ARTÍCULO ORIGINAL
Impacto ambiental y económico del uso de colectores solares en el Instituto de Ciencia Animal
Solar Collectors Use in Livestock Units from Institute of Animal Science: Environmental and Economic Impact
M.Sc. Osney Gerardo Pérez-Acosta, Ing. Duniet Pérez-Torres e Ing. Lieter J. Silva-Díaz
Instituto de Ciencia Animal, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
RESUMEN
Este trabajo se realizó con el objetivo de evaluar el impacto ambiental y económico del uso de colectores solares en unidades ganaderas del Instituto de Ciencia Animal. Se utilizó el modelo de clasificación simple con arreglo factorial 4x2 (4 meses del año y en dos horarios diferentes) en las unidades Genético 4, filtro sanitario de porcino y recría. Se midió la temperatura y se calcularon las emisiones de CO2 así como se determinó el impacto económico a partir de las toneladas equivalentes de petróleo ahorradas. No se observó interacción para las unidades genético 4 y el filtro sanitario de porcino pero sí para la recría. Los meses de febrero y agosto presentaron las temperaturas más bajas y elevadas, respectivamente. Las temperaturas fueron superiores en el horario de la tarde. Se evidenció un ahorro de 7,17 t equivalentes de petróleo anual, lo que representa 5814,45 USD. Además, se deja de emitir al medio ambiente 19,61 t de CO2. Se concluye que los colectores solares son una alternativa muy eficiente y de bajo costo que ayuda a disminuir los costos de las producciones ganaderas, contribuyendo además con el confort de los trabajadores teniendo en cuenta el ahorro que se genera por concepto de electricidad.
Palabras clave: unidades ganaderas, ahorro energético, alternativa eficiente.
ABSTRACT
This research was carried out with the objective of evaluating environmental and economic impact of solar collectors use in livestock units from the Institute of Animal Science. A simple classification model with factorial arrangement 4x2 (4 months of the year and in two different times) was used in Genetic 4 units, porcine sanitary filter and rearing. Temperature was measured and CO2 emissions were calculated as well as economic impact was determined from the equivalent tons of oil saved. There was no interaction, neither for genetic 4 nor for swine sanitary filter, but there was for rearing. February and August showed the lowest and the highest temperatures, respectively. The temperatures were higher in the afternoon. There was a saving of 7.17 t equivalent of annual oil, which represents 5814.45 USD. In addition, 19.61 t of CO2 were no longer emitted into the environment. It is concluded that solar collectors are a very efficient and low cost alternative that helps to reduce costs of livestock production and contributes to the workers’ comfort taking into account savings generated by electricity.
Keywords: Livestock units, Energy saving, Efficient alternative.
INTRODUCCIÓN
La denominada “crisis energética”, es un fenómeno progresivo e irreversible al cual se enfrenta el mundo actual. Esta situación se debe fundamentalmente al agotamiento de las reservas de petróleo mundial. El hidrocarburo se emplea como fuente directa de energía (en motores de vehículos u otros), y en la generación de otras energías como es el caso de la energía eléctrica (Iglesias y Morales, 2013; World Resources Institute, 2014).
Por estas razones, ha surgido un creciente interés en la búsqueda de alternativas que permitan minimizar el consumo de este combustible fósil. Si bien el empleo eficiente y consiente de la energía es un eslabón fundamental, la incorporación de las fuentes renovables de energía es una opción sustentable y de gran futuro (Rogner, 2012; IEA, 2014).
Otra de las situaciones que afecta el empleo de los combustibles fósiles es el aumento del conocido “efecto invernadero”. Este proceso es de origen natural y necesario para la vida sobre la superficie terrestre. Las capas superiores de la atmósfera están compuestas por ciertos gases, principalmente dióxido de carbono (CO2) denominados “gases de efecto invernadero” (GEI) que absorben parte de la energía emitida por el suelo, como consecuencia de haber sido calentado por la radiación procedente del sol. Estas se acentúan por las actividades humanas desde el inicio de la era industrial y que en la actualidad aumentan del consumo de estos combustibles (Andrade, 2015; Saynes et al. 2016).
En el caso específico de Cuba, se ha llevado a cabo toda una Revolución energética que tiene entre sus principales metas la búsqueda de fuentes alternativas de energía que permitan de forma económica y estable garantizar el servicio en diferentes entidades (Rojas et al. 2009). Entre ellas destaca el uso de colectores solares de tubos al vacío.
Actualmente la energía solar térmica es la forma más eficiente y económica de usar la energía proveniente del sol (Bravo, 2015). Esta tecnología está a punto de alcanzar la plena madurez, no obstante, se siguen encaminado investigaciones para lograr mayores reducciones de los costos a gran escala. En el caso específico de su empleo en la ganadería, logra mejorar en gran medida los procesos de producción y aumentar el confort en diferentes instalaciones.
El calentamiento de agua en las instalaciones ganaderas presenta un alto consumo de electricidad pues se utilizan resistencias eléctricas que tienen una alta demanda de energía. Por estas razones, el empleo de instalaciones solares que además son tecnologías ambientalmente sanas, permite disminuir no solo el impacto negativo de los gases de efecto invernadero que se generan por la quema de combustibles fósiles, sino también los costos.
El Instituto de Ciencia Animal (ICA) también está inmerso en minimizar el impacto negativo sobre el medio ambiente que provocan los altos consumos energéticos en las unidades ganaderas por concepto de calentamiento de agua. Es por ello, que el objetivo de este trabajo fue evaluar el impacto ambiental y económico del uso de colectores solares en unidades ganaderas del ICA.
MÉTODOS
El trabajo se realizó en tres unidades productivas del Instituto de Ciencia Animal. Se evaluaron 4 colectores solares que fueron instalados según las especificaciones del fabricante (Tabla 1). Estos se encuentran ubicados en Genético 4 para la limpieza del sistema de ordeño (200 L), recría para la elaboración del sustituto lechero (dos de 90L) y en el filtro sanitario de porcino para el confort de los trabajadores y visitantes de la instalación (uno de 90L).
Metodología para la evaluación del impacto ambiental y económico
Se midió la temperatura en 4 meses representativos del año: febrero, marzo, julio y agosto. Se efectuaron todos los días en dos horarios: 8.00 am y 5:00 pm, con el empleo de termómetro de 200°C y una probeta graduada de 100 mL.
Para determinar el impacto energético de esta tecnología se realizaron mediciones del metro contador antes y después de montados los colectores solares.
La valoración del impacto económico se realizó a partir del concepto de ahorro energético. Se tuvo en cuenta que para generar 1 kW se necesitan 217,9 g de petróleo y un barril (0,138 t) cuesta en el mercado internacional aproximadamente 147 USD según lo informado por la ONE (2015). Se calcularon las toneladas de CO2 que se dejaron de emitir al medio ambiente según lo expresado por Leiva et al. (2012) que plantearon que por cada tonelada equivalente de petróleo que se quema, se emiten a la atmósfera 3 t del gas. Se tomó un factor de emisión de 2,73 t de CO2 por cada tonelada equivalente de petróleo que se consume según lo planteado por ONE (2016) y (Pérez et al. 2016).
Diseño experimental y análisis estadísticos
Los resultados se analizaron mediante análisis de varianza según modelo de Clasificación simple con arreglo factorial 4x2. Se utilizó el paquete estadístico INFOSTAT versión 2012 (Di Rienzo et al. 2012). Se aplicó la dócima de Duncan (1955), en los casos necesarios.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
No se observó interacción entre los meses y los horarios que se estudiaron para las unidades Genético 4 y el Filtro sanitario de porcino.
En la Tabla 2 se muestran los valores promedios de las temperaturas mensuales. Se observaron diferencias entre todos los meses en estudio donde febrero y agosto presentaron las temperaturas más bajas y elevadas, respectivamente. Este resultado está relacionado con la época del año ya que existen variaciones en la cantidad de horas luz y con el ángulo de incidencia de la irradiación solar. Rodríguez et al. (2015), plantearon que en los meses invernales existen menor cantidad de horas de luz solar a diferencia de los meses de verano lo cual obedece a una mayor incidencia de la irradiación lo que provoca un aumento en la temperatura.
En la Tabla 3 se muestran los valores promedios de las temperaturas mensuales en las diferentes horas que se evaluaron. En ambas unidades, el horario de las 8:00 am fue menor con respecto al de las 5:00 pm. En las primeras horas del día el colector no ha captado la energía suficiente como para que la temperatura sea elevada y sólo cuenta con la energía absorbida después de las 5:00 pm del día anterior manteniendo el calor ya que hay poca transferencia con el medio ambiente (Barboza, 2013).
Para el colector solar de la recría, se observó interacción entre ambos factores (Tabla 4). En los meses de febrero y marzo se observaron las menores temperaturas en el horario de las 8:00 am a diferencia de julio y agosto donde fue mayor a las 5:00 pm.
El hecho de no encontrarse interacción entre las dos primeras unidades y si en la recría para los factores estudiados pudiera estar relacionado con la forma de montaje de los colectores. En la unidad de la recría, se montaron dos colectores solares en paralelo, para la extracción de gran volumen de agua que se emplea en la preparación del sustituto lechero. Por lo tanto, a medida que se extrae el líquido, comienza el llenado de ambos colectores nuevamente, favoreciendo la mezcla de agua fría y caliente y por consiguiente la temperatura baja.
Según se evidencia en la Tabla 5, luego de instalados los colectores solares, se logran disminuir de manera efectiva los consumos de energía en las diferentes unidades. Las temperaturas alcanzadas por el colector solar de la vaquería Genético 4 permiten que se pueda limpiar el sistema de ordeño y que se redujera el consumo energético de 55 kW/día a 18 kW/día, para un ahorro de 37 kW/día. En el caso de la Recría, el empleo de la energía solar permitió preparar el sustituto lechero con igual calidad y con un ahorro en la actividad de 16 kW/día. Por otra parte, el empleo de esta tecnología en los filtros sanitarios de la unidad de porcinos de la institución permitió un ahorro de 6 kW/día. De manera global se logró un ahorro total de 21 535 kW/año, lo que representan 7,17 t equivalentes de petróleo y 5 814.45 USD.
Por lo tanto, de ponerse en práctica todas las medidas que se derivan de este estudio, no solo se obtendrían beneficios económicos sino también ambientales, pues dejarían de emitirse un total de 19,61 t de CO2 a la atmósfera.
CONCLUSIONES
-En todas las épocas del año se logra captar gran cantidad de energía solar con el empleo de los colectores solares.
-Con el uso de estos dispositivos, se logran disminuir de manera efectiva los consumos de energía en las diferentes unidades ganaderas.
-El empleo de la energía solar térmica en las instalaciones agropecuarias, reduce las emisiones de CO2 a la atmósfera, lo cual representa beneficios ambientales considerables.
-Los colectores solares son una alternativa muy eficiente y de bajo costo que ayuda a disminuir los costos de las producciones ganaderas.
NOTA
La mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni por el editor.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANDRADE, J. A.: “Reconciliación y responsabilidad: acciones de sinergia para la construcción de un pensamiento ecologizante desde la escuela. “Incertidumbres Semilla, Ágora U.S.B. 5(1): 271-287, ISSN: 1657-80311, 2015.
BARBOZA, Ó.: “Calentamiento global: “La máxima expresión de la civilización petrofósil”, Revista del CESLA, 16: 35-68, 2013, ISSN: 1641-4713.
BRAVO, D.: “Energía y desarrollo sostenible en Cuba” Centro Azúcar, Centro azúcar 42: (4) versión On-line ISSN 2223-486 , 2015.
DI RIENZO, J.A.; CASANOVES, F.; BALZARINI, M.G.; GONZALEZ, L.; TABLADA, M.; ROBLEDO, C.W. InfoStat versión 2012. Grupo InfoStat, FCA, Universidad Nacional de Córdoba, Argentina. URL http://www.infostat.com.ar, 2012.
DUNCAN, B.: “Multiple range and multiple F test”, Biometrics, 11: 1, versión On-line ISSN 1541-0420, 1955.
IGLESIAS, J. M. y MORALES, J.: “Dimensionado de un sistema térmico solar mediante simulación y su validación energética”, Energética 34(1), versión On-line ISSN 1815-5901, 2013.
INTERNATIONAL ENERGY AGENCY (IEA): World Energy Outlook, ISBN: 978-92-64-20805-6, 2014, Disponible en: www.worldenergyoutlook.org, Consulta: 8 de noviembre de 2016.
LEIVA, J.; RODRIGUEZ, I. L. y MARTÍNEZ, P.: “Cálculo de la huella ecológica en universidades cubanas. Caso de estudio: Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas”, Afinidad LXVII ISSN 0001 - 9704; 557: 30-34, 2012.
ONE (Oficina Nacional de estadística e información República de Cuba): Panorama económico y social, La Habana, Cuba, 2016.
PÉREZ, D.; VÁZQUEZ, A.; PÉREZ, O.; PÉREZ, T.; HERNÁNDEZ, A.: “Estudio energético del sistema de bombeo en el Instituto de Ciencia Animal, Cuba”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 25(3): 65-71, 2016, ISSN: 2071-0054. http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.15663.94886
RODRÍGUEZ, D.; QUINTERO, A.; GONZÁLEZ, Y.; CUESTA, O.; SÁNCHEZ, A.: “Variación de la estabilidad y altura de la capa de mezcla en la ciudad de Pinar del Río: su relación con condiciones sinópticas”, Revista Brasileira de Meteorología, 30(1): 1 - 15, 2015. http://dx.doi.org/10.1590/0102-778620140014
ROGNER, M. Global Energy Assessment – Toward a Sustainable Future. In: Worlds Within Reach: From Science To Policy - IIASA 40th Anniversary Conference, 24-26 October 2012, Hofburg Congress Center, Vienna and IIASA, Laxenburg, Austria, 2012.
ROJAS, B.; GARCÍA, J., CÉSAR, J.: “Los Calentadores solares como una forma de fuente renovable de energía alternativa”. Ciencias Holguín, 1: 1-13, versión On-line ISSN 1027-2127, 2009.
SAYNES, V.; ETCHEVERS, J. D.; PAZ, F.; ALVARADO, L. O.: “Emisiones de gases de efecto invernadero en sistemas agrícolas de México”, Terra Latinoamericana, 34 (1): 83-96, versión On-line ISSN 2395 – 8030, 2016.
WORLD RESOURCES INSTITUTE: World Business Council for Sustainable Development. Protocolo Greenhouse Gas Protocol (GHG Protocol), Disponible en: http://www.ghgprotocol.org, Consulta: 4 de marzo del 2014
Recibido: 12/05/2016
Aceptado: 13/03/2017
Osney Gerardo Pérez-Acosta, Ing., Instituto de Ciencia Animal, Mayabeque, Cuba km 47½ Carretera central. Mayabeque. Cuba. E-mail:operez@ica.co.cu
