D E S C R I P C I Ó N

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a una unidad de secado de purines. Más concretamente, una unidad de secado de purines líquidos de porcino, vacuno lechero y otras especies animales utilizando suelo radiante alimentado con energía solar térmica y otras fuentes energéticas.

El objeto de la invención es una unidad de alto rendimiento para el secado de purines líquidos de la especie porcina sin emisiones de amoniaco al medio ambiente dotada de un suelo radiante que puede ser alimentado por energías renovables como: termosolar, fotovoltaica, eólica, biomasa, geotermia, u otros sistemas de aporte energético como el gas natural, propano o GLP.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al sector de la ganadería.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las unidades de secado tienen una larga trayectoria en el sector agrícola para la deshidratación de diferentes productos como los hortícolas, maíz, café etc. Estas unidades consisten en invernaderos dotados de una infraestructura de madera o metálica cerrada con lámina de polietileno, copolímero etileno vinilacetato, policloruro de vinilo (PVC), policarbonato o vidrio.

Para determinar el intercambio energético se tienen en cuenta: la intensidad de la radiación solar, la velocidad y temperatura del aire, el área del cerramiento del invernadero y los valores de los calores específicos.

Existen numerosas publicaciones referentes a diferentes modelos de secaderos, tanto para el secado por lotes como el secado en continuo, utilizando en algunos de ellos electricidad, combustibles fósiles, o incluso la energía solar, pero en todos ellos el elemento a calentar es el aire que circula sobre el producto y que se satura con el agua que se extrae de él.

Los secaderos existentes se clasifican en sistemas activos, con ventilación forzada, y sistemas pasivos, con ventilación natural. En todos ellos los componentes principales son:

- Un invernadero que actúa como colector de energía solar.

- Conductos apropiadamente aislados.

- Una superficie de secado.

- Una chimenea para la extracción del aire húmedo.

Y, además, en los sistemas activos:

- Ventanas monitorizadas.

- Impulsores de aire (ventiladores).

El rendimiento de estas instalaciones es adecuado para la deshidratación de productos de origen agrícola, pero no es suficiente para la extracción de grandes cantidades de agua.

Existen las que afrontan este problema, como algunas instalaciones que extraen sal del agua de mar acelerando el proceso de evaporación utilizando energía fotovoltaica, siguiendo el modelo de los secaderos de productos agrícolas, resultando una inversión inviable.

En el sector ganadero se han puesto en marcha secaderos de purines que siguen en esencia el mismo modelo, con algunas mejoras. Hay que tener en cuenta que, además del desafío técnico de extraer grandes cantidades de agua de una forma rentable, en el caso de los purines se debe evitar la emisión de amoniaco a la atmósfera durante el proceso.

La empresa EMA DEPURACIÓN S.L ubicada en Olot, diseñó en 2014 un invernadero- secadero para purines de ganado bovino, previa concentración de los mismos en granja (utilización de arrobaderas de arrastre). Los elementos distintivos respecto a los invernaderos-secaderos anteriores son, en primer lugar, la necesidad de acidificar el purín de entrada hasta alcanzar un pH entre 5,5 y 6 con el propósito de fijar hasta el 70% del amonio presente en el mismo, convirtiéndolo en nitrato, y así evitar su emisión en forma de amoniaco. La acidificación es una técnica empleada en Dinamarca por la empresa INFARM S.A desde 2006, y en España en tratamientos físico-químicos (empresa ROTECNA S.A), en secado de purines por aire caliente con gas natural en empresas como TRACJUSA, en otros invernaderos-secaderos implementados por INNOVACC (Asociación catalana de innovación en el sector cárnico porcino), SOLARPUR etc. En segundo lugar, utilizar un removedor, inventado por la propia empresa, para hacer avanzar a lo largo del secadero la masa de purín a medida que pierde humedad y aumenta su densidad, hasta recogerlo en un sinfín que lo extrae al exterior. El vapor emitido durante el proceso es transportado por el aire de entrada al invernadero, siendo direccionado por ventiladores interiores y extraído por un ventilador que lo conduce a través de un conducto hasta un filtro compuesto por corteza de árbol humedecida con una solución ácida que actuará como un último depurador del amoniaco que pueda quedar en el vapor de agua extraído. Esta técnica se basa en el stripping o desgasificado, que consiste en la captura de un componente volátil de un efluente líquido mediante la acción de un elemento inductor que puede ser aire, vapor, nitrógeno etc. Ampliamente utilizado en el desgasado de lixiviados por empresas como TECNIUM.

Al querer trasladar la experiencia del secado de purines concentrados de ganado bovino a purines con un componente líquido mayor, como los purines de porcino o los de vacuno de leche, el escaso rendimiento de la instalación requería que previamente se realizase una separación sólido-líquido con separadores ya existentes en el mercado y se realizara la deshidratación del componente sólido, mientras que la fracción líquida debía tener un segundo tratamiento o ser aplicada al campo, con un contenido del 80-85% del N del purín fresco. Esta solución para purines líquidos resulta poco aplicable porque la fracción más sólida de la separación puede ser retirada por las empresas de compostaje, que lo mezclan con estiércoles de otras especies animales, o le añaden viruta de madera para estructurarlo, ofreciendo al mercado abono orgánico estandarizado, con lo que la deshidratación a mayores de este componente resulta poco útil, y la fracción líquida sigue teniendo el mismo volumen, suponiendo el mismo problema de transporte y aplicación al campo.

En esta línea INNOVACC ha puesto en marcha secaderos de purines con ventilación dinámica o natural, utilizando la energía captada por el propio invernadero a través de sus paredes y techos, y la energía térmica del aire que entra en el mismo, lo que reduce en mucho el periodo funcional de los mismos, y por tanto su rendimiento, para poder dar solución a la cantidad de purines líquidos generados. La empresa SOLARPUR ha puesto en marcha secaderos de purines optimizando la ventilación, evitando las emisiones de amoniaco mediante la acidificación del purín y un sistema de filtrado final del aire. Utilizando un software que optimiza las ratios de ventilación según la radiación incidente en el invernadero, ha conseguido doblar la ratio de evaporación que se consigue en la evaporación solar natural, pero aún con este logro, su objetivo no es obtener la deshidratación total del purín, sino, eliminando parte del agua, una concentración previa a su transporte y aplicación al campo.

Referencias de sistemas de secado con invernadero:

1. SOGARI, N y col (2000). “Uso de la energía solar y del biogás en la deshidratación de productos hortícolas” En Comunicaciones Científicas y Tecnológicas”. Universidad Nacional del Nordeste (Argentina).

2. GONZÁLEZ ZÚNIGA, C.E (2016). “Evolución del desempeño de un secador operado con energía solar y biogás para remoción de humedad en granos de café” Escuela Agrícola Panamericana Zamorano (Honduras). Proyecto de graduación. Ingeniería de medio Ambiente y Desarrollo.

3. AMEER B.M.A y col (2010). “Design and performance evaluation of a new hybrid solar dryer for banana” En Energy Conversión and Management 51 ; pp: 813-820.

4. MONTERO, I y col (2010). “Design, construction and performance testing of a solar dryer for agroindustrial by-products” En Energy Conversión and Management 51 ; pp: 1510-1521.

5. EKECHUKWU OV y col (1999). “Review of solar-energy drying systems: an overview of drying principies and theory” En Energy Conversión and Management 40(6); pp: 615-655.

6. GONZÁLEZ HALCÓN, C (2018). “Estudio de viabilidad de producción anual de salina en marisma con energías renovables” Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ICAI). Grado de Ingeniería Electromecánica. Madrid.

7. FERNÁNDEZ-LÓPEZ y col (2007). “Sistema integrado de desalación por energías renovables sin emisión de salmuera”. Conference paper. Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica. 8. INNOVACC. https://www.lavanguardia.com/local/girona/20140630/544114297 14/olot-prueba-piloto-secar-purines-energia-solar.html.

9. EMA DEPURACIÓN S.L https://www.innovacc.cat/2016/11/11/visita-a-un- invernadero-de-secado-solar-de-purines/?lang=es.

10. SOLARPUR. https://ecoinventos.com/solarpur/.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

Los inventores de la presente solicitud han desarrollado una planta de secado de purines de alto rendimiento en la que, a partir de elementos ya conocidos, como el aprovechamiento de la energía solar captada a través de una estructura tipo invernadero, la acidificación previa con ácido sulfúrico para el control de las emisiones de amoniaco, y la filtración final del aire, se incorpora un suelo radiante para aumentar la captación de energía del medio y su transferencia a la masa de purín.

El secado se produce por el resultado del balance de calor. Las necesidades térmicas son el resultado de sumar la entalpia del agua para que se produzca la evaporación, la energía necesaria para elevar la temperatura inicial del purín a la temperatura de consigna, y la energía necesaria para calentar la temperatura del aire que entra en el invernadero para transportar el vapor de agua que se produce durante el proceso de deshidratación.

La principal novedad de la instalación, para la cual se solicita el registro como modelo de utilidad, es la incorporación del suelo radiante y la utilización de depósitos de agua para el almacenamiento de la energía que no se haya podido transferir durante el día, utilizándola durante la noche, o los días que haya menor aporte energético.

El purín en fresco, sin homogeneizar, llega a un depósito cerrado con un batidor de hélice, donde se incorpora el ácido sulfúrico para su acidificación, y se controla con un medidor de pH continuo.

Una vez homogeneizado y acidificado a pH 5,5-6, se impulsa mediante una bomba al invernadero de purines, repartiéndose por la superficie del suelo radiante hasta formar una capa de 3-6 c de espesor. La energía de la que dispondremos será la radiación que incide en la cubierta del invernadero, la energía del aire que incorporemos al invernadero, y la energía que transfiramos a la masa de purín a través del suelo radiante.

El suelo radiante está compuesto en esencia por varios conductos en serpentín que transportan agua. El agua es impulsada por motores de bombeo, cuya potencia y número dependerá de los metros lineales de serpentín por los cuales debe circular. La tecnología para este sistema está ampliamente desarrollada en los sistemas de calefacción residencial. El agua circulante dispone de uno o varios depósitos de regulación que permiten almacenar energía excedentaria en forma de agua caliente.

El agua del suelo radiante forma parte de un circuito cerrado estanco que incorporará y transferirá energía por intercambio de calor.

La captación de energía puede ser de diferentes maneras:

- Campo termosolar: los captadores termosolares pueden ser planos o de tubos de vacío. Se instala un número de paneles optimizado al volumen de purín que se prevea deshidratar en un espacio acondicionado y próximo al invernadero, con orientación Sur. La tecnología termosolar está ampliamente extendida y probada. El agua del circuito recibe la energía térmica por intercambio de calor, al pasar por los captadores, se recoge en los depósitos de regulación y se bombea al interior del invernadero, donde transferirá la energía a la masa de purín.

- Campo fotovoltaico: los paneles fotovoltaicos se instalarán optimizando su número y potencia al volumen de purín que se prevea deshidratar en un espacio acondicionado próximo al invernadero, con orientación Sur. La corriente continua de las placas fotovoltaicas se transforma en corriente alterna con un inversor. El agua del circuito recibe la energía térmica por intercambio de calor con las resistencias eléctricas colocadas en el interior de los depósitos de regulación. En el caso de la energía fotovoltaica se puede, además, acumular energía con baterías de ácido-plomo o de litio (según la tecnología disponible actualmente).

- Biomasa: la caldera de biomasa se alimenta con diferentes combustibles con un balance de C02 neutro: pellets de madera, huesos de aceituna, cáscaras de frutos secos, huesos de melocotón etc. El agua del circuito adquiere energía térmica a su paso por la caldera y se almacena en los depósitos de regulación, desde donde es impulsada al interior del invernadero, donde transferirá la energía a la masa de purín.

- Calderas de gas natural, propano o GLP: El agua del circuito adquiere energía térmica a su paso por la caldera y se almacena en los depósitos de regulación, desde donde es impulsada al interior del invernadero, donde transferirá la energía a la masa de purín.

- La energía contenida en una balsa de almacenamiento de purines como circuito geotérmico. Todas las granjas almacenan los purines líquidos en balsas de recepción con capacidad mínima para 3 meses. El purín es un elemento inestable, produciéndose en su interior reacciones anaeróbicas con generación de calor, gases nocivos como el amoniaco y gases de efecto invernadero como el metano y óxido nitroso. Esta energía se aprovecha para su uso en la planta de secado gracias a la captación realizada por una bomba de calor, que transfiere toda la energía al depósito de inercia que contiene el fluido del circuito radiante del invernadero. El campo de captación lo conforman tubos de polietileno en el interior de la balsa a media altura, sin dejar que se posen en el fondo para evitar que solidifique el sedimento y bloquee de esta manera la captación energética. La bomba de calor se programa para que deje de funcionar cuando la temperatura del purín descienda a 4°C, permitiendo que la masa de purín recupere energía térmica por la irradiación solar y las reacciones anaeróbicas interiores. Esta forma de captación tiene dos ventajas: la primera es el aprovechamiento energético para el secado de purines de una manera muy eficiente, con un Coeficiente de Eficiencia Energética de 5-6, y la segunda, al disminuir la temperatura de la masa de purín se ralentiza la actividad microbiana anaeróbica y las reacciones enzimáticas responsables de las emisiones de amoniaco, metano y óxido nitroso, disminuyéndolas de forma significativa.

Adicionalmente, para aumentar la producción energética de la balsa de purines, se utiliza un tubo difusor de oxígeno que circula por el interior de la misma y un equipo de ozonización, productor del oxígeno. La activación aeróbica permite extraer más energía interna y adicionalmente tiene un efecto fijador del nitrógeno presente en el purín.

- La aerotermia gracias a la captación realizada por una bomba de calor que utiliza el gas propano o similares como refrigerante en el circuito. Esta bomba de alto rendimiento es complementaria a la bomba de calor anterior, permitiendo seguir el suministro energético cuando se agote energéticamente el procedente de la balsa de purín.

- Intercambiadores de calor de alto rendimiento que captan la irradiación solar y la transfieren a la corriente de aire que se introduce en el invernadero por la depresión generada por un ventilador. La dimensión y potencia del intercambiador de calor dependerá de la temperatura de consigna de entrada.

El purín en fresco, sin homogeneizar, llega a un depósito cerrado con un batidor de hélice, donde se incorpora el ácido sulfúrico para su acidificación, y se controla con un medidor de pH continuo.

Una vez homogeneizado y acidificado a pH 5,5-6, se impulsa mediante una bomba al invernadero de purines, repartiéndose por la superficie del suelo radiante hasta formar una capa de 3-15 cm de espesor. Dicho espesor dependerá de la superficie del invernadero, de la densidad del purín y el intervalo de tiempo deseado entre secados.

Se incorpora un equipo difusor de radicales OH para sustituir o complementar la acidificación del purín. Se trata de un emisor de radiación ultravioleta que excita las moléculas de peróxido de hidrógeno procedentes de un depósito interior equipado con un difusor pasivo, generando radicales OH- Dichos radicales OH- son muy reactivos y aunque su vida media se mide en picosegundos, producen una reacción en cadena con las moléculas de agua en forma de vapor, generando más radicales OH- Los radicales OH- reaccionan con los microorganismos presentes en el purín inactivándolos, y rompe las moléculas de amoniaco, metano y compuestos orgánicos volátiles, permitiendo una extracción de vapor baja en emisiones y sin olores.

- Otras fuentes energéticas: vapor de agua de procesos industriales, energía térmica procedente de fluidos de procesos industriales. Cualquier sistema que permita un intercambio energético con nuestro circuito cerrado de agua.

El diseño de la planta está especialmente orientado a purines con un gran contenido acuoso. En pruebas realizadas por los inventores en 2017 con una pequeña planta piloto de 2 m2, este tipo de purines, al contener entre un 3,5 y un 16% de materia seca, no generan el efecto “crosta” cuando el espesor de la lámina no supera los 6 cm, llegando a deshidratarse hasta valores de humedad de un 20%. Cuando alcanza este valor de humedad el purín se convierte en un producto manipulable que se puede apilar en un espacio techado anejo al invernadero y puede ser retirado posteriormente por las empresas de compostaje. La deshidratación hasta estos niveles permite también que no se produzcan emisiones adicionales de amoniaco.

El purín, una vez deshidratado, puede retirarse del invernadero de forma manual o con maquinaria agrícola y un accesorio de arrastre de goma hasta evacuarlo por uno de los extremos del invernadero.

Pueden, asimismo, implementarse sistemas automatizados de recogida mediante un puente grúa que discurra a lo largo de los laterales del invernadero con un accesorio de goma y escobones que lo introduzca en una canal en cuyo interior se active un tornillo sinfín, transportando el deshidratado a un espacio exterior techado donde se pueda apilar.

La automatización incluye el control del bombeo de purín desde la balsa de almacenamiento hasta el depósito de homogeneización o directamente dentro del invernadero, con un sensor de llenado que detiene el funcionamiento de la bomba cuando se ha alcanzado el nivel deseado; control del caudal de ventilación a través de los ventiladores electrónicos; control de la bomba de circulación del circuito hidrotérmico en el suelo radiante; control del nivel de secado con aviso de final del proceso; inyectado del ácido sulfúrico en el depósito de homogeneización y tiempo de batido; control de la bomba de vaciado del depósito de homogeneización hacia el invernadero con sensor de llenado del mismo; control de la instalación fotovoltaica con nivel de llenado de las baterías. Todo ello regulado por un PLC adaptado a las necesidades de cada unidad de secado.

El secado necesita de un aporte controlado de aire. El aire actúa como elemento de transporte del vapor de agua que se genera, entrando con una humedad relativa, determinada por la temperatura de entrada y por la carga de humedad ambiental de la zona geográfica donde se ubique el invernadero. En el interior del invernadero, el aire subirá su temperatura hasta la temperatura de consigna, aumentando su capacidad para saturarse de humedad.

El aporte de aire está controlado por dos sistemas de ventilación forzada de bajo consumo sincronizados entre sí, uno de entrada, y otro de extracción. El régimen de funcionamiento de ambos sistemas está controlado por un software que recoge datos de temperatura y humedad relativa exteriores.

El aire cargado de humedad ya fuera del invernadero, pasa por un filtro de material biológico. Este filtro consiste en un depósito cilindrico o poliédrico con una rejilla por debajo de la cual se evacúa el aire húmedo procedente del invernadero. Encima de la rejilla se acumula material poroso de origen biológico: corteza de pino, viruta gruesa de aglomerado, astillas de madera etc. Este material biológico se rocía con una dilución de ácido sulfúrico y agua, de tal manera que actúa como trampa ácida para el residuo amoniacal del flujo de aire. Una vez saturado, este material puede triturarse y añadirse al purín deshidratado como estructurante.

Tras el filtro biológico, el vapor caliente pasa a través de un intercambiador de calor que, en el caso de las granjas, puede hacer circular agua del sistema de calefacción. Aprovecharemos este calor para precalentar el agua de calefacción de maternidades, lechoneras, agua para la leche rehidratada de mamones en el caso de ganado bovino u otros usos. El vapor de agua extraído del invernadero condensará parcialmente, y se recogerá en una balsa desde donde se reaprovechará como agua de limpieza de las instalaciones.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos en que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura número 1.- Muestra una vista esquemática en sección de la estructura del suelo radiante y la disposición de los diferentes elementos estructurales de la entrada y perímetro de la zona de secado del purín.

La figura número 2-A.- Muestra una representación esquemática en planta de un ejemplo de realización de la invención en que se muestran los diferentes circuitos del suelo radiante, cuyo número dependerá de la dimensión del invernadero, y de dos líneas de paneles de captación termosolar con sus conducciones hasta el depósito de inercia, como ejemplo del sistema de energía, apreciándose así mismo, a lo largo del recorrido, los vasos expansores y las bombas de impulsión, tanto para el circuito de ida, como el de retorno, y la caja de colectores en que se distribuye el agua caliente del depósito de inercia a los diferentes circuitos del suelo térmico.

La figura número 2-B.- Muestra muestra una ampliación del detalle A señalado en la figura 2-A que muestra los principales elementos de la caseta de instalaciones de dicho ejemplo.

La figura número 3.- Muestra una representación del ejemplo de la unidad de secado mostrado en las figuras precedentes, en que se aprecia la distribución de los depósitos de homogeneización del purín y el depósito de almacenamiento del ácido sulfúrico, así como el filtro natural, conectado al tubo de extracción del aire del invernadero.

La figura número 4 Muestra una representación esquemática en planta de otro ejemplo de realización de la unidad de secado de purines, según la invención, en concreto un ejemplo con un punto de captación de energía externa a base de bombas de calor conectadas a un circuito geotérmico que extrae la energía de una balsa de almacenamiento del purín.

Y la figura número 5.- Muestra una ampliación de una porción de la planta mostrada en la figura 4 que muestra con mayor detalle los elementos de la caseta de equipos.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas sendos ejemplos de realización no limitativa de la unidad de secado de la invención, la cual comprende lo que se indica y describe en detalle a continuación.

Así, atendiendo a las figuras 1 a 3, en una forma de realización preferida, la unidad objeto de la invención, la cual es aplicable a una planta para el tratamiento de purines líquidos de porcino, bovino lechero y otras especies animales mediante desecación, está formada por un invernadero (24), un sistema de ventilación regulado (12), un depósito de homogeneización (14) y acidificación del purín y un filtro natural humedecido con una disolución ácida (13), distinguiéndose por comprender los siguientes elementos: - Suelo radiante (100) para el tratamiento de purines (figura 1) que, a su vez, comprende:

- Base formada por un encachado de bolos (1) de entre 15 y 20 cm de espesor.

- Lámina de geotextil (2) para la protección de posibles fugas o filtraciones de purín.

- Base de hormigón (3) “pobre” para nivelación del recinto de tratamiento.

- Placa de poliestireno expandido (4) de 2,00 x 1,00 x 0,10 metros, para aislamiento térmico que evite la difusión del calor hacia abajo. Del mismo modo se aislará, tipo zócalo, el perímetro del espacio destinado al tratamiento de purines.

- Colocación de malla (5) #20 cm, de varilla de 10 mm, elevada 5 cm sobre la base de aislamiento.

- Instalación de tubería (6) Evhofelex de 5 capas con barrera de oxígeno para la formación de los circuitos (21) de suelo radiante. La misma irá sujeta en la malla (5) para su fijación, elevada con soportes (11).

- Capa de 15 cm de hormigón tipo HAF-30/F/20/lia+Qc con cemento SR (sulfo- resistente) vertido con bomba y vibrado, para armarse con la malla anterior.

- Muro perimetral de hormigón (8), en formación de cierre del espacio para tratamiento de purines, de 30 cm de grosor armado con doble malla tipo HAF-30/F/20/lia+Qc con cemento SR (sulfo-resistente) vertido con bomba y vibrado.

- Fratasado con helicóptero la losa de hormigón.

- Terminación de la base de la losa de tratamiento con una capa de protección de resina bicomponente Expoxi (7), tipo Basf, Sika, o similar.

- Una rampa de acceso (9) en un lateral, apreciable en las figuras 1 y 3.

El suelo radiante (100), además, consiste en un suelo con dos posibles formas de construcción:

- Suelo radiante construido in situ.

- Suelo radiante prefabricado construido en piezas encajables de diferentes medidas, según las dimensiones finales del invernadero.

- Invernadero (24), consistente, en una primera opción de realización, en:

- Invernadero (24) tipo túnel, sin paredes rectas, siendo la estructura totalmente curva desde el punto de fijación en el suelo hasta la cumbrera. La forma de los arcos es curva.

- Está compuesto por módulos, con una serie de arcos fabricados con tubos cilindricos galvanizados en caliente protegidos con una capa de zinc para evitar la corrosión. Los tubos quedarán insertados en zapatas de hormigón que formarán parte de la estructura del suelo radiante. Su forma permite alojar un volumen mayor de aire y proporciona resistencia a la lluvia.

Este tipo de invernadero tiene mayor capacidad de estanqueidad que el invernadero plano, y facilita las operaciones con maquinaria agrícola.

Y, en otra opción de realización, en:

- Invernadero plano con paredes rectas para superficies inferiores a 16 metros cuadrados en un solo módulo, con estructura metálica galvanizada en caliente protegida con una capa de zinc para evitar la corrosión. La estructura queda insertada en zapatas de hormigón que formarán parte de la estructura del suelo radiante.

Este tipo de invernadero está diseñado para la retirada manual del residuo seco resultante del proceso de deshidratación

- Captación de energía:

- Captación termosolar (figuras 2 y 3) que, a su vez, comprende:

- Paneles térmicos (22) de 24 tubos de vacío por unidad con disipadores (23)

- Estructura soporte de paneles a 45° de inclinación

- Tubería de 5 capas con barrera de oxígeno

- Colector (20) para varios circuitos (6)

- Depósito de inercia (17)

- Bombas de impulsión (18, 19) para cada uno de los circuitos de ida y de retorno

- Vaso de expansión solar (16)

- Fluido caloportador

- Tubo con aislamiento desde los paneles térmicos (22) al depósito de inercia (17)

- Tubo con aislamiento desde el depósito de inercia (17) a los circuitos (21) del suelo - radiante del invernadero (24)

- Kit de batería para los disipadores de calor

- Cuadro eléctrico

- Centralita de control

- En caseta de instalaciones (15)

En la figura 4 se muestra otro ejemplo de sistema de captación de energía termosolar que comprende:

- Paneles térmicos (22) de 24 tubos de vació por unidad

- Estructura soporte de paneles a 45° de inclinación

- Tubería de 5 capas con barrera de oxígeno

- Colector para varios circuitos que conducen a la caseta de equipos (29)

- Depósito de inercia (17)

- Bombas de impulsión para cada uno de los circuitos (18, 19) de ida y retorno

- Vaso de expansión solar (16)

- Fluido caloportador

- Tubo con aislamiento desde los paneles térmicos al depósito de inercia

- Tubo con aislamiento desde el depósito de inercia a los circuitos del suelo radiante del invernadero

- Batería (39) para los disipadores de calor y el correspondiente regulador (45)

- Cuadro eléctrico

- Centralita de control.

- Captación puritérmica (figuras 4 y 5) que, contemplando la inclusión de una balsa (28) de purines, comprende, alojados en una caseta de equipos (29) ubicada junto al invernadero (24) y a dicha balsa (28):

- Bomba de calor (30) o máquina de puritermia, dimensionada en base al potencial energético de la balsa (28) de purines de la planta.

- Evaporador

- Compresor

- Condensador

- Válvula de expansión

- Tubos de circulación de agua de polietileno en U, constitutivos de un circuito geotérmico (31), que circulan por el interior de la balsa (28) de purines sujetos a una estructura superior que los mantiene a media altura del purín líquido acumulado

- Cuadro eléctrico

- Centralita de control

- Captación aerotérmica (figuras 4 y 5), que extrae energía del aire ambiental aprovechando los gases que se producen en la balsa (28) y que, en este caso, comprende:

- Una segunda bomba de calor (32) o máquina aerotérmia, dimensionada a las necesidades energéticas de la unidad de secado de purines con los siguientes elementos:

- Evaporador

- Compresor

- Condensador

- Válvula de expansión

- Cuadro eléctrico

- Centralita de control

- Captación de energía fotovoltaica que comprende:

- Paneles fotovoltaicos (33)

- Estructura (34) en un pavimento de gravilla (35)

- caja de stings o empalmes (36) que conectan a un inversor (37) de la caseta de equipos (29).

- Intercambiador de calor (40) del aire de entrada en el invernadero (24), que comprende:

- Sistema de placas de cristal térmico o películas de plástico térmicas transparentes con separadores interiores de dióxido de titanio. Se colocan en serie y en paralelo y su número depende de las necesidades térmicas que precise la unidad de secado de purines en cada caso.

- Sistema de activación aeróbica del purín (41) que comprende:

- Equipo de ozonización - Tubos con microperforaciones para la difusión de oxígeno en el interior de la masa líquida de purín.

- Depósitos:

- Depósito de acumulación de purines (14), con boca de entrada, salida, conexión con depósito de ácido sulfúrico (13), registro para limpieza y boca de vertido, y batidor para la homogeneización del purín y el ácido sulfúrico.

- Depósito para ácido sulfúrico (13)

- Depósito de dilución de ácido sulfúrico para la aspersión del filtro natural (12)

- Depósito para formación de filtro natural (25), con parrilla de acero inoxidable en la parte inferior y sistema de regado con boquillas de aspersión en la parte superior. Se conecta (26) con el extractor (27) de aire del invernadero (24) y con el intercambiador de calor.

- Sistema de extracción de aire que comprende:

- Ventiladores de entrada de aire al invernadero en el extremo opuesto al sistema de extracción. Son ventiladores de bajo consumo sincronizados con los ventiladores de extracción, de tal manera que el caudal de entrada y salida esté controlado y cuantificado.

- Ventiladores de impulso dentro del invernadero. Son ventiladores de bajo consumo que ayudan a impulsar el aire dentro del invernadero, evitando la formación de turbulencias.

- Ventiladores de extracción. Son ventiladores de bajo consumo, sincronizados con los ventiladores de entrada, que extraen el aire del invernadero y lo impulsan a través de un conducto flexible corrugado de polietileno hasta el filtro natural

- Unidad de sincronización y regulación de los ventiladores.

- Intercambiador de calor agua/aire, a la salida del chorro de vapor interior para conectarlo con el intercambiador de calor de entrada y recoger el agua condensada para su utilización como agua de limpieza de la granja.

- Elementos de control, que comprenden: - Equipo de medición continua de pH en el depósito de homogeneización y en el depósito de dilución para la aspersión del filtro natural.

- Estación meteorológica exterior que mide: temperatura, humedad relativa, presión atmosférica, velocidad y dirección del viento.

Termómetros interiores que miden: temperatura de la masa de purín y temperatura del aire en el invernadero.

- Sonda de medición continua de amoniaco, con datalogger, en el conducto de recogida del aire tras el filtro natural.

- PLC de control para:

Llenado automático del depósito de homogeneización.

Control del caudal de ventilación.

Control de la bomba de impulsión del circuito hidrotérmico.

Control del secado.

- Aplicación informática para el control integral de todo el proceso.

Además, la unidad de secado cuenta con uno o varios depósitos de regulación en el circuito radiante (100) que actúan como unidades de almacenamiento de la energía térmica excedentaria no transferida a la masa de purín. Y, además, un recuperador de calor tras el filtro natural para calentar el agua de un circuito de calefacción de la granja aneja a la instalación y para condensar parte del agua evaporada para ser reaprovechada como agua de limpieza.

Atendiendo a las figuras 4 y 5, se aprecia también la indicación del depósito acumulador de purines (14), que incluye un batidor, el depósito de ácido sulfúrico (13), y sendas bombas de impulsión (42) instaladas en un circuito de purines (43), para la impulsión del purín desde la balsa (28), así como un ventilador de aportación (44) instalado en el lado opuesto de invernadero (28).

Ejemplo 1.

A continuación se expone un primer ejemplo concreto de realización, en base al ejemplo representado en las figuras 2 y 3, consistente en una instalación con captación termosolar.

El ejemplo sería una explotación de ganado porcino localizada en Lleida que desea poder tratar 1000 metros cúbicos al año de purines, que sería el equivalente a la mitad de la producción de purines de una explotación de engorde de 1000 plazas.

Cada zona geográfica tiene sus características. Para saber el aporte de radiación disponible utilizaremos el software PV-GIS (Photovoltaic Geographical Informatic System), que provee datos en abierto de radiación solar y temperatura.

Para los cálculos de balance térmico tendremos en cuenta las aportaciones de la radiación solar por m2 de superficie de la cubierta del invernadero, la temperatura y humedad relativa del aire de entrada y la eficiencia de los captadores de tubos de vacío; en el lado del consumo energético tendremos en cuenta la entalpia del agua, la energía necesaria para el salto de temperatura de la masa de purín desde la temperatura de ingreso hasta la temperatura de consigna, las pérdidas de energía a lo largo del circuito térmico y la temperatura del aire de entrada cuando es inferior a la temperatura de consigna.

La superficie de secado del invernadero debe ser suficiente para efectuar un secado total de una lámina de 3-6 cm de espesor cada 48 horas en invierno. En este caso, la superficie de invernadero será de 100 m2, con una superficie de cubierta de 155,5 m2.

La captación termosolar será de 222 m2 de tubos de vacío, equivalente a 74 paneles de 3 m2.

Habrá cinco circuitos que se alimentarán desde varios depósitos de regulación que acumularán 3000 litros de agua (el equivalente a un llenado del invernadero).

La instalación funcionará en continuo: llenado del depósito de homogeneización; batido con el ácido sulfúrico que se incorporará hasta bajar el pH a 5,5 - 6; bombeo a la superficie del invernadero; adecuación del caudal de ventilación a las condiciones ambientales exteriores; paso por el filtro natural; paso por el intercambiador de calor; recogida del agua de condensación en una balsa o depósito adyacente.

Durante la noche, la instalación seguirá funcionando, aprovechando la energía térmica acumulada en los depósitos de regulación.

Tras el periodo de secado, que será variable dependiendo del mes del año, se recogerá la fracción deshidratada (22,5 kg por cada secado en este ejemplo), y se volverá a llenar con un nuevo aporte de purín fresco acidificado.

Todo el proceso estará controlado por:

- Medidor de pH en continuo

- Reguladores de ventilación según temperatura y humedad relativa exterior

- Sondas de amoniaco en la salida del filtro natural

- Termómetros datalogger de temperatura y humedad relativa interiores.

Ejemplo 2

A continuación se expone un segundo ejemplo concreto de realización, en base al ejemplo representado en las figuras 4 y 5, consistente en una instalación con un invernadero modular autónomo con suelo radiante construido in situ o con piezas prefabricadas encajables, con captación termosolar, aerotérmica, puritérmica, y con intercambiadores de calor.

El ejemplo sería una explotación de ganado porcino localizada en Lleida que desea poder tratar 1000 metros cúbicos al año de purines, que sería el equivalente al 75% de la producción de purines de una explotación de engorde de 1000 plazas.

Cada zona geográfica tiene sus características. Para saber el aporte de radiación disponible utilizaremos el software PV-GIS (Photovoltaic Geographical Informatic System), que provee datos en abierto de radiación solar y temperatura.

Para los cálculos de balance térmico tendremos en cuenta las aportaciones de la radiación solar por m2 de superficie de la cubierta del invernadero, la temperatura y humedad relativa del aire de entrada, la energía aportada por la puritermia, la aerotermia y la eficiencia de los captadores de tubos de vacío; en el lado del consumo energético tendremos en cuenta la entalpia del agua, la energía necesaria para el salto de temperatura de la masa de purín desde la temperatura de ingreso hasta la temperatura de consigna, las pérdidas de energía a lo largo del circuito térmico y la temperatura del aire de entrada cuando es inferior a la temperatura de consigna.

La superficie de secado del invernadero debe ser suficiente para efectuar un secado total de una lámina de 3-15 cm de espesor cada 12 horas en invierno. En este caso, la superficie de invernadero será de 16 m2, con una superficie de cubierta de 50,3 m2.

La captación termosolar será de 51 m2 de tubos de vacío, equivalente a 17 paneles de 3 m2.

El equipo de puritermia será una bomba de calor de 22 kW.

El equipo de aerotermia será una bomba de calor de 18 kW.

El intercambiador de calor de entrada del aire al invernadero tendrá una potencia de 20 kW.

Habrá dos circuitos que se alimentarán desde un depósito de regulación que acumulará 200 litros de agua (el equivalente a un llenado del invernadero).

La instalación fotovoltaica contará con un campo solar de 45 kW, un inversor de 40 kW, reguladores-cargadores y una bancada de baterías con capacidad para 140 kWh.

La instalación funcionará en continuo: llenado del depósito de homogeneización; batido con el ácido sulfúrico que se incorporará hasta bajar el pH a 5,5 - 6; bombeo a la superficie del invernadero; adecuación del caudal de ventilación a las condiciones ambientales exteriores; activación del equipo de radicales OH; paso por el filtro natural; paso por el intercambiador de calor; recogida del agua de condensación en una balsa o depósito adyacente.

Durante la noche, la instalación seguirá funcionando, aprovechando la energía térmica de las bombas de calor.

La energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del invernadero con todos sus equipos será suministrada por una instalación fotovoltaica de 50 kW con baterías suficientes para 140 kWh de acumulación.

Tras el periodo de secado, se recogerá la fracción deshidratada (70 kg por cada secado en este ejemplo), y se volverá a llenar con un nuevo aporte de purín fresco acidificado.

Todo el proceso estará controlado por: - Medidor de pH en continuo

- Reguladores de ventilación según temperatura y humedad relativa exterior

- Sondas de amoniaco en la salida del filtro natural - Termómetros datalogger de temperatura y humedad relativa interiores

- PLC

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.