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Juan Carlos López Hernández FUNDACION CAJAMAR Calefacción de invernaderos mediante biomasa
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Juan Carlos López Hernández
FUNDACION CAJAMAR
Calefacción de invernaderos
mediante biomasa
Niveles inferiores a la temperatura mínima biológica provocan:• Reducción del transporte y distribución de asimilados• Disminución de la absorción de agua y sales• Pérdida de fertilidad• Reducción del crecimiento
Temperatura mínima
IMPORTANCIA DE LA TEMPERATURA
Tª media nocturna invernal (7-9ºC) < Tª óptima nocturna (15-20ºC)
Productividad Calidad frutos Precios altos
Variedad de sistemas disponibles
•La incorporación de sistemas de calefacción al invernadero aumenta lacantidad y calidad de la producción.
•El coste de la instalación en orden creciente es:- aire caliente combustión directa
- aire caliente combustión indirecta- agua caliente a baja temperatura
- agua caliente a alta temperatura
En todos los casos se consumen combustibles fósiles de elevado coste y generadores de emisiones de CO2
SISTEMAS DE CALEFACCIÓN DE INVERNADEROS
Generador de aire caliente
SISTEMAS DE CALEFACCIÓN DE INVERNADEROS
Calderas de calefacción por agua
•Combustibles fósiles:Debido al alto coste de los combustibles fósiles, la incorporación de estos sistemas necesitan de un mercado que „garantice‟ el precio final del producto
•Biomasa:La biomasa es la que presenta una mayor relación PCI/coste, por lo que es elcombustible más barato.Su combustión elimina un problema medioambiental derivado de ladescomposición natural “incontrolada” de la misma.
Combustibles
SISTEMAS DE CALEFACCIÓN DE INVERNADEROS
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
0 5 10 15 20
€/ m
2
añ
o
Tª consigna (ºC)
Gasoil
Aceituna
Almendra
Pellets pino
Coste de combustible
Gasto anual en calefacción del invernadero para diferentes combustibles a distintas temperaturas de consigna durante un año en El Ejido
Calefacción por biomasa
Procesado de la biomasa: peletizado
Tipos de biomasa-residuos agrícolas
RESIDUOS DE CULTIVOS
- HERBÁCEOS: - LEÑOSOS
RESIDUOS AGROINDUSTRIALES
- FRUTOS SECOS - ALMAZARAS
RESIDUOS VEGETALES DE INVERNADERO
Procesado de la biomasa: peletizado
Acondicionamiento de la biomasa (3)
Compactación (peletizado)
Se basa en la presión ejercida por una serie de rodillos (de 1 a 5) sobre los residuos
situados sobre una matriz metálica dotada de orificios de calibre variable (0,5 a 2,5
cm.)
• 6-12 mm de diámetro
• 20-60 mm de longitud
• densidad 600 kg/m3
Calderas de biomasa para la calefacción de invernaderos
Las caldera más adecuada para su empleo en invernadero, debe ser un equipo
robusto, de fácil manejo y con alimentación de combustible automatizada
A. Calderas de agua B. Generadores de aire
Alimentación del sistema
•La temperatura y concentración de dióxido de carbono (CO2) son, junto con ladisponibilidad de radiación solar, los factores determinantes de la fotosíntesis , ypor tanto del crecimiento y productividad.
•La concentración de CO2 óptima para el desarrollo de las especies hortícolas seha establecido entre el rango de 700 - 1000 mol mol-1.
•Debido al proceso de asimilación del dosel vegetal, en el interior delinvernadero se produce un decremento respecto de la concentración de CO2
atmosférica (370 mol mol-1), limitando los cultivos.
0 200 400 600 800 10000
0.05
0.1
0.15
Fo
tosí
nte
sis
(g
r C
H2
O/m
2 m
in)
Concentració n CO2 (ppm)
700 W/m2
500 W/m2
300 W/m2
100 W/m2
Concentración de CO2
IMPORTANCIA DEL CO2
(Rodríguez, F.)
Beneficios del control de clima y CO2
IMPORTANCIA DEL CO2
(Lorenzo, P.)
•Los cultivos bajo plástico constituyen un sumidero “natural” de CO2
•El enriquecimiento carbónico mejora la productividad•El uso no se han extendido por el coste del CO2 (0,2 €/kgCO2)
•Cada hectárea fija de forma natural 37 TmCO2/Ha año•9,2·105 TmCO2/año en Almería, 1,7·106 TmCO2/año en España
Beneficios ambientales del uso de CO2 en invernaderos
150 ha
0,5%
24.763 ha
78,4%
3.500 ha
11,1%
1.610 ha
5,1%
725 ha
2,3%750 ha
2,4%
21 ha
0,1% 57 ha
0,2%
31.576 ha
66,68%
7.291 ha
15,40%
4.909 ha
10,37%
1.701 ha
3,59%
605 ha
1,28%
387 ha
0,82%
150 ha
0,32%
130 ha
0,27%
103 ha
0,22%
Fuente:
Consejería de Agricultura y Pesca de la Junta de Andalucía.*
Campaña 1998/99
Fuente:
Estimaciones finales de campaña 98/99. Servicio de Estadísitcas Agrarias del MAPA.*
ENRIQUECIMIENTO CARBÓNICO
•Inyección de CO2 almacenado en tanques o bombonas:
Consiste en inyectar CO2 procedente de bombonas o tanques. Es un métodosencillo de instalar y regular, no depende de la actividad de otros elementosdentro del invernadero para su actividad y el aporte es inmediato. El gas seinyecta sin impurezas. El mayor inconveniente es el coste del CO2.
•Utilización de gases de combustión de la instalación de calefacción
Este método consiste en recuperar los gases de combustión de la calefaccióne introducirlos en el invernadero. Tiene el inconveniente de proporcionar CO2
en el momento donde es menos efectivo, durante la noche, que es cuandosuele funcionar la calefacción. Es importante la naturaleza del combustibleutilizado, ya que los gases de combustión pueden contener compuestostóxicos.
Estrategias de aporte de CO2
ENRIQUECIMIENTO CARBÓNICO
APLICACIÓN DE COMBUSTIÓN DIRECTA PARA CALOR Y/O CO2
Estudiar las concentraciones máximas admisibles de gases tóxicos en los gasesde combustión. Determinar el aumento de producción por el uso de sistema deenriquecimiento carbónico con gases de combustión directa. Minimizar laspérdidas de CO2 y maximizar el rendimiento de los cultivos combinando controlde temperatura y CO2 con gases de combustión directa
Demostrar la posibilidad de utilizar calderas de biomasa en sistemas decalefacción de invernaderos. Desarrollar un sistema de enriquecimientocarbónico a partir de los gases de combustión generados.
APLICACIÓN DE CAPTURA DE CO2 ACOPLADA A PRODUCCION DE CALOR
Optimización del enriquecimiento carbónico
ENRIQUECIMIENTO CARBÓNICO
Optimización de la inyección directa
ENRIQUECIMIENTO POR COMBUSTIÓN DIRECTA
Límites de toxicidad
ENRIQUECIMIENTO POR COMBUSTIÓN DIRECTA
GAS PERSONAS PLANTAS PLANTAS3
CO2 5000 45501 1600
CO 47 1001
SO2 3,5 0,11 0,015
H2S 10,5 0,011
C2H4 5,0 0,011 0,020
NO 5,21 / 5,02 0,51 / 0,01-0,12 0,250
NO2 5,02 0,2-2,02 0,100
concentraciones máximas aceptables (vpm) para humanos y plantas
La combustión directa permite aportar calor y/o CO2 pero pueden presentarsetoxicidades para personas y plantas.
La concentración de los gases nocivos que puede dañar los cultivos depende de: duración dela exposición del gas, cultivo, radiación, temperatura, humedad, etc.
Los síntomas observados en las plantas cultivadas bajo gases tóxicos son: reducción en elcrecimiento, color verde oscuro de las hojas, hojas deformes, reducción del área foliar yabortos florales.
•Las calderas de biomasa pueden utilizarse en sistemas de calefacciónconvencionales, con el consiguiente ahorro en combustible y sostenibilidad delproceso.
•Debido al desacoplamiento de los requerimientos de calor y CO2 paraaprovechar tanto el calor como el CO2 generados durante la combustión esnecesario almacenar uno u otro. Se pretende almacenar el CO2.
Descripción del sistema
CAPTURA DE CO2 ACOPLADA A PRODUCCION DE CALOR
Depósito de 2 m3, carbón activo, soplante de baja presión, válvula de regulación y sensor de CO2
Tuberías de polietileno de riego por goteo
SISTEMA DE CAPTURA DE CO2 SISTEMA DE DISTRIBUCION DE CO2
0
50
100
150
200
250
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Presion entrada, bar
Flu
jo g
as,
L/m
in
microtubo
flexible
riego
Descripción del sistema
CAPTURA DE CO2 ACOPLADA A PRODUCCION DE CALOR
•Durante la noche:•Aumento de temperatura de 3ºC respecto al sistema sin calefacción
•Durante el día:•Incremento de la concentración de CO2 hasta 800 vpm a demanda
SISTEMA DE CALEFACCIÓN SISTEMA DE ENRIQUECIMIENTO CO2
0
100
200
300
400
500
0
200
400
600
800
1000
8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00
Rad
iació
n P
AR
(W
/ m
2)
[CO
2]
inv
ern
ad
(p
pm
)
Tiempo (h:mm)[CO2] inv Radiación
0
20
40
60
80
100
120
0
5
10
15
20
25
30
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:0012:0014:00
Hu
med
ad
rela
tiv
a
(%),
Ap
ert
ura
ven
tan
as
(%)
Tem
pera
tura
In
vern
ad
ero
(ºC
)
Tiempo (h:mm)Temp. Invernadero Humedad Ventanas
Demostración del sistema
CAPTURA DE CO2 ACOPLADA A PRODUCCION DE CALOR
Figure. Greenhouse air temperature during the CO2 supply with closed vents.
ADSORCIÓN DE CO2 EN TANQUE DE CARBÓN ACTIVO
-20
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250 300
Ren
dim
ien
to (
%)
Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 50 100 150 200 250 300
[CO
2]
tan
qu
e (
% V
ol.)
Tiempo (min)
Cantidad de CO2 retenida:35 Kg
A presión elevada se retiene el CO2
desde el gas de combustión. Elresto de gases son emitidos aambiente al liberar gas para regularla presión.
020406080100120140160180200
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 50 100 150 200 250 300
Ap
ert
ura
válv
ula
(%
)
Pre
sió
n (
bar)
Tiempo (min)
Presión Válvula tanque
Descripción del sistema
CAPTURA DE CO2 ACOPLADA A PRODUCCION DE CALOR
GRACIAS
