DISEÑO ESTRUCTURAL Y CONSTRUCCIÓN DE INVERNADEROS CON DISTINTAS CUBIERTAS PARA USO DE ENERGÍA SOLAR EN SU OPERACIÓN

Abstract

The present work contain topics such as design, structural calculation, construction, thermal analysis of a glasshouse. From the very beginning, different criteria of design were defined spaces and shapes for a greenhouse to be constructed at the Renewable Energy Laboratory (LED) of the Mechanical Engineering Department. Once the shapes are defined, the design and structural analysis in each element are determined in order to specify the material to be used, cubing and detailed engineering. Once the material and the structural parameters are determined, a thermal analysis was made in the greenhouse cover for its construction, shadow’s analysis, radiation and thermal transfer for each material for each material probed as a cover, in such a way that it can be observed and compared each alternatives. Afterward, a greenhouse is constructed with funds obtained from a contest of the alumni network. In addition, the greenhouse was built with the resources of the Mechanical Engineering Department and for the purpose of obtaining measurement of the greenhouse’s thermal performance were conducted measurements such as inner and outer air temperatures, relative humidity and radiation. In this way, the influence of the materials at the moment of build a greenhouse can be probed in an empirical way, in particular, in this study was verified the thermal capacity of the polycarbonate. There were performed 9966 measures for each variable through one complete month with a data logger, realizing measurement each 5 minutes in a continuous way. The result were analyzed obtaining parameters such as drew point inside the greenhouse and the real difference of the temperature between the cover during the study.

El presente trabajo contiene el diseño, cálculo estructural, construcción y análisis térmico de un invernadero. En primera instancia se definieron criterios de diseño, espacios y formas para un conjunto de invernaderos, a construirse en el Laboratorio de Energías Renovables (LER) del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María sede Viña del Mar. Definidas las formas se realizó el diseño y calculo estructural en detalle para los materiales a utilizar, cubicación de materiales e ingeniería de detalle de cada elemento. Definido los materiales y parámetros estructurales se analizan térmicamente las diversas opciones de cubiertas disponibles de un invernadero, para su construcción, análisis de sombra, radiación y transferencia térmica para cada material probado como cubierta, de tal forma de poder estudiar y comparar cada una de las alternativas. Luego se construyó una nave invernadero con fondos obtenidos en un concurso de la red de Ex Alumnos. Con dichos recursos más los del departamento de Ingeniería Mecánica se construye un invernadero y se realizan mediciones de temperatura interior, temperatura exterior, humedad y radiación con el fin de medir el comportamiento térmico del invernadero. De esta forma probar empíricamente la influencia de los materiales al momento de construir un invernadero, en particular, en este estudio se verifico la transferencia de calor del policarbonato. Se contemplan mediciones para cada variable durante un mes con data loger, realizando mediciones en forma continua cada 5 minutos. Se analizan estos resultados obteniendo parámetros como punto de roció dentro del invernadero y diferencia real de temperatura a través de la cubierta para el periodo de mediciones. Se determinó que la radiación máxima medida en la zona fue cerca a los 1400 [W/m2] durante el periodo de medición. Se logró una diferencia de hasta 14 [°C] entre la temperatura interior y exterior con una plancha de policarbonato alveolar de 4[mm] de espesor, la humedad relativa dentro del invernadero bordea el 60% promedio.