Table Of ContentTESIS DOCTORAL
TÍTULO:
“Aplicaciones de la energía solar al tratamiento 
térmico de suelos de invernadero”
DOCTORANDA:
Mª Caridad Pérez de los Reyes
DIRECTORES:
Dr. D. Andrés Porras Piedra
Dra. Dña. Mª Luisa Soriano Martín 
Dr. D. Francisco Montes Tubío
DEPARTAMENTO:
Ingeniería Gráfica e Ingeniería y Sistemas de Información Cartográfica
Universidad de Córdoba
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA 
 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GRÁFICA E INGENIERÍA Y 
SISTEMAS DE INFORMACIÓN CARTOGRÁFICA 
 
 
 
 
“APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR AL TRATAMIENTO TÉRMICO 
DE SUELOS DE INVERNADERO” 
 
 
 
 
 
Tesis doctoral presentada por Mª Caridad Pérez de los Reyes para optar al 
grado de Doctor por la Universidad de Córdoba, dirigida por los doctores D. 
Andrés Porras Piedra, Dña. Mª Luisa Soriano Martín y D. Francisco Montes 
Tubío. 
 
 
 
 
 
La doctoranda: 
 
 
 
 
Fdo. Mª Caridad Pérez de los Reyes 
Córdoba, Junio de 2007 
  I
AGRADECIMIENTOS 
 
 
 
 
  A  mis  padres  (q.e.p.d.),  porque  ellos  me  enseñaron  a  distinguir  lo 
esencial de lo importante. 
  A mi marido, Javi y a mis hijos, Nacho, Javier y Antonio, porque su 
paciencia  y  generosidad  han  permitido  que  este  trabajo  esté  finalizado  y 
gracias a su mágica presencia han aligerado el camino. 
  Al matrimonio formado por D. Andrés Porras Piedra y Dña. Mª Luisa 
Soriano Martín, porque desde que los conocí me han orientado, aconsejado, 
ayudado y apoyado con esmerada dedicación, haciéndome sentir no sólo como 
una amiga sino como un miembro más de su familia. 
  A los amigos y compañeros de la Escuela Universitaria de Ingeniería 
Técnica Agrícola de Ciudad Real que durante años han compartido conmigo 
sus conocimientos y habilidades, sus recursos profesionales, su tiempo, su 
atención y su fe en mí.  
  A los alumnos que me empujaron a mejorar, a saber más y a hacer las 
cosas mejor. 
  A la Universidad de Castilla-La Mancha que me ha ofrecido el soporte 
físico e institucional necesario para desarrollar esta tesis. 
  A la Universidad de Córdoba y al Departamento de Ingeniería Gráfica e 
Ingeniería y Sistemas de Información Cartográfica de los que he recibido una 
amable acogida y, en especial a D. Francisco Montes Tubío, al que he tenido la 
fortuna de conocer y que ha sido para mí ejemplo de generosidad, humildad y 
humanidad. 
  A todos ellos, y a aquellos que de alguna forma han colaborado en la 
realización de esta tesis doctoral, les dedico este trabajo con mi más sincero 
agradecimiento. 
  II
RESUMEN DE LA TESIS/ABSTRACT 
RESUMEN DE LA TESIS 
 
 
 
   
  El cultivo bajo invernadero ofrece problemas de aparición repetitiva de 
patógenos  en  el  suelo  que  pueden  hacer  peligrar  la  viabilidad  de  la 
producción. Los métodos de control físico de patógenos, como la solarización 
y  los  tratamientos  con  vapor  de  agua,  se  han  manifestado  en  ensayos 
realizados por diversos patólogos como una eficaz solución a los problemas 
agronómicos  y  medioambientales  producidos  por  el  uso  de  tratamientos 
químicos. La solarización consiste en mantener durante 6 a 8 semanas el 
suelo a temperaturas próximas a los 45 ºC en la época estival de máxima 
insolación, usando para ello láminas de plástico transparente. De esta forma 
se  eliminan  la  mayor  parte  de  los  patógenos  del  suelo  sin  afectar  a  la 
microflora y microfauna auxiliares del mismo. La desinfestación con vapor de 
agua elimina todos los patógenos del suelo. Sin embargo, temperaturas por 
encima de 82 ºC pueden causar problemas agronómicos y patológicos en el 
mismo, aunque el principal inconveniente de este método es su alto coste 
económico y energético. 
  En esta tesis doctoral se demuestra que el uso de energía solar activa 
disminuye  las  limitaciones  de  los  sistemas  de  tratamiento  del  suelo  por 
solarización y vapor de agua por las siguientes razones: 
 
-  Los  paneles  solares  planos  y  los  concentradores  cilíndrico-
parabólicos disminuyen el tiempo invertido en el tratamiento por 
solarización, evitan dejar la parcela improductiva el año en que 
se realiza el tratamiento y permiten la elección de la fecha de 
tratamiento por parte del agricultor y el uso de estas técnicas 
en meses no hábiles para el tratamiento solar pasivo.  
-  El  uso  de  energía  solar  térmica  activa,  mediante  paneles 
solares planos y concentradores cilíndrico parabólicos, supone 
  III
RESUMEN DE LA TESIS/ABSTRACT 
un ahorro de energías convencionales y minimiza el impacto 
medioambiental producido por su utilización. 
El desarrollo tecnológico de nuevos sistemas de control de patógenos 
compatibles con la conservación del medio ambiente es un tema de gran 
actualidad  agronómica  teniendo  en  cuenta  los  importantes  problemas 
toxicológicos  y  medioambientales  que  generan  el  uso  de  tratamientos 
convencionales.  La  principal  novedad  de  esta  tesis  doctoral  es  el  uso  de 
energía solar activa para superar las limitaciones de los actuales sistemas 
físicos de tratamiento del suelo, a la vez que se impulsa el aprovechamiento 
de esta energía alternativa y se contribuye a la protección de las condiciones 
medioambientales globales.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  IV
RESUMEN DE LA TESIS/ABSTRACT 
ABSTRACT  
 
 
 
 
  The raising of crops in greenhouses is associated with the repeated 
appearance  of  soil  pathogens  that  threaten  the  viability  of  this  form  of 
cultivation.  Several authors have shown solarization and steam disinfestation 
to be efficient alternatives to the use of chemical treatments in the control of 
these  pathogens.  Solarization  requires  that  the  soil  be  maintained  for  6-8 
weeks at a temperature close to 45 ºC during the summer (when sunlight is at 
its strongest), using transparent plastic sheeting to trap the available thermal 
energy. This eliminates the majority of pathogens in the soil without negatively 
affecting  its  remaining  microflora  or  microfauna.  Steam  disinfestation  also 
removes  soil  pathogens,  although  temperatures  above  82  ºC  can  cause 
agronomic and indeed other pathological problems. Further, this method is 
expensive and requires high energy inputs.  
  This  doctoral  thesis  shows  that  the  active  use  of  solar  energy  can 
overcome the drawbacks associated with solarization and steam treatment: 
 
•  The  use  of  flat-plate  solar  collectors  and  solar  parabolic  trough 
collectors reduces the time required for solarization, avoids leaving the 
plot unproductive during the year in which treatment is performed, and 
allows growers to choose the treatment dates (including dates when the 
passive use of sunlight would normally be impossible).   
•  The use of solar thermal energy, employing flat-plate solar collectors 
and solar parabolic-trough collectors, reduces the need for conventional 
energy  resources,  and  therefore  lessens  the  environmental  impact 
associated with their use. 
 
The  technological  development  of  new  pathogen  control  systems 
compatible with the protection of the environment is currently an area of much 
  V
RESUMEN DE LA TESIS/ABSTRACT 
interest  given  the  toxicological  and  other  problems  associated  with 
conventional treatments. The main novelty described in this thesis is the active 
use of solar energy as a means of overcoming the drawbacks associated with 
physical soil treatments. The findings reported may encourage the use of this 
alternative  energy  resource  and  thus  contribute  to  the  protection  of  the 
environment. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  VI
ÍNDICE GENERAL 
ÍNDICE GENERAL 
 
 
 
 
1.  INTRODUCCIÓN                  1 
2.  ANTECEDENTES                  6 
2.1.   Fundamentos sobre energía solar          6 
2.1.1.  Origen y características de la energía solar    6 
2.1.2.  Energía solar disponible en la superficie terrestre  9 
2.1.3.  Sistemas de aprovechamiento de la energía solar  17 
   2.1.3.1. Energía solar térmica de baja temperatura  18 
  2.1.3.1.1. Colector solar plano      19 
  2.1.3.1.2. Rendimiento del colector solar  27 
  2.1.3.1.3. Instalación solar baja temperatura  34 
    2.1.3.1.3.1. Subsistema de distribución 35 
    2.1.3.1.3.2. Subsistema de control  40 
2.1.3.2. Energía solar térmica de media temperatura  43 
  2.1.3.2.1. Concentrador solar      44 
  2.1.3.2.2. Características ópticas    52 
  2.1.3.2.3. Rendimiento del concentrador  55 
  2.1.3.2.4. Instalación solar media temperatura  57 
2.1.3.3. Energía solar fotovoltaica      58 
  2.1.3.3.1. Módulo fotovoltaico      60 
  2.1.3.3.2. Características eléctricas del panel  65 
  2.1.3.3.3. Instalación solar fotovoltaica    70 
    2.1.3.3.3.1. Subsistema acumulación  70 
    2.1.3.3.3.2. Subsistema regulación  74 
    2.1.3.3.3.3. Subsistema adaptación  75 
    2.1.3.3.3.4. Subsistema auxiliar   77 
2.1.4.   Aplicaciones agrícolas de la energía solar    78 
2.2.  Temperatura del suelo            82 
2.2.1.  Concepto e importancia         82 
2.2.2.  Transmisión de calor en el suelo. Balance energético  83 
2.2.3.  Medida de la temperatura del suelo      86 
2.2.4.  Variaciones de la temperatura del suelo     88 
2.2.5.  Propiedades térmicas de los suelos      90 
   2.2.5.1. Capacidad calorífica        91 
   2.2.5.2. Conductividad térmica        95 
   2.2.5.3. Difusividad térmica        98 
  VII
ÍNDICE GENERAL 
2.2.6.  Factores que afectan a la temperatura del suelo   100 
   2.2.6.1. Color del suelo         100 
   2.2.6.2. Presencia de una cubierta      102 
   2.2.6.3. Contenido de humedad       105 
   2.2.6.4. Presencia de vegetación       107 
2.3.  Control de patógenos del suelo          110 
2.3.1.  Organismos del suelo          110 
2.3.2.  Patógenos del suelo          112 
   2.3.2.1. Virus            112 
   2.3.2.2. Bacterias          112 
   2.3.2.3. Actinomicetos          113 
   2.3.2.4. Hongos           114 
   2.3.2.5. Nematodos          116 
2.3.3.  Control de patógenos del suelo       117 
   2.3.3.1. Métodos químicos        118 
     2.3.3.1.1. Cloropicrina        120 
     2.3.3.1.2. Dicloropropeno y sus mezclas  120 
     2.3.3.1.3. Metam-sodio y Metam-potasio  120 
     2.3.3.1.4. Dazomet        121 
   2.3.3.2. Métodos biológicos        121 
     2.3.3.2.1. Antibiosis        121 
     2.3.3.2.2. Parasitismo        122 
     2.3.3.2.3. Competencia       123 
     2.3.3.2.4. Resistencia inducida     123 
   2.3.3.3. Métodos culturales        123 
     2.3.3.3.1. Rotación de cultivos      124 
     2.3.3.3.2. Laboreo        124 
     2.3.3.3.3. Quema de rastrojos y restos    125 
     2.3.3.3.4. Abonado equilibrado     125 
     2.3.3.3.5. Modificación fecha de siembra  125 
     2.3.3.3.6. Generación ambiente desfavorable  126 
   2.3.3.4. Métodos físicos         126 
     2.3.3.4.1. Tratamiento con vapor de agua  126 
     2.3.3.4.2. Solarización        132 
     2.3.3.4.3. Calentamiento solar activo    137 
3.  OBJETIVOS                  142 
4.  MATERIALES Y MÉTODOS              145 
4.1.  Contenido y desarrollo            145 
4.2.  Descripción y acondicionamiento de las instalaciones existentes  147 
4.3.  Diseño, construcción y montaje paneles solares planos    151 
  VIII
ÍNDICE GENERAL 
    4.3.1. Subsistema colector          151 
    4.3.2. Subsistema de distribución de agua      155 
    4.3.3. Subsistema de control de conexión de la bomba    159 
4.4.  Diseño, construcción y montaje de concentradores      171 
    4.4.1. Subsistema colector-concentrador      171 
    4.4.2. Subsistema de distribución de agua      177 
    4.4.3. Subsistemas de control y orientación      178 
4.5.  Diseño y montaje de una instalación de energía solar fotovoltaica  204 
    4.5.1. Subsistema de captación energética      204 
    4.5.2. Subsistema de acumulación         205 
    4.5.3. Subsistema de adaptación de corriente      205 
    4.5.4. Subsistema auxiliar          206 
4.6.  Diseño y montaje de dos sistemas de registro de temperatura  210 
4.7.  Determinación de las propiedades físicas y térmicas del suelo  221 
    4.7.1. Determinación de la materia orgánica      224 
    4.7.2. Determinación de la textura        226 
    4.7.3. Determinación del calor específico del suelo    230 
    4.7.4. Determinación de la densidad aparente      232 
4.8.  Diseño y montaje de sistemas de control de la humedad del suelo  234 
    4.8.1. Determinación de la curva característica humedad  242 
4.9.  Metodología para la realización y control de ensayos de validación  244 
5.  RESULTADOS Y DISCUSIÓN              248 
5.1.  Resultados               248 
5.1.1.  Curva característica de humedad      248 
5.1.2.  Resultados de propiedades del suelo      252 
   5.1.2.1. Materia orgánica        252 
   5.1.2.2. Textura           253 
   5.1.2.3. Densidad aparente        255 
   5.1.2.4. Calor específico del suelo      256 
5.1.3.  Resultados de calibración de sondas de temperatura  257 
5.1.4.  Resultados de los ensayos de validación    262 
   5.1.4.1. Energía acumulada en el suelo     262 
   5.1.4.2. Rendimiento de los tratamientos térmicos  273 
   5.1.4.3. Temperaturas según tratamientos    282 
5.2.  Discusión                319 
    5.2.1. Objetivo 1            320 
    5.2.2. Objetivo 2            322 
    5.2.3. Objetivo 3            327 
    5.2.4. Objetivo 4            334 
6.  CONCLUSIONES                  338 
  IX
Description:En esta tesis doctoral se demuestra que el uso de energía solar activa . Diseño y montaje de una instalación de energía solar fotovoltaica 204  ambientales como las siguientes (Colegio Oficial de Ingenieros Agrónomos de.