Eficiencia energética en las explotaciones lecheras

Resumen

El aumento de los costes energéticos y las preocupaciones medioambientales están llevando a los ganaderos lecheros a modificar sus prácticas de gestión. Estos están analizando su consumo energético e invirtiendo en medidas rentables de ahorro y eficiencia energética. Esta publicación ofrece una visión general de cómo las explotaciones lecheras pueden implementar mejoras en la eficiencia y tecnologías de ahorro energético que permitan reducir el consumo de energía y los costes relacionados con ella.

Las explotaciones lecheras consumen grandes cantidades de energía para la producción de leche. Foto: The Lands at Hillside Farms.

Introducción

Las explotaciones lecheras se enfrentan hoy en día a retos y oportunidades derivados del rápido aumento de los costes energéticos y de la preocupación por el impacto medioambiental. Las explotaciones lecheras consumen más energía que casi cualquier otra actividad agrícola. La energía se utiliza en el proceso de ordeño, así como para la refrigeración y el almacenamiento de la leche, el calentamiento de agua, la iluminación y la ventilación. Identificar las mejores oportunidades de eficiencia energética y gestión energética para las explotaciones lecheras contribuirá a reducir los costes energéticos, mejorar la calidad medioambiental y aumentar la productividad y la rentabilidad.

La eficiencia energética suele ser una forma económica, rápida y sencilla de ahorrar dinero. Esta publicación se centra en la modernización de los equipos lecheros, las nuevas tecnologías y las prácticas de gestión para reducir el consumo de energía. Entre las oportunidades para ahorrar costes y mejorar los procesos se incluyen la implementación de: variadores de velocidad para bombas de vacío de leche y sistemas de transferencia de leche, preenfriadores de placas, sistemas de recuperación de calor, luminarias de bajo consumo y sistemas de ventilación eficientes. Se incluye información sobre auditorías energéticas, incentivos financieros y recursos adicionales. Las oportunidades presentadas en esta publicación se han desarrollado para explotaciones lecheras de vacas, pero también pueden ser aplicables a explotaciones lecheras de cabras y ovejas.

Proceso de ordeño

El proceso de ordeño consiste en extraer la leche de la vaca lechera y transportarla a un tanque de almacenamiento. Este proceso puede realizarse una, dos o más veces al día, y la mayoría de las explotaciones lecheras programan los periodos de lactancia para garantizar un suministro continuo de leche durante todo el año. De media, el ordeño representa el 18 % del consumo de energía eléctrica en una explotación lechera (Peterson, 2008).

Bombas de vacío

La bomba de vacío funciona durante el ordeño y el lavado del equipo, y puede consumir entre el 20 % y el 25 % del consumo total de energía eléctrica de una granja lechera. La bomba de vacío genera una presión de aire negativa que extrae la leche de la vaca y facilita el flujo de leche desde el colector hasta el tanque de almacenamiento o el recipiente colector. El flujo de aire también impulsa el agua y los productos de limpieza a través del sistema de ordeño durante el proceso de lavado.

La bomba de vacío funciona durante el ordeño y el lavado del equipo, y suele ser el principal consumidor de energía eléctrica. Foto: Andy Pressman

Existen cuatro tipos principales de bombas de vacío: las bombas rotativas de paletas, las bombas de anillo de agua, las bombas de lóbulos rotativos (soplantes) y las bombas de turbina. Cada una de ellas funciona y consume energía de forma diferente. La eficiencia de las bombas de vacío disminuye a medida que aumenta el nivel de vacío (Ludington et al., 2004). Por lo tanto, hacer funcionar la bomba de vacío a niveles de vacío más bajos permite ahorrar energía.

Dimensionar la bomba de vacío para que se adapte a las necesidades del sistema de ordeño y lavado puede reducir los costes de inversión en equipamiento, disminuir los costes energéticos de funcionamiento a lo largo del ciclo de vida de la bomba y garantizar su correcto funcionamiento. El tamaño de la bomba de vacío depende de todos los componentes del sistema que admiten aire durante el funcionamiento. Por lo general, el tamaño de las bombas se determina teniendo en cuenta la cantidad de aire que entra en el sistema de ordeño durante la recogida de leche, más una reserva del 50 % para cubrir la entrada accidental de aire y el desgaste de las piezas (MMMC, 1993). Las normas industriales obsoletas solían recomendar bombas de vacío sobredimensionadas, en parte debido a la creencia errónea de que se necesita una capacidad de vacío adicional para el lavado. Una bomba de vacío sobredimensionadapuede sobrecalentarse al finalizar su ciclo. La norma de rendimiento industrial actual, la norma ASAE S518.2 de febrero de 2003, «Instalaciones de máquinas de ordeño», proporciona directrices de dimensionamiento actualizadas para las bombas de vacío de las explotaciones lecheras (Ludington et al., 2004).

Variadores de velocidad

Un variador de velocidad (VSD), también conocido como variador de velocidad ajustable o variador de frecuencia, es una tecnología de bajo consumo que se utiliza para controlar el nivel de vacío en las bombas rotativas de paletas deslizantes y en las bombas rotativas de lóbulos. Los sistemas de vacío tradicionales funcionan únicamente a velocidad máxima y dependen de un regulador de vacío para purgar el exceso de aire que no se utiliza durante las operaciones de ordeño o lavado. Un VSD ajusta la velocidad del motor de la bomba para satisfacer la demanda de vacío, de modo que la bomba de vacío extraiga y el sistema de ordeño admita cantidades iguales de aire. Al eliminar la cantidad de aire que se admitiría a través de un regulador, el motor consume menos potencia durante la mayor parte del proceso de ordeño. Un VSD en una bomba de vacío elimina la necesidad de un regulador convencional, ya que se suministra menos energía al motor y se reducen sus velocidades de funcionamiento. Los costes energéticos de funcionamiento de un sistema de vacío con un VSD pueden reducirse hasta en un 60 % (Ludington et al., 2004). Además, reducir las revoluciones por minuto (RPM) de la bomba de vacío puede prolongar su vida útil, ya que habrá menos desgaste y menores costes de mantenimiento.

Mantenimiento de la bomba de vacío

Seguir el programa de mantenimiento del fabricante, junto con el mantenimiento rutinario de todos los sistemas de bombas de vacío, puede suponer un ahorro energético. Comprobar la temperatura de la bomba de vacío al final de cada ordeño es una buena forma de detectar problemas en la bomba o en la carga eléctrica. Las temperaturas elevadas del motor pueden indicar la necesidad de ajustar el vacío, eliminar obstrucciones en el escape, reparar los sistemas de lubricación de las paletas rotativas o limpiar las bombas de soplador de lóbulos. Los cambios en la velocidad de la bomba de vacío pueden deberse a fugas de aire en el sistema de ordeño, juntas de drenaje deterioradas, correas de la bomba flojas, pulsadores defectuosos o un sensor de vacío VSD defectuoso. Una fuga de aire de 5 pies cúbicos por minuto en el sistema de vacío puede suponer más de 100 dólares en costes eléctricos desperdiciados (Peterson, 2008). Los problemas relacionados con las bombas de vacío pueden evitarse comprobando periódicamente los niveles de vacío y el funcionamiento del VSD.

Sistemas de refrigeración de leche

La refrigeración de la leche representa la mayor parte del consumo de energía eléctrica en una explotación lechera. La leche se extrae de la vaca a una temperatura de entre 95 y 99 grados Fahrenheit (F). Para mantener una alta calidad de la leche, lo que incluye un bajo recuento bacteriano, es necesario reducir rápidamente la temperatura de la leche cruda hasta unos 38 grados. Los sistemas de refrigeración constan de un tanque de almacenamiento, una unidad compresora accionada por motor, un evaporador y una unidad condensadora. El sistema funciona bombeando un refrigerante en un ciclo que desprende calor al condensarse. Los intercambiadores de calor refrigerados con agua de pozo, los variadores de velocidad en la bomba de leche, las unidades de recuperación de calor de la refrigeración y los compresores scroll son tecnologías de ahorro energético que pueden reducir el consumo de energía del sistema de refrigeración.

En las explotaciones lecheras se utilizan dos tipos de sistemas de enfriamiento de la leche. Un sistema de enfriamiento por expansión directa enfría la leche directamente en el tanque de almacenamiento mediante placas evaporadoras que se expanden en la parte inferior del tanque. Los sistemas de enfriamiento indirecto, o instantáneo, utilizan intercambiadores de calor para preenfriar la leche antes de que entre en el tanque de almacenamiento. Un intercambiador de calor de preenfriamiento puede reducir la temperatura de la leche hasta en 40 grados, lo que se traduce en una reducción del consumo energético de refrigeración de alrededor del 60 % (Sanford, 2003b).

Un preenfriador de agua de pozo (en el extremo derecho) reduce el uso del compresor al utilizar agua subterránea para preenfriar la leche. Foto: Andy Pressman

Intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor utilizados para el preenfriamiento de la leche cruda transfieren el calor de la leche a un fluido refrigerante intermedio, como agua de pozo o una solución de agua y glicol, haciendo que la leche y el refrigerante circulen en configuraciones de flujo paralelo o de contracorriente. En una configuración de flujo paralelo, la leche y el refrigerante fluyen en la misma dirección. Los fluidos fluyen en direcciones opuestas en un patrón de contracorriente. Los sistemas de contracorriente permiten alcanzar temperaturas más bajas de la leche. La cantidad de enfriamiento que se produce depende del caudal de la leche en relación con el caudal del refrigerante, además del área de transferencia de calor, el número de veces que la leche pasa a través del refrigerante y la temperatura de este.

Los intercambiadores de calor alimentados con agua de pozo se utilizan en sistemas de preenfriamiento desde hace más de 20 años y pueden reducir los costes de refrigeración entre 0,2 y 0,3 kWh/cwt (cien libras de leche) (Ludington et al., 2004). Existen dos tipos de intercambiadores de calor utilizados para el preenfriamiento: los intercambiadores de calor de carcasa y tubos y los intercambiadores de calor de placas. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos consisten en un único tubo pequeño o varios tubos pequeños dentro de un tubo más grande. La leche fluye a través del tubo o tubos más pequeños, mientras que el agua de pozo fluye a través del tubo más grande. Los intercambiadores de calor de placas están formados por una serie de placas metálicas situadas una al lado de otra. La leche y el agua de pozo circulan por canales de flujo opuestos y el agua de pozo absorbe el calor de la leche en el lado opuesto de cada placa. Los intercambiadores de calor de placas son relativamente pequeños y, a diferencia de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, se pueden añadir placas adicionales para aumentar la capacidad.

Los intercambiadores de calor están diseñados de tal forma que la leche y el refrigerante realizan uno o varios pasos entre las placas o los tubos. En un intercambiador de calor de un solo paso, el circuito está dispuesto de manera que los dos fluidos entran en contacto al atravesar conjuntos separados de placas o tubos antes de salir del intercambiador. Los intercambiadores de calor de paso múltiple dirigen el flujo de leche y refrigerante a través de dos o más circuitos, lo que mantiene los canales de leche en contacto con los canales de refrigerante durante períodos de tiempo más prolongados. Un intercambiador de calor puede diseñarse de manera que la leche recorra múltiples circuitos y el refrigerante fluya a través de un solo paso o circuito. Las granjas que ordeñan durante largos periodos de tiempo pueden utilizar intercambiadores de calor diseñados para dos refrigerantes. El uso de dos fluidos de refrigeración diferentes, como un primer preenfriamiento con agua de pozo y luego con agua refrigerada o una solución de agua y glicol, puede enfriar la leche a medida que se recoge.

Ahorro energético del precalentador

La instalación de un preenfriador con las dimensiones adecuadas puede reducir el consumo energético de la refrigeración en aproximadamente un 60 % (Sanford, 2003b). Un intercambiador de calor de agua de pozo con las dimensiones adecuadas puede reducir la temperatura de la leche hasta situarla entre 5 y 10 grados por debajo de la temperatura del agua subterránea. Se puede lograr una mayor eficiencia en el preenfriamiento con una relación de 1:1 entre el caudal de refrigerante y el de leche, y utilizando tuberías de agua lo más grandes posible para maximizar el caudal de refrigerante. Otros factores que determinan el ahorro energético y económico de un preenfriador son el tamaño del rebaño, el número y el tamaño de los compresores, el tipo de refrigerante utilizado y la antigüedad del tanque de almacenamiento. Una ventaja añadida del uso de agua para el preenfriamiento es que posteriormente puede utilizarse como agua de bebida para el ganado. Las vacas dependen del agua de bebida para producir leche y prefieren el agua tibia al agua fría. El agua tibia también puede utilizarse para realizar otras tareas, como el lavado y la calefacción.

Bombas de leche de velocidad variable

Como se ha mencionado anteriormente, se necesita vacío para la recogida de leche. Sin embargo, la leche no puede pasar de una tubería que se encuentra bajo vacío a un tanque de almacenamiento que está a presión atmosférica normal. Para compensar la diferencia de presión, la leche puede fluir hacia un depósito receptor que activa una bomba de transferencia de leche para impulsar la leche desde dicho depósito, ya sea a través de un intercambiador de calor o directamente al tanque de almacenamiento. Otra opción que elimina el recipiente colector y la bomba de transferencia de leche consiste en crear vacío en el tanque de almacenamiento colocando juntas de goma en las tapas del tanque.

Una bomba de transferencia de leche de velocidad variable puede reducir aún más el consumo de energía al disminuir el caudal de leche que pasa por el intercambiador de calor. Un caudal de leche más bajo y más constante a través del intercambiador de calor aumenta la proporción de refrigerante con respecto a la leche y da lugar a un mayor enfriamiento de la leche. La leche puede enfriarse entre 15 y 20 grados más mediante la instalación de una bomba de transferencia de leche de velocidad variable (Sanford, 2004c).

Unidades de recuperación de calor para refrigeración

Las unidades de recuperación de calor de refrigeración (RHR) capturan el calor residual de refrigeración del condensador para precalentar el agua antes de que esta se transfiera a un calentador de agua. Una unidad RHR puede recuperar entre el 20 % y el 60 % de la energía necesaria para enfriar la leche destinada al almacenamiento (Sanford, 2004b). Dependiendo del número de vacas que se ordeñen, el depósito de almacenamiento de la RHR debe tener el tamaño adecuado para proporcionar suficiente agua caliente para un ordeño. Esto incluye el agua caliente para lavar el sistema de ordeño y el depósito de leche a granel. La amortización de la compra de una unidad RHR depende del ahorro en la calefacción del agua y variará considerablemente de una granja a otra.

Tipos de unidades de recuperación de calor en sistemas de refrigeración

Existen dos tipos de unidades de recuperación de calor de refrigeración (RHR): las unidades de desupercalentamiento y las de condensación total. Una unidad de desupercalentamiento solo funciona cuando el sistema de refrigeración está en marcha y produce agua a temperaturas de entre 95 y 115 grados (Ludington et al., 2004). Estas unidades pueden resultar económicas de instalar, pero solo una parte del calor disponible puede transferirse al agua. Casi todo el calor de refrigeración disponible se recupera en forma de agua caliente en una unidad de condensación total, con temperaturas que alcanzan los 120 a 140 grados (Ludington et al., 2004). Este tipo de unidad RHR satisface las necesidades del sistema de refrigeración mediante el uso de una válvula que controla el flujo de agua fría a través del intercambiador de calor. Una vez que el depósito de almacenamiento está lleno, el exceso de agua caliente puede seguir utilizándose y no se desperdicia. Una unidad RHR de condensación total sustituye la necesidad de un condensador convencional en el sistema de refrigeración y se integra mejor como parte de un sistema de refrigeración nuevo o de sustitución. Si casi toda la energía capturada por la unidad RHR se utiliza para precalentar el agua, entonces no se necesita un preenfriador para eliminar el calor de la leche y, de hecho, puede aumentar los costes energéticos generales.

Compresores

La función de un compresor es comprimir el gas refrigerante frío y a baja presión procedente del evaporador hasta un estado de alta presión y alta temperatura para su condensación. Los tres tipos de compresores de refrigeración utilizados para la refrigeración de la leche en las explotaciones lecheras son los alternativos, los de espiral y los de disco. El compresor alternativo es el más común y puede ser de tipo abierto, hermético o hermético accesible. Los compresores scroll y de disco son más modernos y eficientes que los alternativos. Las investigaciones han demostrado que sustituir un compresor alternativo averiado por un nuevo compresor scroll puede reducir los costes de refrigeración de la leche en un 20 % debido a la disminución de la demanda eléctrica (Ludington et al., 2004).

Calentar agua

El agua caliente es esencial para producir leche de alta calidad en las explotaciones lecheras y se utiliza principalmente para la limpieza de los sistemas de ordeño. La cantidad de agua caliente necesaria varía de una explotación a otra y depende del tamaño del rebaño lechero, así como del tipo y tamaño del sistema de ordeño. De media, se necesitan un mínimo de 15 litros de agua a 77 °C por cada unidad de ordeño (Ludington et al., 2004). El agua caliente se produce generalmente mediante calentadores de agua que utilizan fuelóleo, gas natural o propano, energía solar o electricidad. En algunas explotaciones lecheras, el calentamiento del agua puede representar alrededor del 25 % del consumo total de energía de la explotación (Sanford, 2003a).

Tipos de calentadores de agua

Hay varias formas de reducir la cantidad de energía que se consume para calentar agua. Tanto si se utiliza un calentador de agua directo como indirecto, la eficiencia global viene determinada por la eficiencia de combustión de la fuente de combustible y la cantidad de pérdida de calor del depósito de almacenamiento, lo que se conoce como pérdida en reposo. Un calentador de agua directo combina el depósito de almacenamiento de agua y el elemento calefactor. El depósito de almacenamiento de un calentador de agua indirecto contiene un intercambiador de calor conectado a una caldera independiente. Aislar el depósito de almacenamiento y las tuberías de conexión puede reducir las pérdidas en modo de espera en ambos tipos de calentadores de agua. Se pueden aislar los laterales y la parte superior de un calentador de agua eléctrico, así como los laterales de los calentadores de agua a gas y gasóleo.

Temperaturas del agua

Es fundamental utilizar la temperatura adecuada del agua para limpiar el equipo de ordeño. Utilizar agua tibia o fría siempre que sea posible puede ayudar a reducir los gastos de energía. Un prelavado con agua tibia, a unos 35-43 °C, evita que la leche se adhiera al equipo, lo cual es un problema que se da con el agua fría. Además, el enjuague con agua tibia no provoca depósitos de minerales y proteínas en las tuberías, como suele ocurrir cuando se utiliza agua caliente. El ciclo de lavado requiere temperaturas del agua de entre 120 y 170 grados. Las explotaciones lecheras requieren el uso de calentadores de agua comerciales, ya que los calentadores de agua eléctricos residenciales están controlados por termostato para no superar los 140 grados debido a las normas de seguridad federales. El rango del termostato de los calentadores de agua comerciales es de 100 a 180 grados. Un enjuague con ácido frío controlará la acumulación de minerales y bacterias en las tuberías de leche y ayudará a ahorrar agua caliente. Existen muchos tipos de desinfectantes ácidos para productos lácteos y cada uno puede tener diferentes instrucciones de enjuague. La mayoría de estos desinfectantes no figuran en la Lista Nacional de Sustancias Permitidas y Prohibidas para su uso en la producción y el procesamiento orgánicos certificados (Programa Orgánico Nacional), pero algunos pueden estar permitidos para su uso en explotaciones lecheras orgánicas (USDA, 2000). Consulte con su certificador orgánico para ver si tiene alguna restricción respecto al uso de desinfectantes ácidos para productos lácteos.

Dispositivos de control eléctrico y picos de demanda

El uso de un dispositivo de control para calentadores de agua eléctricos puede reducir el consumo de electricidad durante los periodos en los que se prevé un aumento de la demanda por encima del nivel medio de suministro, lo que también se conoce como «pico de demanda». Los temporizadores ofrecen una forma sencilla y rentable de controlar los calentadores de agua. Desplazar las cargas eléctricas a horas de menor demanda o fuera de las horas punta, y aprovechar las tarifas eléctricas fuera de las horas punta, no solo garantiza a los agricultores disponer de agua caliente a un coste razonable, sino que también beneficia a la empresa suministradora al permitirle controlar directamente la demanda de energía en su red. Muchas empresas de servicios públicos ofrecen tarifas incentivadas o descuentos para animar a los agricultores a participar en programas de control de calentadores de agua eléctricos. No todas las empresas de servicios públicos ofrecen tarifas fuera de las horas punta, por lo que es mejor consultar con los proveedores locales para ver si hay tarifas fuera de las horas punta disponibles.

Iluminación

Una iluminación adecuada puede mejorar la productividad y la seguridad en una explotación lechera. De media, la iluminación representa el 17 % del consumo total de energía eléctrica de una explotación lechera (Peterson, 2008). Unas condiciones de iluminación óptimas pueden aumentar la producción de leche y reducir el consumo de energía. Entre los factores que contribuyen al aumento de la producción de leche se encuentran el tipo de luz, la cantidad de luz proporcionada por vatio, la temperatura de la zona de trabajo, la altura de los techos y la duración del periodo de iluminación.

Los requisitos de iluminación en una granja lechera pueden dividirse en tres categorías. La primera categoría es la iluminación para tareas que exigen un gran esfuerzo visual, que requiere los niveles de iluminación más altos (Ludington et al., 2004). Las zonas que se benefician de este tipo de iluminación incluyen las salas de ordeño; las zonas de lavado, mantenimiento y reparación de equipos; las oficinas; las zonas de maternidad y de tratamiento veterinario; y los cuartos de servicio. La segunda categoría incluye la iluminación de las zonas de espera, las zonas de alimentación, la selección y observación de animales y la limpieza general. Estas zonas y tareas requieren niveles de iluminación altos o moderados. Por último, los niveles de iluminación bajos o moderados son adecuados para la iluminación general de las zonas de descanso del ganado, la iluminación de los pasillos, la iluminación general de las salas y la iluminación de seguridad interior y exterior.

Tipos de lámparas

En las explotaciones lecheras se utilizan tres tipos de sistemas de iluminación: lámparas incandescentes, lámparas fluorescentes y lámparas de descarga de alta intensidad.

Lámparas incandescentes

Las lámparas incandescentes son habituales en muchas explotaciones lecheras, aunque hoy en día se consideran una fuente de luz ineficiente. Su rendimiento lumínico es solo del 10 %, mientras que el 90 % restante de la energía se disipa en forma de calor (Hiatt, 2008).

Lámparas fluorescentes

Las lámparas fluorescentes se componen de un armazón, un balasto, un casquillo y la(s) lámpara(s). Los balastos proporcionan la tensión, la corriente y la forma de onda necesarias para el encendido y el funcionamiento de las lámparas fluorescentes y de descarga de alta intensidad. Las lámparas están disponibles en muchas longitudes y diámetros diferentes, así como en diversas formas, rangos de temperatura de color y rangos de temperatura mínima de funcionamiento. Las lámparas fluorescentes varían en longitud entre 6 y 96 pulgadas. El diámetro de la lámpara se expresa en octavos de pulgada y las lámparas vienen en los siguientes diámetros: T-5, T-6, T-8, T-9, T-10, T-12 y T-17. Una lámpara T-12 tiene un diámetro de 12/8 pulgadas, es decir, 1,5 pulgadas, mientras que una T-8 tiene un diámetro de 8/8 pulgadas, es decir, 1 pulgada (Sanford, 2004a).

Las lámparas fluorescentes pueden ser lineales (rectas), circulares o en forma de U. El índice de temperatura de color, o CCT, se refiere al aspecto cromático de la luz emitida por una lámpara (Sanford, 2004a). Se expresa en grados Kelvin (K). Los valores de temperatura más bajos producen un color rojo o naranja y se corresponden con una luz emitida cálida. Los valores de temperatura más altos producen una fuente de luz azul, o fría. Los valores de CCT de las lámparas fluorescentes oscilan entre 3.000 y 5.000 grados K, mientras que el valor medio de CCT de una lámpara incandescente ronda los 2.800 grados K. Las temperaturas mínimas de funcionamiento de las lámparas fluorescentes se sitúan entre -20 y 50 grados Fahrenheit, dependiendo de si el balasto es electromagnético o del tipo eléctrico, más eficiente energéticamente.

El tipo más común de lámpara fluorescente es la T-12. Sin embargo, las lámparas de menor diámetro proporcionan más luz por vatio de potencia. En comparación con una lámpara T-12 y su balasto, la lámpara fluorescente T-8 proporciona aproximadamente un 15 % más de luz (en lúmenes), y los balastos son un 40 % más eficientes (Sanford, 2004a). La lámpara fluorescente más eficiente energéticamente es la T-5, pero tiende a producir demasiado calor en un luminario cerrado. El uso de luminarios cerrados en los sistemas de iluminación agrícola protege la carcasa de la corrosión y la lámpara del polvo, la humedad y los gases del estiércol, factores que pueden acortar la vida útil de la lámpara.

Lámparas fluorescentes compactas

Una lámpara fluorescente compacta (CFL) consume aproximadamente un 75 % menos de energía, medida en vatios, para producir la misma cantidad de luz que una bombilla incandescente. Las CFL son directamente intercambiables con las lámparas incandescentes, por lo que sustituir una bombilla incandescente de 60 vatios por una CFL de 20 vatios reduce el consumo de energía en un tercio. Las CFL también duran entre seis y diez veces más que las fuentes de luz incandescentes (Sanford, 2004a). Las CFL se pueden utilizar en exteriores, pero deben cubrirse para proteger las lámparas de las inclemencias del tiempo. Las bajas temperaturas, tanto en interiores como en exteriores, pueden reducir los niveles de luz. Para alcanzar su potencia máxima a temperaturas más bajas, las CFL requieren un periodo de calentamiento.

Lámparas de descarga de alta intensidad

Las lámparas de descarga de alta intensidad (HID) son una fuente de luz muy brillante y eficiente. Las lámparas HID suelen requerir un periodo de calentamiento y generan luz al calentar una mezcla de gases en su interior. Las lámparas HID deben instalarse en altura para que la luz se difunda y se evite el deslumbramiento. Algunas luminarias HID pueden equiparse con un difusor que distribuye la luz horizontalmente. Los cuatro tipos comunes de luces HID son las de vapor de mercurio, halogenuros metálicos, sodio de alta presión y sodio de baja presión.

Lámparas de vapor de mercurio

Las lámparas de vapor de mercurio emiten una luz azul-blanca que imita la luz del día. Sin embargo, son las menos eficientes de las lámparas HID, ya que solo emiten 32 lúmenes por vatio. Además, su eliminación supone un riesgo para el medio ambiente debido al gas de mercurio.

Lámparas de halogenuros metálicos

Las lámparas HID de halogenuros metálicos ofrecen el mejor color de todas las lámparas HID y emiten unos 60 lúmenes por vatio, lo que las hace dos veces más eficientes que una lámpara de vapor de mercurio. Existe una tecnología más reciente de encendido por impulsos disponible para las lámparas de halogenuros metálicos. El sistema de encendido por impulsos puede prolongar la vida útil de la lámpara en un 50 % con respecto a la lámpara de halogenuros metálicos estándar, proporcionar aproximadamente un 8 % más de lúmenes por vatio y permitir un calentamiento y un reinicio más rápidos (Sanford, 2004a). Las lámparas de halogenuros metálicos de encendido por impulsos utilizan un tipo diferente de balasto y no son intercambiables con las lámparas de halogenuros metálicos estándar.

Lámparas de sodio de alta y baja presión

Las lámparas de sodio de alta y baja presión son ligeramente más eficientes que las lámparas de halogenuros metálicos. Las lámparas de sodio de alta presión emiten unos 95 lúmenes por vatio y desprenden una luz anaranjada. Una lámpara de sodio de alta presión de 100 vatios puede proporcionar 2,5 veces más luz que una lámpara de vapor de mercurio de 100 vatios, al tiempo que consume una cantidad de energía significativamente menor. Las lámparas de sodio de alta presión se utilizan a menudo para aplicaciones mixtas de iluminación exterior e interior. Las lámparas de sodio de baja presión son la fuente de luz HID más eficiente, pero producen una luz de color deficiente. Las lámparas de sodio de baja presión se utilizan a menudo para
iluminación de seguridad exterior.

Medidas de eficiencia energética en la iluminación

La sustitución de fuentes de luz ineficientes por otras adecuadas y de mayor eficiencia puede traducirse en una mejor iluminación funcional, con un ahorro energético que se mantiene a lo largo de toda la vida útil de la lámpara. Las posibilidades de ahorro energético incluyen la sustitución de lámparas incandescentes por lámparas fluorescentes compactas, el cambio a lámparas fluorescentes de menor diámetro y mayor eficiencia, y la adopción de sistemas de iluminación HID. Dado que los accesorios de iluminación distribuyen la luz de diferentes maneras, a la hora de tomar cualquier decisión sobre la iluminación se debe tener en cuenta la distribución y el uso del granero.

Se puede ahorrar energía utilizando tecnologías sencillas y económicas que van más allá de la simple sustitución de lámparas. Algunas de estas tecnologías incorporan controladores lógicos programables y otros sistemas de control informatizados, e incluyen temporizadores, controladores fotográficos de atardecer a amanecer, controladores de media noche y detectores de movimiento. Continuamente se desarrollan nuevas tecnologías más eficientes.

Factores que influyen en la vida útil de las lámparas

Hay varios factores que pueden acortar la vida útil de una lámpara. Entre ellos se incluyen:

• Nivel de gases de estiércol
• Humedad
• Polvo
• Encendido y apagado frecuentes

Iluminación de día largo

La iluminación de día largo es una novedad en las explotaciones lecheras que consiste en aumentar la producción de leche al prolongar la duración del día mediante luz artificial. Según los investigadores, las vacas lecheras son sensibles a la duración del día y se les puede estimular para aumentar la producción de leche proporcionándoles entre 16 y 18 horas de iluminación ininterrumpida seguidas de entre 6 y 8 horas de oscuridad (Sanford, 2004a). Mediante la implementación de un sistema eficiente de iluminación de día largo, la producción de leche puede incrementarse entre un 5 % y un 16 %.

Los ventiladores ayudan a mejorar la circulación del aire en el interior de un establo. Foto: Andy Pressman

Ventilación

En los establos lecheros es necesaria una ventilación adecuada durante todo el año para ayudar a mantener la salud y la productividad de los animales, la integridad estructural del establo, la calidad de la leche y un entorno de trabajo cómodo para los trabajadores. El aire del interior del establo se vuelve cálido y húmedo, ya que las vacas producen calor y humedad de forma continua. Un sistema de ventilación eficiente introduce aire fresco, más frío y seco, en el establo, lo mezcla y lo hace circular, y expulsa y diluye la humedad, el polvo, los gases y olores del estiércol, así como los contaminantes presentes en el aire.

Las vacas que están expuestas al aire libre son menos propensas a sufrir estrés térmico, afecciones respiratorias, mastitis, problemas reproductivos y otras enfermedades que podrían reducir la producción de leche. Muchos productores lecheros se están dando cuenta de las ventajas inherentes a un sistema de producción basado en el pastoreo. Las explotaciones lecheras basadas en el pastoreo adoptan un enfoque ecológico en el cuidado de la salud, ya que se basan en la inmunidad natural que proporciona el acceso a los pastos. Para obtener más información sobre la ganadería lechera basada en el pastoreo, consulte la publicación de ATTRA Producción lechera en pastos: Introducción a la ganadería lechera basada en pastos y estacional. Según los expertos, el estrés térmico en las vacas lecheras comienza cuando las temperaturas ambientales superan los 65 grados y la humedad relativa es del 40 % o superior (Ludington et al., 2004). Mantener un ambiente saludable mediante el control del moho, las esporas, el polvo y otros irritantes también ayuda a reducir las posibilidades de contaminación de la leche y disminuye los riesgos para la salud de los ganaderos. Una buena ventilación también reduce el deterioro de los edificios debido al exceso de humedad, que puede provocar podredumbre, moho y problemas eléctricos.

Tipos de ventilación

Existen dos tipos de ventilación: la natural y la mecánica. La ventilación natural es la que menos energía consume y requiere un intercambio de aire, la capacidad de controlar los caudales de ventilación, flexibilidad para proporcionar a las vacas un entorno confortable durante todo el año y una buena construcción del establo (Wood Gay, 2002). Los establos situados en la trayectoria de los vientos dominantes y diseñados con paredes laterales y frontales ajustables pueden aprovechar las brisas y la flotabilidad térmica, y minimizar los intercambios de aire inesperados.

Los establos con ventilación mecánica requieren entradas de aire y extractores situados uno frente al otro. Los extractores funcionan con un motor eléctrico y cuentan con campanas, rejillas de protección y persianas o compuertas. Cada extractor se orienta hacia una zona concreta para garantizar un control uniforme de la humedad y los gases (Peterson, 2008). Los ventiladores utilizados en los edificios ganaderos suelen ser ventiladores de flujo axial, diseñados para que el aire pase directamente a través del ventilador en paralelo al eje de transmisión de las aspas (Arnold y Veenhuizen, 1994). Los sistemas de ventilación tradicionales se diseñan con entradas de aire y extractores situados en extremos opuestos de un edificio, mientras que en un sistema de ventilación cruzada las entradas de aire y los extractores se sitúan en lados opuestos del edificio.

Selección de ventiladores

Un sistema de ventilación con ventiladores correctamente diseñado y dimensionado debe proporcionar el nivel de ventilación necesario para mantener un ambiente confortable tanto para las vacas como para los trabajadores en todas las estaciones del año. El tamaño y la forma de las aspas, la velocidad del ventilador en revoluciones por minuto (rpm), la potencia del motor y el diseño de la carcasa determinan la cantidad de aire que puede mover un ventilador. Esto se conoce como capacidad del ventilador y se mide en pies cúbicos por minuto (cfm). El tamaño del sistema de ventilación necesario depende de su capacidad para eliminar el exceso de humedad durante los meses más templados y fríos del año, al tiempo que impulsa aire fresco a través del edificio durante el verano para reducir el estrés térmico de los animales. Los ventiladores de extracción varían en tamaño desde 5 pulgadas de diámetro hasta 72 pulgadas. Los motores de los ventiladores de extracción pueden tener una potencia de tan solo 1/20 caballos de fuerza y pueden superar los 50 caballos de fuerza (NFEC).

La presión estática es la diferencia de presión entre el interior y el exterior de un edificio, un extractor de aire o una entrada de aire (Ludington et al., 2004). Se mide en pulgadas de agua o pulgadas de mercurio. La presión estática de un extractor de aire eficiente debe situarse entre 0,05 y 0,125 pulgadas de agua y se mide con un manómetro.

Ventiladores de circulación

Los ventiladores de circulación se instalan en el interior de los edificios para ayudar a mejorar la circulación del aire y reducir las zonas de aire estancado. Existen diferentes tipos de ventiladores de circulación, todos ellos con aspas de hélice acopladas directamente a un motor o a un sistema de transmisión por correa. Dos tipos comunes de ventiladores de circulación utilizados en los sistemas de alojamiento de ganado lechero son los ventiladores de caja y los ventiladores de gran volumen y baja velocidad (HVLS). Los ventiladores de caja suelen funcionar con niveles de eficiencia de moderados a altos, dependiendo del diámetro del ventilador, siendo los de mayor diámetro los más eficientes (Sanford, 2004d).

Los ventiladores HVLS son ventiladores de circulación de gran diámetro, con diámetros que oscilan entre los 2,4 y los 7,3 metros. Un ventilador HVLS de 24 pies puede mover la misma cantidad de aire que seis ventiladores de caja de alta velocidad de 48 pulgadas y puede ahorrar hasta 3,3 kilovatios en una hora de funcionamiento (Sanford, 2004d). Los ventiladores HVLS ahorran energía al sustituir a los ventiladores de circulación existentes que no son eficientes. Además, los ventiladores HVLS suelen ser silenciosos, reducen la humedad en los edificios y disminuyen las poblaciones de moscas y aves en los graneros.

Valoraciones de los aficionados

La Asociación Internacional de Control y Movimiento del Aire (AMCA) es un laboratorio de ensayos independiente que evalúa los ventiladores en función de su capacidad para mover el aire. Los ventiladores que cumplen determinados criterios de rendimiento de la AMCA u otras pruebas fiables reciben un sello de aprobación certificado. Esta clasificación puede resultar útil para seleccionar el ventilador adecuado para el uso previsto. Para obtener más información sobre la AMCA, visite su sitio web. El Laboratorio de Sistemas Bioambientales y Estructurales (BESS) ofrece investigación, pruebas de productos y formación sobre ventiladores agrícolas. Los resultados de las pruebas de rendimiento están disponibles en su sitio web.

Sistemas de control de ventilación

El uso de termostatos para controlar los sistemas de ventilación reduce el consumo de energía, ya que los ventiladores solo funcionan cuando es necesario. Los termostatos, si están bien situados, deberían reflejar con precisión la temperatura media del interior del edificio. Instalar un termostato a una distancia mínima de 3 metros del ventilador y al menos 30 centímetros por debajo del techo reduce la exposición del termostato a factores adversos, como la luz solar y las corrientes de aire de entrada, que pueden alterar la lectura de temperatura del termostato (Wells, 1990). Todos los sistemas de control deben colocarse de manera que el ganado no pueda golpearlos.

Los temporizadores y los sensores de humedad también pueden utilizarse para regular los caudales de ventilación. Sin embargo, es posible que el uso de estos dispositivos de control no suponga un ahorro energético. Los temporizadores activan y desactivan los motores cíclicamente para alcanzar los caudales de ventilación establecidos y pueden consumir más energía al poner en marcha los motores desde el estado de reposo. Además, los temporizadores provocan mayores oscilaciones de temperatura. Por otra parte, se ha observado que los sensores de humedad no funcionan adecuadamente en los establos (Wells, 1990).

Mantenimiento del sistema de ventilación

Los sistemas de ventilación de las explotaciones lecheras requieren un mantenimiento rutinario para que los ventiladores sigan funcionando a un alto nivel de rendimiento. Un mantenimiento deficiente de los ventiladores y la obstrucción de las entradas y salidas de aire pueden reducir la eficiencia de los ventiladores hasta en un 40 o 50 por ciento. La limpieza de las piezas de los ventiladores, la lubricación de los cojinetes y otras piezas móviles, la comprobación de la tensión y la alineación de las correas, así como la eliminación de cualquier obstrucción, mantendrán a los ventiladores funcionando a su máxima eficiencia y reducirán los costes energéticos. La eficiencia a largo plazo puede mejorarse reparando o sustituyendo las aspas, las compuertas, las protecciones y otras piezas del ventilador que estén dobladas, dañadas o desalineadas. Se puede utilizar un medidor de velocidad del aire para detectar reducciones en el rendimiento del sistema de ventilación. Los sistemas de control deben limpiarse con regularidad y la precisión de los termostatos debe comprobarse anualmente comparando sus lecturas con las de un termómetro de mercurio.

Factores que influyen en la eficiencia de un sistema de ventilación para ganadería

Dave Ryan, ingeniero energético de NCAT, realiza una auditoría energética en una granja. Foto: Andy Pressman

1. Diseño del sistema de ventilación
2. Tipo y diseño de las aspas del ventilador
3. Eficiencia de los motores eléctricos que accionan los ventiladores
4. Uso del sistema de control de los ventiladores
5. Mantenimiento y limpieza rutinarios

Auditorías energéticas en explotaciones agrícolas

Una auditoría energética agrícola es una herramienta que ayuda a los productores agrícolas a ahorrar energía y dinero mediante la implantación de equipos energéticamente eficientes. La auditoría recopila y analiza información sobre el consumo energético de la explotación y los costes asociados, y a continuación formula recomendaciones sobre cómo reducirlos. Las auditorías energéticas agrícolas también estudian formas de aprovechar los recursos de energía renovable disponibles en la explotación. Las explotaciones lecheras suelen ser buenas candidatas para las auditorías energéticas agrícolas, ya que existen importantes oportunidades para que las granjas lecheras ahorren energía y dinero mediante medidas de conservación y eficiencia. Las auditorías energéticas agrícolas pueden ser realizadas por un profesional o mediante calculadoras de eficiencia energética de uso propio.

Las tierras de Hillside Farms, Shavertown, Pensilvania. Foto: Andy Pressman Ahorro energético en The Lands at Hillside Farms The Lands at Hillside Farms es una histórica granja lechera y un centro educativo sin ánimo de lucro dedicado a la agricultura sostenible, situado en Shavertown, Pensilvania. El rebaño lechero de la granja, compuesto por unas 60 vacas alimentadas con pasto, está formado por razas Jersey, Holstein y cruces de Jersey-Holstein. Una vez ordeñadas las vacas en un establo de amarre, la leche cruda se recoge y se procesa en la propia granja. En 2007, el Centro Nacional de Tecnología Apropiada (NCAT) llevó a cabo una auditoría energética en The Lands at Hillside Farms. El estudio reveló que la mayor parte de la energía de la granja se destina a la pasteurización y homogeneización de la leche cruda, la elaboración de productos lácteos y la refrigeración. El NCAT también identificó varias oportunidades de ahorro energético en la recogida de leche en el establo lechero. Entre las medidas de ahorro energético recomendadas con un corto periodo de amortización se incluían la sustitución de las lámparas incandescentes por lámparas fluorescentes compactas, el aislamiento del calentador de agua con una manta, el aislamiento de las tuberías de agua caliente con espuma aislante y el uso del agua del preenfriador como agua de bebida para las vacas. Estas medidas de ahorro energético supondrían un ahorro de unos 300 dólares al año en costes energéticos. No se recomendó la instalación de un variador de velocidad para controlar la bomba de vacío y el flujo de leche a través del enfriador de placas debido a los elevados costes de implementación en relación con el tamaño del rebaño.

Incentivos económicos

Existen varios programas de subvenciones e incentivos a nivel federal, estatal y de organizaciones sin ánimo de lucro destinados a la implantación de sistemas de eficiencia energética y energías renovables en las explotaciones lecheras. Para obtener información sobre los incentivos estatales y federales, consulte laBase de datos de incentivos estatales para las energías renovables y la eficiencia(DSIRE). Para obtener información sobre subvenciones y garantías de préstamos destinadas a ayudar a los productores agrícolas a adquirir tecnologías de energías renovables y a realizar mejoras en materia de eficiencia energética, consulte el sitio web de los Programas Empresariales y Cooperativos de Desarrollo Rural del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.

Resumen

Las explotaciones lecheras disponen de numerosas oportunidades para reducir su consumo de energía eléctrica. Pueden mejorar su eficiencia energética renovando los equipos antiguos, instalando nuevas tecnologías y modificando las prácticas de gestión relacionadas con la ordeño, la refrigeración y el almacenamiento de la leche, la ventilación y la iluminación. Una auditoría energética puede ser una herramienta muy útil para un ganadero lechero que desee comprender cómo se utiliza actualmente la energía en la explotación e identificar oportunidades de ahorro.

Agradecimientos

Un agradecimiento especial a Joseph Schultz, de Focus on Energy y GDS Associates, Inc., y a John Frey, director ejecutivo del Center for Dairy Excellence, por su revisión técnica de esta publicación. Gracias también a Margo Hale y Dave Ryan, de NCAT, por sus aportaciones a las secciones sobre equipamiento y calentamiento de agua de esta publicación.

Eficiencia energética en las explotaciones lecheras
Por Andy Pressman
Especialista en agricultura del NCAT
IP355

Esta publicación ha sido elaborada por el Centro Nacional de Tecnología Apropiada a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, en el marco de un acuerdo de cooperación con el Departamento de Desarrollo Rural del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). ATTRA.NCAT.ORG.