PRODUCCIÓN HORTÍCOLA ENUN INVERNADERO GEODÉSICO CON SISTEMA SOLAR PASIVO 
La estructura geodésica de este invernadero facilita su construcción, permitiendo erigirla en pocas horas, por personas sin ningún conocimiento técnico. Además posee alta resistencia a cargas exteriores como viento y nieve, propiedades inherentes a la estructura geodésica. Combinado con los sistemas solares pasivos debido a su orientación constante al sol, ofrece óptimas posibilidades de conseguir buenas producciones en cultivos.
El presente trabajo responde a la oportunidad de aprovechar este tipo de invernaderos geodésicos, gracias a su bajo coste y simplicidad de construcción, para una producción hortícola a nivel doméstico o también industrial. Sólo se detallan los aspectos estructurales del invernadero, los temas referentes a tipo de cultivos, estratos, fertilizantes, agua, etc no se incluyen e el presente artículo.
I - Sistemas solares pasivos.
1.- Introducción.
En general, los invernaderos en agricultura consumen aproximadamente un 1.5% de la energía total que se destina a la calefacción y ventilación anuales en Europa.
El consumo de los invernaderos equipados con sistemas de calefacción representa el 30% de los costes operacionales generales de un invernadero, además el precio de la energía tenderá a aumentar en un futuro no muy lejano. En consecuencia, en muchos casos éste precio resulta prohibitivo para el uso de los sistemas de calefacción.
Con el fin de solucionar estos problemas es de vital importancia la utilización de sistemas alternativos de calefacción, de bajo coste, eficientes y que utilicen técnicas y materiales innovadores y baratos, en lo posible de fuentes energéticas renovables, con el fin de proveer condiciones interiores óptimas durante los meses más rigurosos de invierno.
El hecho de que el invernadero con sistema solar pasivo no requiera el aporte de elementos externos (calefactores, caloventores, extractores, energía eléctrica) permite entre otras cosas ubicarlo en zonas alejadas o de difícil acceso gracias a sus propiedades de crear y mantener un microclima adecuado para los climas extremos.
2.- Definición de los invernaderos solares pasivos
Los invernaderos solares pasivos están diseñados para maximizar los beneficios de la acción del Sol. Disponen de sistemas de acumulación del calor los cuales están integrados a la estructura del invernadero, es el mismo invernadero que funciona como colector solar. Durante el día, el calor sobrante es transferido desde el aire del interior del invernadero al sistema de acumulación de calor y se recupera por la noche. Entendemos por acumulador de calor aquella masa sólida (roca) o líquida (agua), capaz de ser calentado y de almacenar el calor recibido en forma de calor latente para cederla posteriormente durante las horas nocturnas.
3.- Algunas técnicas solares pasivas:
La temperatura ideal promedio para la prosperidad de los cultivos es entre 18 y 26 grados.
Veamos algunas tècnicas para la conservación de esta temperatura:
Agua, en forma de piletones, circulante, en bidones o bolsas plásticas negras.
Geometría de la estructura (geodésica) para maximizar los beneficios que produce la acción del Sol, aprovechando la orientación de sus caras.
Superficies aisladas, sombreadas o reflexivas, para aprovechar o disminuir la incidencia del sol.
Camadas de rocas (preferentemente negras)
Cañerías enterradas debajo de los cultivos. Circulación de agua/aire.
Describiremos en detalle algunas de ellas.
Técnica solar pasiva a partir de agua:En términos generales hay tres formas de disponer del almacenaje de agua:La primera utiliza bolsas de plástico negras especiales llenas con agua. Éstas se encuentran encima el suelo en todo el largo del invernadero en medio de las líneas de plantas.
La segunda dispone una serie de bidones negros llenos de agua a lo largo de la cara sur del invernadero, las cuales actúan como colectores solares y almacenadores de calor.
El tercer sistema utiliza directamente una pileta de agua cuyo volumen es proporcional al número de metros cuadrados del invernadero.
Los sistemas absorben la radiación solar incidente durante el día. Por la noche, el calor acumulado se devuelta en el interior por convección natural y radiación.
Superficies aisladas, sombreadas o reflexivas:
- Una técnica para el invierno consiste en aislar la superficie interior sur con un material aislante y reflexivo al mismo tiempo, del tipo utilizado en techos de madera debajo de las tejas o chapas. El aislamiento no permite el enfriamiento desde el exterior o perdida de calor desde el interior. Al mismo tiempo, la reflexión interior aumenta la incidencia solar proveniente de la cara norte. - Otra técnica para el verano consiste en el sombreado del invernadero que produce el descenso de las temperaturas en el interior del invernadero de hasta 5 grados. El mismo consiste simplemente en la colocación exterior de la tela comúnmente conocida como “media sombra”
Mas abajo describiremos el aprovechamiento de la geometría del domo geodésico como técnica solar pasiva.
II - Invernaderos Geodésicos:
1.-Introducción a la estructura geodésica.
A través de la historia, el hombre ha experimentado con diseños y materiales con el objetivo de hacer más con menos. Ningún hombre en la historia reciente ha hecho mas para avanzar hacia ese objetivo que Richard Buckminster Fuller; filosofo, matemático, ingeniero, historiador, poeta e inventor del domo geodésico. Aunque el mundo poco hay notado cuando en 1951 Mr Fuller presento su patente del domo geodésico, estos son hoy dia reconocidos como el sistema de construcción mas eficiente conocido por el hombre.
La esfera representa la menor área posible en cantidad de material de cobertura para cubrir un volumen determinado. La forma esférica es más eficiente que la de ángulos rectos en aproximadamente un 30%, porcentaje que se refleja en ahorro en costos de materiales, mano de obra y energía para acondicionar la temperatura.
El domo geodésico es estructuralmente fuerte por la tensegridad de su estructura, cualquier presión en uno de sus lados se desplaza hacia toda la estructura, por ello su capacidad antisísmica, su elevada resistencia a fuertes vientos y tormentas y su capacidad de soportar altas cargas de nieve.
2.- Beneficios de la estructura geodésica aplicada a invernaderos.
Resistencia a vientos, tormentas y nieve. La forma geodesica del domo es el diseño más fuerte y robusto para soportar los vientos o la acumulación de nieve (son comunes en la antártica como observatorios y laboratorios). Cuanto más sopla el viento, al no tener superficies de succión este lo rodea y lo tiende a afirmar más al suelo. Ninguna estructura cubierta es tan estable y fuerte.
Concentrador de la luz y el calor.El invernadero geodésico es un colector de energía solar pasivo ideal. Actúa como un reflector gigante de luz hacia dentro del domo, también concentrando y reflejando el calor interior, esto ayuda a prevenir la pérdida de calor por irradiación hacia afuera.
Optima orientación constante al sol. A diferencia de un invernadero convencional con el tejado en forma de V invertido, la cúpula geodésica tiene muchas superficies orientadas en ángulos diferentes. Eso quiere decir que, a medida que la Tierra gira el Sol está al menos irradiando constantemente y directamente unas o más superficies de la semiesfera.
Menor superficie de pared expuesta al exterior en relación a la superficie cubierta cultivable. Beneficio propio de la esfera, que reduce la superficie expuesta al exterior (mejorando la temperatura interior) en relación a la superficie cubierta interior.
Mejor ventilación y flujo de aire.La ventilación del domo, con adecuadas aberturas en la base, medio y cenit (cúpula), proporcionan una excelente mezcla del movimiento del aire y la temperatura, funcionando como una chimenea, de abajo hacia arriba y al centro.(ver gráf. mas adelante)
Temperatura más uniforme.Gracias al flujo mejorado del aire, la temperatura es más uniforme que en un cuarto convencional. No hay puntos fríos o calientes.
Distribución excelente del aire.La buena circulación del aire gracias a que no hay bordes o rincones, no permiten el estancamiento de aire que puedan crear proliferación de hongo o bacterias.
Óptimo control de la humedad. La HR(humedad relativa) es fundamental para los cultivos. El sistema de ventilación del invernadero geodésico permite controlarla adecuadamente tanto en su % relativo como en una armonizada homogeneizaciòn en todo el interior del invernadero.
Barato de calefaccionar.El volumen de aire dentro del domo es menor que en un cuarto tradicional, por lo que es mas barato mantenerlo tibio en invierno, ahorrando cerca de 40% en energía.
Excelente relaciòn volumen/sup.cubierta (volumen unitario).Siendo el cociente mìnimo recomendado de 3, el invernadero geodèsico gracias a su elevada altura tiene un cociente de 4,72.
Diseñado como kit autoconstruible.Con adecuadas instrucciones es muy fácil armarlo hasta por personas poco experimentadas, ahorrando mucho dinero en mano de obra.
Pequeña cimentación. Debido a la estructura esencialmente liviana, no precisa un cimiento complicado, en algunos casos basta montarlo sobre unos pequeños pilotes de madera o cemento.
3.- Actualidad de los invernaderos geodésicos
Film de polietileno: Una opción económica, aunque es importante una buena calidad para permitirle una duración de al menos 3 años (LDT larga duración térmica en 150 micrones) El film se corta en forma especial para cubrir la superficie esférica tridimensional y se sostiene en las juntas con arandelas plásticas. Estos numerosos puntos de sostén eliminan el “efecto flameado” que deteriora rápidamente el nylon. Además brinda un cierre hermético que evita el escape de calor/entrada de aire.
Doble techo antihelada.Se agrega otra capa de polietileno por dentro para crear una cámara de aire aislante con propiedades antihelada, disminuyendo enormemente la pèrdida de calor nocturno por irradiación tèrmica.
AntigranizoEn zonas con probabilidades de granizo se cubre el casquete superior del domo con una tela media sombra al 20% o 30% (malla antigranizo)
PolicarbonatoEl policarbonato alveolar (de 4 o 6mm) es un material óptimo aunque un poco caro. Aunque si se lo compara con el rendimiento, tanto por su elevada aislación térmica, y por sus propiedades antigranizo y antihelada; sumado esto a una garantía de por lo menos 10 años de duración, entonces quizás la inversión valga la pena. Los triángulos del material se aseguran a la estructura por medio de unas molduras atornilladas a la estructura. Hay estudios que aseguran que la difusión solar que producen estos paneles es altamente beneficiosa para las plantas.
4.- Ventilación del invernaderoLa ventilación en los invernaderos tradicionales se realiza por los siguientes motivos: durante el invierno para evitar condensaciones, en verano para controlar el exceso de temperatura alrededor del cultivo. Al otoño y primavera para controlar la temperatura y la humedad dependiendo de las condiciones que se den.
Aparte la ventilación también sirve para eliminar el exceso de dióxido de carbono.
En climas muy cálidos se pueden usar ventiladores/extractores que funcionen mediante sistemas fotovoltaicos o similares.
La superficie de ventilación para satisfacer estos propósitos tiene que ser de un 25% de la superficie de la cubierta (el invernadero geodésico precisa menos debido a la facilidad de circulación interior.)
Adecuadas entradas de aire a nivel base y media/alta (por encima de los cultivos) mas una salida de aire cenital crean el efecto de circulación global y armonioso típico del domo geodésico (ver gráfico). El aire fresco entra por las partes bajas y medias del domo e impulsa al aire caliente hacia arriba, donde es expelido por la abertura cenital.
5.- Sistema de acumulación de calorEn el caso de utilizar la pileta de agua como medio de acumulación de calor y basándonos en la información existente, parece que un valor apropiado del volumen de agua es aproximadamente de 0,1m3 x m2 de superficie de suelo del invernadero. 
Dado que la superficie de suelo del invernadero es de 38 m² y que la relación entre el volumen de agua a utilizar y la superficie del suelo del invernadero es de 0,1m3 x 38m2, el volumen de almacenaje de agua es de 3,8m3.
Es ideal colocar la pileta de forma longuilinea y material negro, en la línea de incidencia directa del sol a lo largo de su recorrido en los meses de invierno, de esta manera el agua estará recibiendo siempre perpendicularmente los rayos del sol. En verano, la línea contigua de paneles se ensombrece a fin de disminuir la incidencia directa del sol sobre la pileta.
La pileta también ayuda a mantener los niveles de humedad en proporciones favorables.
El uso de bidones negros o bolsas plásticas negras con agua también puede complementar a la pileta.
6.- Mejoras en la incidencia solar.Como se explicó anteriormente, en invierno se aísla la superficie interior sur con un material aislante y reflexivo al mismo tiempo, (del tipo aluminizado utilizado en techos de madera debajo de las tejas o chapas). El aislamiento de la cara sur no permite el enfriamiento desde el exterior o pérdida de calor desde el interior. Al mismo tiempo, la reflexión interior aumenta la incidencia solar proveniente de la cara norte. En verano se sombrea el invernadero colocando exteriormente tela “media sombra”
7.- Bancos de cultivoEspecíficamente se incidirá en el número, la distribución y el volumen de los bancos de cultivo, pensando en la optimización de la superficie de cultivo y la superficie de maniobrabilidad. La creación de los bancos se cree útil para la delimitación de la superficie cultivable evitando así la compactación del suelo.
Dada la superficie del invernadero se pueden crear en forma concéntrica unos 35 metros de bancos de 1 mt. de ancho por 50 cm. de alto, separados entre si por 50cm.
En la figura se puede apreciar un diseño tentativo, la distribución final de los bancos queda a criterio del agricultor.
Dado que la superficie de suelo del invernadero es de 38 m² y que la relación entre el volumen de agua a utilizar y la superficie del suelo del invernadero es de 0,1m3 x 38m2, el volumen de almacenaje de agua es de 3,8m3.
Es ideal colocar la pileta de forma longuilinea y material negro, en la línea de incidencia directa del sol a lo largo de su recorrido en los meses de invierno, de esta manera el agua estará recibiendo siempre perpendicularmente los rayos del sol. En verano, la línea contigua de paneles se ensombrece a fin de disminuir la incidencia directa del sol sobre la pileta.
La pileta también ayuda a mantener los niveles de humedad en proporciones favorables.
El uso de bidones negros o bolsas plásticas negras con agua también puede complementar a la pileta.
6.- Mejoras en la incidencia solar.Como se explicó anteriormente, en invierno se aísla la superficie interior sur con un material aislante y reflexivo al mismo tiempo, (del tipo aluminizado utilizado en techos de madera debajo de las tejas o chapas). El aislamiento de la cara sur no permite el enfriamiento desde el exterior o pérdida de calor desde el interior. Al mismo tiempo, la reflexión interior aumenta la incidencia solar proveniente de la cara norte. En verano se sombrea el invernadero colocando exteriormente tela “media sombra”
7.- Bancos de cultivoEspecíficamente se incidirá en el número, la distribución y el volumen de los bancos de cultivo, pensando en la optimización de la superficie de cultivo y la superficie de maniobrabilidad. La creación de los bancos se cree útil para la delimitación de la superficie cultivable evitando así la compactación del suelo.
Dada la superficie del invernadero se pueden crear en forma concéntrica unos 35 metros de bancos de 1 mt. de ancho por 50 cm. de alto, separados entre si por 50cm.
En la figura se puede apreciar un diseño tentativo, la distribución final de los bancos queda a criterio del agricultor.
No olvidar también que la elevada resistencia de las juntas permite construir estantes para macetas o germinadoras, canteros elevados, o guías de crecimiento para enredaderas tipo tomateras, etc.
Otra forma de aprovechar el espacio vertical son los tubos de crecimiento, mangas de nylon plástico rellenas de tierra colgadas directamente de las juntas (como se ve en la foto) y sostenidas por postes y alambres, con agujeros practicados en sus costados, en donde asomas esplendidas plantas de lechuga, frutilla, etc. Son famosos estos sistemas de cultivo vertical de frutillas por proveer una fruta de óptima calidad, y obtener 10 veces más producción que los cultivos planos.
Fuentes:
UNIV. POLIT, CATALUÑA,
ESC. SUP. AGRIC. BARCELONA
http://www.geodesic-greenhouse-kit.com/
www.solardomes.co.uk
INTA
El presente modelo esta diseñado con una superficie orientada a la agricultura doméstica, aunque se pueden lograr superficies mucho mayores para producciones más comerciales. También se puede utilizar para floricultura, piscicultura o para el cultivo de hongos comestibles.
2.- Estructura.
Dimensiones estructurales: El invernadero tiene forma de semiesfera con una base de 7 m de diámetro, una superficie útil interior de unos 38 m² y un volumen total aproximado de 180 m³. Como resultado la altura cenital del invernadero es de 3,5m. La superficie esférica a cubrir es de 77m2.
Materiales estructurales La estructura puede realizarse en madera (2”x2” o 2”X3”), en caño estructural (3/4” o 7/8”), o también en caño de PVC (1”) El conjunto de la estructura debe anclarse firmemente en el suelo ya que el invernadero presenta cargas elevadas de succión.
Utilizando la misma estructura pero añadiendo una capa absorbente interior negra, se utiliza en la tecnología para el secado de frutos en países en vías de desarrollo. El aire fresco se calienta en el espacio que hay entre la capa exterior y la capa absorbente interior. Acto seguido, el aire caliente pasa a través de las bandejas donde hay los frutos y sale por la parte alta de la semiesfera. El color, el sabor y las cualidades nutricionales de la fruta secada en la estructura geodésica son óptimas, ya que la fruta no está expuesta a la radiación solar directa.
Otros usos documentados son el desarrollo de un sistema ictícola a escala para ser emplazado dentro de la semiesfera y que resulta una forma económica para la producción de proteína para la alimentación humana. En Argentina se esta trabajando con prototipos de invernaderos geodésicos en Capilla del Monte, Córdoba, y en una comunidad en la localidad de El Soberbio, Misiones.
Se ha presentado un modelo –por primera vez- de 10 mts de diámetro en la Exposición Rural en Malagueño, el pasado 10,11 y 12 de octubre del 2008.
III Prototipo de invernadero desarrollado:
