86 (91)               (84)                 12

PVC turbio                          (89)                  (82)

Poliéster lineal                  86 (90)                80                   16,2

Poliéster/fibra vidrio         18 (78)                (64)                   1

NOTAS:

● Cifras fuera paréntesis: transmisión directa.

● Cifras entre paréntesis: transmisión total.

● Transmisión térmica: 5000-35000 nm.

● El PE es el plástico con menor poder de definición.

c)) Transmitancia

Relación entre la luz que atraviesa un material y la luz inciden­te. (El aspecto grisáceo o una presentación no pulida son indife­rentes al nivel de transmisión).

VARIACION DE LA TRANSMITANCIA AL VARIAR EL ANGULO DE INCIDENCIA DE LA RADIACION SOLAR PARA LONGITUD DE ONDA 400-1300 nm:

ÁNGULO          DOBLE CUBIERTA             UNA CUBIERTA

                   PVC    PVC    PE     PVC         PVC    Vidrio   PVC

0                   85       82      80       78             91        87       85

10                 85       82      80       78             91        87       85

20                 84       81      79       77             91        87       85

30                 83       80      78       76             90        86       84

40                 80       78      76       74             89        85       83

50                 77       74      71       70             86        83       80

60                 70       67      64       62             83        80       73

70                 62       59      56       54             76        73       63

d)) Transparencia

PORCENTAJE DE TRANSPARENCIA Y ABSORCION DE LA RADIACION SOLAR

MATERIAL            ABSORC.        UV     VISIBLE    IR    300-200 nm

Vidrio 3 mm                  0               53          90         88       86,5

Poliamida 0,1 mm                          82          91         93       91,5

PE 0,1 mm                                     68          80         83       80

PE 0,03 mm                 5

PE 0, 5 mm                35

PVC 0,25 mm              5                72          88         90       88

Poliéster-vidrio 1 mm                     15          76         80       74

● En general, el material ideal como cubierta de invernaderos y DSs debe ser transparente a la luz y dejar pasar las radiaciones comprendidas entre 300 y 3000 nm (nanómetros) y ser opaco a las radiaciones de mayor longitud de onda, que corresponden a la radiación infrarroja emitida por el suelo y los cultivos.

● En PEBD, los aditivos no reducen factor de transmisión energé­tica excepto en radiación de 380-480 nm (UV) reduciendo en ese rango un total de 5%.

e)) Poder de eficacia fotosintética del film de PE

MATERIAL          PORCENTAJE

PE 0,07 mm                91,5

PE 0,15 mm                90,5

PEBD 0,1 mm             86,5

PEBD 2 años              84,5

NOTA: La clorofila utiliza radiación 600-690 nm (rojo-naranja) y 430-500 nm (azul-violeta) como medio activador, y >760 nm (IR) apor­tan el calor necesario.

f)) Poder de reflexión

La radiación que no penetra en el sistema es reflejada en forma proporcional a su ángulo de incidencia. La reflexión en los plás­ticos depende además de la longitud de onda. En general, la reflexión aumenta con el índice de refracción del material (vi­drio = 1,52, plásticos = 1,45-1,8, PE = 1,8). La pérdida de luz por reflexión en un material con índice 1,8 es el doble que en un material de índice 1,5 (R15 = 8%; R18 = 16%).

g)) Opacidad a la radiación IR

Estas radiaciones varían entre 2500 y 70000 nm con la intensidad máxima en 10000 nm. Las radiaciones entre 2500 y 35000 correspon­den al 90% de la radiación del cuerpo negro. En invernaderos corresponde a la radiación nocturna del suelo, en un DS corresponde a la radiación requerida inmediatamente para calentar aire.

MATERIAL                     PORCENTAJE

Cuerpo negro 7 ºC                 100

PE 0,05 mm sin aditivo            77

PEBD 2 años                           65

PE 0,5 mm sin aditivo              56,5

PE negro 0,05 mm                   45

PVC 0,1 mm                             32

PVC 0,2 mm                             28

Poliestireno 0,25 mm               27

PE térmico (IR) 0,2 mm           13

EVA 0,2 mm                            10

Poliamida 0,25 mm                   4,5

PVC (placa) 1 mm                    0,5

Poliéster-fibra de vidrio            0,5

Vidrio 3 y polimelacrilato          0

h)) Comportamiento termoaislante

TRANSMITANCIA %

ESPESOR              EVA        EVA       PE term     PE normal

μm    galgas          CP-366   CP-632   CP-124       CP-033

40        160               39           45            50               71

60        240               31           38            42               69

80        320               25           31            36               67

100      400               20           26            30               63

120      480               16           22            25               61

140      560               13           19            21               59

160      640               10           16            18               57

180      720                8            13            15               56

200      800                7            11            13               55

● Las plantas y el suelo se enfrían radiando calor entre 5000 y 35000 nm.

● El máximo de emisión de un cuerpo negro (ley del desplazamiento de Wien) es Long.(µm) = 2897/T (°K)

●Los PE absorben 15-30% del IR largo.

iii) Propiedades de filmes de PEBD

a)) Propiedades a la radiación del pe térmico

● Dispersión de luz (turbidez): 60%

● Transmisión de luz visible: 83%

● Transmisión de IR 1450-730 cm-1: 14%

● Transmisión de IR 13,7-6,9 micrómetros: >20% (PE normal: 60-70%)

● Transmisión de energía emitida por cuerpo negro a 5° C entre 14570 y 730 cm-1: 12,5%. El PE normal transmite el 70% de la IR de longitud larga emitido por el suelo y las plantas durante la noche permitiendo por tanto que en el invernadero se pueda producir la inversión térmica, con el consiguiente riesgo de heladas.

● Grado de difusión de la luz (porcentaje de luz transmitida y difundida por rayo incidente) >ángulo de 8°: 55% (PE normal: 10-15%)

b))  Fotodegradación

La energía del enlace carbono-carbono es de 80 kcal/mol. La energía de la radiación UV es de 70 a 100 kcal/mol. Los PE como tal no absorben la radiación UV en la longitud de onda crítica. Sin embargo, en todos los productos fabricados, tales como fil­mes, hay impurezas, resultados del proceso de polimerización y de fabricación, que absorben en esa zona. Los grupos que llevan oxígeno (p.ej. carbonilos) son especialmente vulnerables y son los primeros atacados, dando lugar a uno o varios fenómenos: disociación de radicales, redisposición intramolecular, reticu­lación. Todo ello conduce a pérdidas mecánicas.

c))  Diferencias entre filmes de PE

El filme transparente de PE normal es permeable a la luz solar (80%) y a las radiaciones IR. El filme negro opaco no deja pasar la luz visible, absorbe una gran parte del calor recibido del sol y lo transmite por radiación hacia el suelo y la atmósfera; es también permeable a la radiación nocturna del suelo y plantas. El filme gris humo es poco permeable a la radiación luminosa del sol, pero no lo bastante a las caloríficas; su comportamiento es intermedio entre el transparente y el negro opaco.

d)) Propiedades físicas

Las poliolefinas tienden a oxidarse fácilmente con el oxígeno del aire y a degradarse por la acción de los rayos UV del sol. Por eso se adicionan antioxidantes, absorbentes de luz UV y otros aditivos. El negro humo es el mejor de los absorbentes de UV.

Densidad 0,917-0,930 g/cm3 (PE térmico: 0,946 g/cm3)

Índice de fluidez _1 g/10 min (PE térmico: 0,36 g/10 min)

Resistencia a la tracción: 160 kg/cm² (mín. en ambas direcciones)

Resistencia a la tracción a 23 °C: 165-180 kg/cm²

Resistencia a la tracción en el punto de rotura : 200 kg/cm²

Alargamiento: 350% (mínimo en ambas direcciones)

Resistencia al desgarro: 30 kN/m

Resistencia al rasgado: 900 g (mínimo)

Resistencia al impacto en los pliegues (mínima): L = 100 g; M = 150 g; G = 200 g.

Envejecimiento por exposición a la intemperie: 2 años.

g)) Características

●Espesor:

- Ligero (L): 0,100 mm (±20%)

- Medio  (M): 0,150 mm (±15%)

- Grueso (G): 0,200 mm (±15%)

● Diferencia entre espesor medio y espesor nominal: ±5%

● Anchuras recomendadas: 3,60; 6.30; 8; 9,30; 12 m (±2%)

● Longitudes recomendados: 50 a 100 m s/cortes ni empalmes (±2%)

● Duración: 3200 hr de sol con radiación de 145-150 kcal/cm²/año y vientos frecuentes de más de 100 km/hr

h)) Ventajas

● Buena adaptabilidad a cualquier tipo de estructura.

● Gran resistencia al rasgado.

● Precio más bajo.

● Posibilidad de utilización de filmes de anchos variables <12 m.

● Buen comportamiento óptico del film térmico.

i)) Ventajas del PE térmico

● Gran efecto térmico.

● Buena definición de la luz.

● Larga duración.

● Excelentes propiedades mecánicas.

● Efecto antigoteo.

● Reducción de inversiones térmicas.

● Precosidad de cosechas >15 días.

iv) Mallas de sombreo

a)) En invernaderos

SISTEMAS DE SOMBREO EN INVERNADERO DE PEBD. SIN CULTIVO, CON APERTURA LATERAL CONTINUA. TEMPERATURAS MEDIAS DE MAXIMAS

TIPO DE INVERNADERO            TEMPERATURA ºC

Aire libre                                                  33,0

Sin sombreo                                            46,6

Con malla negra del 45% exterior           40,8

Con malla negra del 45% interior            50,5

NOTA: El sombreo es útil sólo con las especies que requieren sombra.

b)) Temperatura del invernadero sombreado con distintas mallas

To: 25,3° C; HR: 71%; Rs: 891 W/m²; VALORES: °C

TIPO DE SOMBREO      10 RENOVACIONES      40 RENOVACIONES

Malla aluminizada                        30,4                                26,8

Malla blanca                                 32,1                                27,4

Malla negra                                  36,3                                29,0

Sin malla                                      35,8                                28,4

● El diferencial entre la temperatura externa y la interna dismi­nuye con la mayor frecuencia de renovaciones.

 

III. EL RIEGO

A. LA DEMANDA DE AGUA

            El rendimiento de un cultivo es óptimo cuando la planta emplea no más del 25% del agua utilizable, es decir, de aquella almacenada en la zona no saturada del suelo y que puede ser fácilmente extraída por la planta. También, el cultivo tiene mejor rendimiento cuando la planta extrae el agua de la parte superior de la zona radicular. Su crecimiento no sufre si no se la obliga a desarrollar largas raíces para poder aprovechar la humedad que va quedando en las capas más profundas del suelo cuando ésta se va agotando en las superiores. Un riego periódico asegura la mantenimiento de la humedad precisamente en las capas superiores y además evita la pérdida de agua por infiltración profunda y derrames. En cambio, un riego de menor frecuencia produce necesariamente pérdidas de agua, ya que debe asegurar que el suelo quede sobresaturado y debe además conseguir la plena capacidad de campo para que la humedad que se almacena en el suelo pueda durar hasta la siguiente aplicación de riego varios días después.

El uso-consumo del cultivo es la demanda de agua que requiere un cultivo y es igual a su tasa de evotranspiración (la cantidad de agua que el cultivo evapora y transpira echándola a la atmósfera). La tabla siguiente, confecciona­da utilizando el coeficiente k de Blaney y Criddle, los porcenta­jes de horas diarias de sol según Israelsen Hansen y las tempera­turas medias mensuales para la latitud considerada, ilustra la magnitud de la demanda de agua de algunos cultivos representa­tivos según el mes y la latitud 35º S; a una menor latitud el cultivo consume algo más de agua y a una mayor latitud consume algo menos, a causa de la radiación solar y la temperatura promedio. Los valores están en litros/10 m²día con un 80% de rendimiento (la eficiencia máxima que se puede obtener):
CULTIVO-LAT 35º S   SET  OCT   NOV   DIC   ENE   FEB   MAR   ABR   MAY
Alfalfa                            37     53       61      63      54      33      22       16
Maíz                              23     51       86      83      43      18        3
Duraznos                      21     34       40      54       66      60      31       24
Viñas                             18     24       30      43       65      40      25      16       3
Cifras en litros/10 m²día

            Estos valores indican que el cultivo puede ser regado mediante una regadera. El agua puede ser obtenida de un pozo, acequia, vertiente o río. Una mejora en el riego puede ser conseguida mediante el riego por goteo sin “goteros”.

B. EL RIEGO POR GOTEO

            El riego por goteo sin “goteros” es un sistema de riego que tiene las siguientes ventajas:

1. Usted mismo lo puede diseñar e instalar para cualquier cultivo agrícola.

2. Ahorra energía de bombeo (es probable que en el futuro no exista motobombas), pues no requiere vencer la pérdida de carga demandada por un gotero de laberinto comercial, que llega a ser de 10 m.

3. Por lo anterior y porque usted puede diseñar el riego para muy bajas presiones, usted puede hasta usar tubería de polietileno reciclable.

4. Si alguna perforación se obstruyera, no necesita insertar un nuevo gotero, sino que simplemente destaparla con el perforador (una aguja de coser calibrada).

5. El costo de goteros se reemplaza por una sencilla perforación y su protector.

            El riego por goteo sin “goteros” requiere presión, aunque sea muy baja. En la suposición que no se cuenta con una motobomba, la forma de conseguir presión es mediante una diferencia de altura entre la fuente de agua, a mayor altura, y el riego. Una forma es represar agua de una vertiente, aguas arriba, y conducirla mediante tubería. La tubería más corriente es la de polietileno negro que usted puede reciclar. A continuación se indican los diámetros exterior e interior de tuberías de riego estándar:

DIAM. EXT.   DIAM. INT.

       12                10

       16                13,6

       18                15,5

       20                17,4

            En un ejemplo hipotético, si el agua represada se encontrara a 50 m de distancia, el caudal que se puede conducir  en una tubería de 16 mm (D.I.=13,6 mm) es de 5 l/min con una pérdida de carga de 1,7 m de presión y una velocidad de 0,57 m/s. Si se encontrara a 100 m de distancia, la pérdida de carga aumenta a 3,4 m de presión, y así proporcionalmente, manteniéndose los restantes parámetros. Una tubería de 20 mm (D.I.=17,4 mm) conduce el mencionado caudal a 200 metros de distancia con una pérdida de carga de 2 m de presión y una velocidad de 0,35 m/s. Si estuviera a una distancia mucho mayor, el consejo a seguir es instalar un estanque de 500 litros para un cultivo de 100 m³, sobre una torres de >3 m, cercana al cultivo.

            El riego por goteo sin “goteros” consiste en una red de tuberías a partir de una fuente de agua a presión (fuente elevada), matrices y líneas de riego. En vez de goteros, las líneas de riego poseen simples perforaciones para la salida del agua al cultivo. Las perforaciones se realizan calentado el perforador al rojo y atravesando la pared de la tubería en el punto señalado. El “perforador” es una aguja de coser o un alambre del diámetro requerido. Es conveniente proteger cada perforación contra objetos externos. El “protector” es un pedazo de tubería del mismo diámetro de la línea y de unos 5 cm de largo, al que se le efectúa un corte longitudinal para abrirlo un tanto e insertarlo sobre la línea cubriendo la perforación.

            A partir de un sencillo programa computacional, se ha podido calcular distintos parámetros útiles. Con una presión inicial de 3 m y un caudal total de 5 l/min, en una tubería de 12 mm (D.I.=10 mm) x 20 metros de largo (equivalente a la longitud de un sembradío o de un invernadero), incluidas 40 perforaciones de 0,6 mm a una distancia de 50 cm entre perforaciones. El caudal a surgir por cada perforación será de 0,125 l/min ó 7,5 l/h. Si la tubería fuera el doble de largo y contuviera 80 perforaciones de 0,6 mm, el diámetro debe incrementarse a 16 mm (D.I.=13,6 mm) para conducir el doble de caudal a la misma presión de 3 m. 

 

IV. COMPOST

            Cada vez más son los residuos que se generan en el hogar, sobre todo en los que cuentan con familias numerosas. Sin embargo, hay una actividad que permite reciclar y obtener un gran beneficio: tierra de excelente calidad para las plantas. Los pasos para realizar un proceso de compostaje son muy simples: Solo se necesita un recipiente como un balde o cajones.

            El compostaje es un proceso biológico que realizan microorganismos de tipo aeróbico (es decir que necesitan la presencia de oxígeno para vivir), bajo condiciones de humedad, temperatura y aireación controladas, que permiten la transformación de residuos orgánicos degradables en un producto estable. Este abono orgánico puede utilizarse como enmienda y ayudar a mejorar las condiciones del suelo, cerrando el ciclo de la materia orgánica, reteniendo más humedad y proveyendo un mayor aporte de nutrientes.

            El proceso de compostaje pasa por cuatro fases según la temperatura:

• Fase mesófila: la temperatura está comprendida entre 10 y 40º C. Esta fase dura entre una y dos semanas. Se produce calor y CO2. Esta fase se caracteriza por una disminución del pH que desciende a valores de alrededor de 5,5.

• Fase termófila: la temperatura sube por acción de la fermentación hasta alcanzar valores de 60 a 70º C. Se produce la pasteurización del medio, es decir, se destruyen los microorganismos patógenos y se inhibe la germinación de semillas de plantas adventicias. Se produce liberación de amoníaco y el pH asciende, y se asciende a valores de 8. En esta fase hay una gran demanda de oxígeno.

• Fase de enfriamiento: cuando prácticamente se transformó la totalidad de la materia orgánica, la temperatura empieza a descender y nuevamente los microorganismos mesófilos actúan degradando la celulosa y lignina restantes, lo cual dará lugar a las sustancias húmicas. El pH se estabiliza y la demanda de oxígeno se reduce.

• Fase de maduración: las tres primeras fases duran unas semanas pero este período requiere de meses a temperatura ambiente. La temperatura debe disminuir hasta valores cercanos a los ambientales y el pH se estabilizará próximo a la neutralidad. El compost, dependiendo del sistema de compostaje, de la climatología y de los materiales estará maduro entre 3 y 9 meses.

            Hay dos alternativas para crear una compostera. La primera consiste en cavar un pozo en el suelo e ir arrojando los residuos allí. Si bien es una alternativa que no precisa insumos, su manejo debe ser muy cuidadoso junto con su mantenimiento, ya que puede ser foco de moscas y ratas.

            La otra alternativa, más sencilla y eficiente, consiste en buscar recipientes como tachos, baldes, cajones y realizar el compostaje en su interior. Esto permite tener una mejor visualización del proceso, ver cuándo intervenir, se crean mejores condiciones sanitarias y la cosecha del producto final también es más fácil.

            A continuación, un ejemplo para los principiantes:

Materiales necesarios: baldes de pintura de 20 litros con sus respectivas tapas y limpios.

1. Realizar varias perforaciones en el fondo del balde para asegurar el drenaje.

2. Incorporar diariamente los residuos orgánicos y tapar la compostera cuando finalice. Después de algunas semanas, agregar un núcleo de lombrices.

3. Una vez completo el primer envase, colocar un segundo balde por encima del primero –también con su fondo perforado– y comenzar a arrojar allí los desperdicios.

4. Dejar que el primer envase continúe con el proceso de descomposición. El abono estará listo cuando ya no puedan distinguirse los materiales incorporados. En el caso de haber agregado lombrices, se verá que éstas se habrán multiplicado.

5. Al terminar el compostaje del primer envase, reiniciar el ciclo.

            Los residuos que se pueden agregar son cáscaras de frutas, verduras y huevo, restos de infusiones (yerba, café y té), hojas y pasto cortado. Los que no se deben agregar son comidas elaboradas, carnes, lácteos, grasas, plásticos, latas, vidrio, pañales y excrementos de ninguna clase.

            Los pasos claves que se debe realizar a lo largo de todo el proceso para obtener un producto final de excelente calidad, sin tener problemas de índole “higiénicos” (mal olor, presencia de plagas, putrefacción, etc.) son:

• Regar el compost con frecuencia (importante no excederse de agua) y la exposición directamente al sol en verano.

• Mezclar con una pala o un implemento similar el contenido cada dos o tres días y, sobre todo, durante el período de agregado de residuos.

• Ubicar el recipiente cerca de alguna rejilla para facilitar el drenaje de los líquidos que se originaron durante el proceso de compostaje. El exceso de materiales húmedos genera putrefacción y eso alienta la aparición de olores desagradables.

• Para agilizar la descomposición, es conveniente comenzar el compostaje con una base de abono ya elaborado.

• La duración de este proceso depende de la temperatura. Se calcula un período de dos meses en verano y de cuatro en invierno.

• Cuando el compost está en su etapa de maduración, la incorporación de lombrices rojas californianas permite la transformación de ese abono en lombricompuesto, un sustrato con mayores propiedades nutritivas.

 

            El compost estará listo cuando tenga olor a tierra mojada, color oscuro y homogéneo (sin ver la diferencia de los residuos). Una vez finalizado este paso, ya está lista para colocar en macetas, canteros, huertas para sembrar.

 

V. PURIFICACIÓN DEL AGUA

A. LA DECANTACIÓN

            La decantación permite eliminar muchos materiales en suspensión. Consiste en dejar reposar el agua durante varias horas, tiempo en el que las impurezas se acumulan en el fondo del recipiente. La decantación puede favorecerse añadiendo ciertos productos químicos, como cloruro férrico o sulfato de aluminio, que provocan la formación de aglomerados de impurezas, los cuales se depositan con mayor rapidez en el fondo. Es la denominada floculación.

B. LA FILTRACIÓN

Construción de un filtro doméstico sencillo con los siguientes elementos:

1 balde descartado de pintura de 24 kg

2 tubos conduit 16 mm de PVC de 33 cm ranurados

1 m tubo conduit PVC 16 mm

1 curva conduit 16 mm de PVC

1 embudo (usar gollete de botella plástica)

1 tubo de silicona para sellar paso de tubos a través de balde

30 kg arena gruesa de construcción o playa (con los granos entre 0,45 y 0,55 mm) (12 litros x peso esfecífico: 2,6 = 31,2 kg

Fabricación de los dos tubos ranurados:

1. Sellar uno de los dos extremos, sosteniendo el extremo sobre la llama de una hornilla para después aplastarlo con un alicate.

2. Con un cuchillo de sierra de filo fino de la cocina, realizar 24 cortes transversales a lo largo del tubo, por una cara, cada centímetro, hasta 1/3 del diámetro, de modo que las ranuras tengan 0,3 mm e impidan el paso de la arena.

            El retrolavado mensual sirve para limpiar la arena de las partículas atrapadas y ordenar sus granos, dejando las más finas arriba, en la superficie de filtraje. Se efectúa cambiando la alimentación de la entrada a la salida. El agua del lavado se evacúa por el rebalse.

C. LA CLORACIÓN

            El hipoclorito de sodio es un compuesto químico, fuertemente oxidante de fórmula NaClO. Comercialmente se lo conoce como Clorox u otro nombre de fantasía y deberá adquirirse antes que cierre el comercio. En el pH básico del agua es estable y es usado como oxidante en el proceso de su potabilización, en dosis ligeramente superiores al punto crítico, en el que empieza a aparecer cloro residual libre. La concentración residual mínima de cloro libre en el agua debe ser de 0,2 y 0,5 mg/l. En piscinas, en forma de líquido el hipoclorito de sodio se usa a razón de 12,5 ml/día por cada m3 de agua.

            Si el agua está clara, según el caso, se le añaden de 5 a 20 mg de hipoclorito de sodio concentrado comercial por litro y se deja reposar 30 minutos en el recipiente cerrado, tras los cuales podrá consumirse. Si está turbia, se decanta y se filtra. El periodo de actuación del hipoclorito de sodio es de al menos media hora, pero si la temperatura está comprendida entre los 10 y los 18 °C, debe incrementarse a al menos una hora, y aún más si la temperatura es inferior a los 10 °C. Vaciar el contenido del recipiente en botellas más pequeñas con cierre hermético, ya que el cloro de un envase abierto se disipa.

            Si se dispone de un panel fotovoltaico, se puede obtener hipoclorito de sodio. Usar sal (unos 10 g de sal) disuelta en agua clara (un litro). Introducir los dos electrodos conectados al panel en el recipiente no metálico cerrado con la disolución y mediante la electrolisis se obtiene hipoclorito de sodio. Las cifras entre paréntesis son hipotéticas y deberá experimentarse para llegar a cifras más reales. Según ensayos, se indica que se puede producir un litro de hipoclorito cada hora, es decir, permite tratar 4.000 litros de agua al día, una cantidad que puede abastecer a entre 150 y 200 personas.

            Algunas características del hipoclorito de sodio:

Peso molecular del hipoclorito de sodio

Elemento          peso atómico   porcentaje

Na                               23

Cl                                35,5                 48

O                                 16

Total                            74                    100

Un grado clorométrico corresponde a 3,17 gramos de cloro activo por litro de hipoclorito de sodio.

En solución acuosa del 10% el porcentaje de cloro disminuye al 4,8%. Para conseguir 0,2 mg/l, se requerirá 4 gotas/l en concentración del 5%

 

VI. COCINA SOLAR

            El propósito de este proyecto es construir una cocina solar en base a un disco parabólico de recepción satelital para televisión del hogar. Estos artefactos quedarán obsoletos, como también la distribución de gas y electricidad para cocinar. Antes de acometer este proyecto se debe analizar la geometría del movimiento del sol respecto a un punto terrestre, la termodinámica implicada, las características geométricas y físicas del disco parabólico y los asuntos de diseño con materiales a la mano. La finalidad de este proyecto es servir de modelo para que cualquier persona pueda construir con facilidad una cocina solar. Esta cocina solar funciona apropiadamente en día despejado.

            Los materiales que se usarán en este modelo son:

1 disco parabólico

1 rollo de papel de aluminio. Es preferible cortar tiras de 3 cm de ancho

Pegamento (neoprene) para adherir las tiras de aluminio a la superficie del disco parabólico. También puede usarse trozos de espejo o pintura spray de cromo.

1 tabla de pino 3,2 m x 1” x 4” para la estructura en T para la base y el soporte mòvil

1 par de bisagras 2”

1 platina fierro 1/8 x ¾

Fijaciones como tornillos, pernos, remaches, pegamento

Pintura negra opaca para pintar soporte de olla y el lado exterior de la olla

1 olla de 2 litros

            La regulación del aparato para que el disco parabólico reciba la máxima insolación se efectúa simplemente mediante un tubo perpendicular al plano del disco, adosado al borde del mismo, que muestra la posición óptima cuando la luz del sol aparece por su otro extremo. Por otra parte, se puede aumentar la capacidad adosando por los lados sendas franjas de unos 20 cm de ancho de plancha lisa galvanizada, siguiendo la curvatura parabólica de la antena.

A. CARACTERÍSTICAS

CONDICIONES

Constante solar fuera de la atmósfera                          1,361 kWh/m²

Radiación solar en la superficie terrestre aprox.            1 kWh/m²

Calor                                                                           1,44 cal/cm² min

                                                                                  860 Cal h/m²

Latitud de Teno, Chile                                                  34º 53’

Declinación solar máxima en solsticio de invierno         23º 27’

Total de inclinación del disco parabólico           en invierno        58º 20’

Total de inclinación en verano                                      11º 34’

CAPACIDAD

Superficie receptora del disco perpendicular al sol        3.068 cm²   (el disco es asimétrico y su                                                                                               punto focal está descentrado en 14 cm)          

Recepción de energía del disco                                               264 Cal/h

 

REQUERIMIENTOS

Temperatura promedio                                                 20º C

ΔT para punto de ebullición                                          80º C

Capacidad de la olla                                                    2 litros

Demanda calórica                                                        160 Cal

Eficiencia estimada                                                     80 %

Tiempo para llegar a temperatura de cocción                1,6 h/m²

Tiempo requerido para ebullir 2 litros de agua               45 minutos (la mitad si es 1 litro)

 

VII. MOLINO DE VIENTO 

A. CÁLCULO DEL MOLINO DE VIENTO

EJEMPLO

(Matemática básica)

1. Parámetros determinados

Densidad del aire, d                             1,225                kg/m³

Densidad del agua, dw                         1                      kg/lt

Aceleración, g                                      9,8                   m/s²

Ley de Betz, factor p                            0,59

2. Parámetros  variables

Velocidad del viento, vv                                   5                      m/s

Velocidad del viento, vv                                   13,9                 km/h

Velocidad viento máxima, vm               25                    m/s

Velocidad viento máxima, vm               69,4                 km/h

Promedio de viento diario, pv               0,25                 día

Eficiencia de bombeo, e                      0,8

Desplazamiento del eje, L                     0,07                 m

Tasa riego agrícola, tr                           0,7                   lt/s/Há día

3. Determinación de la altura, H

Profundidad de pozo                            4                      m

Altura estanque elevado                       5                      m

Diferencia de nivel                               7                      m

Pérdida de carga                                 2                      m

Total H                                                18                    m

4. Determinación del caudal, Q

Riego de 2000 m², rg                            0,56                 lt/s       rg = tr / (á pv)

Consumo, cd = 500 lt/día                     0,0231              lt/s       cd = 500 / (pv 3600)

Total Q                                                0,583                lt/s

Q por medio ciclo                                0,292                lt/s

5. Determinación de la potencia, Pb

CV = 75 kg m / s                                  0,858                CV       Pb = Q H dw g / 75 e

6. Determinación de la hélice

Área, Áh                                              6,921                m²        Áh = Pb g / 2 d vv³ c p (1-p)²

Lado del octógono, l                            1,2                   m         l = √Áh / 4,83

Apotema del octógono, ap                   1,45                 m         ap = l / 0,83

Diámetro del octógono, Do                  3,1                   m         Do = 2 √Áh/2 √2

Radio del octógono, Ro                                   1,55                 m         Ro = Do / 2

Radio de trabajo, rt                              1,085                m         rt = 0,7 R

Perímetro de trabajo, pt                                   6,8173              m         pt = 2 rt π

Ciclos con aspa a 45°, cc                     81,807              RPM     cc = pt/vv

Ciclos con aspa a 45°, cc                     1,363                RPS     cc = pt/vv 60

7. Determinación de la bomba hidráulica

Relación eje/manivela, em                    0,3

Largo manivela, lm                               0,021                m         lm = em L

Empuje del eje, pe                               27,84                kg        pe = Pb cc / 2 lm

Área del pistón, Áb                              41,71                cm²      Áb = Q / L

Diámetro del pistón, Db                                   7,3                   cm       Db = 2 √Áb/π

Volumen, Vh                                        292                  cm³      Vh = Áb L

8. Factores para calcular una bomba neumática, bn

Compresibilidad de los gases de Boyle            P1 V1 = P2 V2

Atmósfera (presión)                             10,33                m.c.a.

Agua/Aire                                            816

Ampliación de ciclos                            11

Medidas  de cilindro, h x diam              30x30               cm       bn = Vh/(h r² π (RPS x 11)/816)

 

9. Cálculo de resistencia

Empuje axial viento, Tv                        10,46                kg        Tv = 2 Áh d vv² p(1-p)/g

Empuje axial viento máx., Tm               261,59              kg        Tm = 2 Áh d vm² p(1-p)/g

B. ILUSTRACIONES

 

C. SUGERENCIAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL MOLINO DE VIENTO

1. HÉLICE

            En general, la hélice se compone de aspas y un eje horizontal. Las aspas son de tela que se afirman en dos conjuntos de forma de estrella de rayos paralelos, coincidentes y separados. Cada conjunto de rayos se insertan en sendas masas que van firmemente adosadas al eje horizontal. Las masas pueden ser de madera o de metal. El eje horizontal se prolonga en un cigüeñal que se fija a la caja de transmisión.

            Los rayos se construyen de perfil tubular, madera o coligüe. Puestos que van de a pares, para darles mayor solidez, unir los extremos exteriores y usar tirantes de alambre en las diagonales del rectángulo que conforman. La separación entre ambos conjuntos de rayos (barlovento y sotavento) es la mitad del largo de los rayos. La hélice puede constar de 6 (hexágono) ú 8 pares de rayos (octógono). El eje horizontal, las masas y los rayos constituyen el esqueleto de la hélice.

            Las aspas de la hélice se construyen extendiendo tela entre un rayo de barlovento al rayo siguiente a sotavento. Puesto que la distancia en el radio del centro de la tela es menor que la de los rayos, la tela deberá plisarse algunas veces para recoger radialmente la tela sobrante, hasta quedar tensa al ser afianzada en los rayos respectivos. El borde de la tela que se fija al rayo puede tener la forma de funda, dentro de la cual se dispone el rayo. Podrá usarse cualquier tipo de tela, aunque la preferida es la lona cruda. Además de resistente, este tipo de lona, una vez fijada como aspa, puede mojarse: cuando se seca se contrae un tanto y el aspa quedará tersa. Para evitar que la tela se pudra, se la puede pintar con esmalte sintético. El mismo procedimiento sirve para el timón.

2. TRANSMISIÓN

            Usar preferentemente piezas de acero a causa del esfuerzo que deberá resistir. La transmisión consiste de una caja, un cigüeñal, un par de bielas paralelas y un enganche al eje vertical oscilante. El radio de la manivela del cigüeñal deberá ser menos de la mitad de las bielas. El diámetro que proyecta la manivela tiene la longitud L, que es igual a la oscilación del eje vertical y del pistón de la bomba hidráulica.

3. TIMÓN

            El timón es un plano rectangular y vertical que se proyecta hacia barlovento. Se puede construir de un bastidor tubular, de madera o de coligüe que se cubre de tela. El borde a barlovento se afianza al borde exterior a sotavento de la caja de transmisión mediante un sistema de bisagra. El timón tiene firmemente dos posiciones fijas pero que pueden variarse desde el suelo: 1. perpendicular a la hélice y 2. paralela a ésta o en posición bandera. Esta maniobra puede ejecutarse mediante un cable delgado para abrir un pestillo que fija la posición y un par de cables que hagan girar el timón a la posición deseada.

4. TORRE

            El molino de viento deberá colocarse en altura, a unos 6 metros del suelo, donde el viento es más estable y fuerte. La torre puede ser confeccionada de metal o madera. Puede tener tirantes de cable para hacerla más resistente a los vientos fuertes. El centro vertical de la torre debe quedar libre para la oscilación del eje vertical. Si existiese pandeo de dicho eje, este efecto puede evitarse mediante travesaños horizontales que tengan un buje holgado del diámetro del eje vertical. La torre debe ubicarse sobre la fuente de agua.

5. BOMBA DE AGUA O HIDRÁULICA

            Debe estar a plomo debajo del molino de viento y quedar sumergida completamente. Consiste en un cilindro dentro del cual se desplaza un pistón accionado mediante un vástago del eje vertical. Tanto este vástago redondo como el borde de contacto del pistón con el cilindro deben contener sellos que no ofrezcan roce apreciable cuando se desplazan. El desplazamiento debe ser igual a la longitud L. Cada extremo del cilindro lleva dos válvulas de retención inversas. Las válvulas que permiten sólo la salida del agua en cada extremo del cilindro se unen a la tubería de agua que conduce el agua fuera hacia el consumo, que es el estanque elevado. Las otras dos válvulas de retención, que permiten sólo el ingreso de agua deben permanecer siempre dentro del agua.

6. SISTEMA HIDRONEUMÁTICO

            Si bien el compresor deberá ubicarse adyacente a la polea menor mediante manivela y biela, la ventaja de este sistema es que la bomba hidroneumática puede ubicarse lejos del molino de viento, ya que el aire virtualmente no pesa. Por carecer antecedentes experimentales, no se ha podido efectuar un método de cálculo detallado, siendo la duda la mayor velocidad que deberá imprimirse al pistón del compresor. Puesto que según el diseño descrito, la bomba hidroneumática es de una acción, se deberá añadir un tanque neumático para acumular aire comprimido mientras aquella está en su ciclo de rellenado de agua.

 

VIII. VELA PARA IMPULSAR VEHÍCULO O EMBARCACIÓN

Previsiblemente, nuestra era, sustentada en la abundancia de energía provista por los combustibles fósiles, no podrá durar más. Frente a la imposibilidad para extraer y distribuir estos combustibles, los motores que mueven nuestro sistema de vida quedarán detenidos. Una buena fuente alternativa de propulsión es la energía eólica. Por otra parte, las extensas y pavimentadas carreteras permanecerán sin tráfico alguno y los mares quedarán sin navíos. Será la oportunidad para transformar vehículos y embarcaciones a motor en eólicos. En el caso de un vehículo, habrá que aligerarlo sacándole el motor y la carrocería e instalarle velas cuya altura no podrá superar 4 metros para poder pasar debajo de los pasos sobre nivel. En el caso de embarcaciones, se podrá dotarlas de velamen. El siguiente manual se concentra en el diseño y el control teórico de un vehículo/embarcación eólico, cediendo a personas con habilidades mecánicas el aporte de soluciones practicables.

El viento es un recurso que se distribuye irregularmente en el mundo. Mientras que existen amplios territorios donde el viento escasea, en otros lugares los vientos son intensos, siendo las superficies planas, marítimas y lacustres, donde el aire se desplaza sin obstáculos. Además, en algunos lugares los vientos varían mucho según las estaciones, siendo fuertes durante algunos meses y nulos en otros, y diariamente, el viento varía cada hora. Habrá que considerar esta variabilidad de este recurso energético. Asimismo, un vehículo no puede seguir un rumbo que sea favorable a los vientos, sino que está obligado a proseguir por las vueltas de una carretera, algunas contrarias al viento.

Se sugiere que en la transformación de un vehículo con tracción trasera su árbol de transmisión pueda ser girado mediante una palanca manual de oscilación longitudinal (más conveniente fisiológicamente mediante manivela-biela-par de engranajes cónicos-palanca para desplazar el vehículo cuando el viento se vuelve adverso o nulo. Además, este mecanismo debe poder activarse o desactivarse a voluntad mediante algún tipo de mecanismo como embrague.

A. CUADRANTE-PANTÓGRAFO PARA IR MANUALMENTE POSICIONANDO LA VELA SEGÚN EL ÁNGULO ÓPTIMO

Es importante para esta tecnología eólica el control del ángulo óptimo de la vela. Hay que tener en cuenta dos direcciones: la dirección del vehículo/embarcación y la dirección del viento; y ambas cambian incesantemente, ya sea el vehículo/embarcación siguiendo una carretera o la ruta más conveniente, ya sea el viento comportándose por su cuenta sin previo aviso. La vela tiene que ser comandada permanentemente para obtener el ángulo óptimo que permita transformar la fuerza cinética del viento en la máxima fuerza de desplazamiento del vehículo/embarcación. El ángulo óptimo depende de la dirección del vehículo/embarcación y del viento. Así, el ángulo óptimo es la bisectriz del ángulo formado por la dirección del vehículo/embarcación y la dirección del viento

FIGURA 1 – CUADRANTE-PANTÓGRAFO

Se puede observar que el ángulo óptimo, que está a 90° del ángulo de la cuerda de la vela, tiene el valor de la mitad del ángulo del viento. Así, el ángulo óptimo es la bisectriz del ángulo del viento referido a la dirección del vehículo/embarcación. El eje del “control manual del ángulo óptimo es operado por un manubrio al que se adosa una polea en torno a la cual se enrolla un rollo de la cuerda que controla la dirección de la(s) vela(s). El eje de la veleta es gobernada por la veleta a través de cuerda y polea. Consiguientemente, el control de la vela para que coincida con el ángulo óptimo que va señalando continuamente la veleta en un vehículo terrestre y que, a falta de motores, se efectúa manualmente, obliga a que su tripulación sea de dos personas. Una persona dedicada permanentemente en guiar el vehículo por la carretera y la otra en ajustar la vela al ángulo óptimo. Al parecer, en una embarcación del tamaño que sea, que sigue trayectos más estables que un vehículo terrestre, basta que tenga solo tres tripulantes si se consideran los turnos diarios.

B. FUERZAS QUE RESULTAN DE LA RELACIÓN CURSO DEL VEHÍCULO/ EMBARCACIÓN, DIRECCIÓN DEL VIENTO Y POSICIONAMIENTO DE LA VELA

La figura 2 ilustra el ángulo óptimo de la vela en relación con la dirección del viento y del vehículo/embarcación.

FIGURA 2 – FACTORES SEGÚN LA POSICIÓN DE LA VELA

Dónde:

d es la dirección o desplazamiento del vehículo/embarcación

v es la dirección del viento

α es el ángulo formado por d y v

b es la bisectriz del ángulo α, es el ángulo recto de la cuerda de la vela y es el ángulo óptimo

k es la fuerza lateral ejercida sobre los obenques y sobre la estabilidad del vehículo embarcaci

f es la fuerza resultante en la dirección d

C. CÁLCULO

La Tabla 1 muestra el ángulo óptimo de la cuerda de la vela en relación a la dirección del vehículo/embarcación en diferentes ángulos del viento también en relación a dicha dirección. La importancia de esta tabla es que con sólo la información de la dirección del viento la vela se puede posicionar en su ángulo óptimo. Esta tabla también se puede aplicar a los veleros para ajustar automáticamente sus velas en sus ángulos óptimos.

TABLA 1 - DIRECCIÓN DE LA VELA = 0º; ÁNGULO ÓPTIMO DE LA VELA EN FIG. 2, Y FACTORES DE LAS FUERZAS f Y k

ÁNGULOS, EN GRADOS
Viento,vv	Vela	Δ = α	b = sen α	f = sen β	k
0	90	-90	1	1	0,26
30	105	-75	0,966	0,933	0,59
60	120	-60	0,766	0,587	0,51
90	135	-45	0,574	0,329	0,28
120	150	-30	0,5	0,25	0,43
150	165	-15	0,259	0,067	0,26
180	180	0	0	0	0

TABLA 2 – POTENCIA GENERADA POR LA VELA

1. Parámetros determinados
Densidad del aire, d	1,225	kg/m³
Aceleración, g	9,8	m/s²
Ley de Betz, p	0,59
CV	75	kgm/s
Conversión kgm/s, c	0,0098	kW
Conversión CV	0,7355	kW
2. Parámetros variables
Velocidad del viento, vv	5	m/s
Velocidad del viento, vv	13,9	km/h
Velocidad viento máxima, vm	25	m/s
Velocidad viento máxima, vm	69,4	km/h
Promedio de viento diario, pv	0,25	día
Altura de la vela, h	6	m
Ancho de la vela, a	2,5	m
Cantidad de velas, q	3
3. Cálculo del área, Á	15	m²
4. Cálculo de la potencia
P = 2 q Á vv² p (1 - p)² / 75	3,645	CV
5. Empuje axial del viento
T = 2 Á d vm² p (1 - p) /  g	566,95	kg

Serán suficientes estas dos ecuaciones para calcular la construcción y el comportamiento del vehículo/embarcación que se desee fabricar.

D. PAUTAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL VEHÍCULO/EMBARCACIÓN A VELA

FIGURA 3 -  VEHÍCULO

FIGURA 4  -  ANILLO Y VIGAS CRUZADAS

FIGURA 5 – ESTRUCTURA DE LAS VELAS

Puede usarse cualquier tipo de vela. En este diseño, la vela es rígida y funciona por ambas caras, y como un ala de avión, para ser más aerodinámico su perfil puede ser cambiado por la modificación de sus bordes de ataque y salida. Esta modificación le da a la vela un mejor rendimiento aerodinámico, similar al ala de un avión o a una vela de lona cuyo tejido es cortado y cosido de acuerdo a las formas aerodinámicas. Un ala rígida se construye en base de largeros y costillas, y como cubierta se usa planchas metálicas o plásticas (cincadas, aluminio, fibra de vidrio) o cualquier otro material disponible que sea liviano y resistente al aire marino. Una ventaja adicional es que la vela pivota en su centro vertical, de manera que el esfuerzo es mínimo para cambiarla de posición. Por el contrario, la botavara de una vela cangreja, latina o tarquina requiere gran esfuerzo para sostenerla. Una vela cuadra no es utilizable por amabas caras. El único requisito es que los bordes de la vela de este diseño cambien al pasar de una banda a la otra.

FIGURA 6 – CONTROL DE LOS BORDES DE ATAQUE Y SALIDA DE LA VELA