Sistemas de abrevadero para ganado alimentados con energía solar

Por Mike Morris, especialista agrícola del NCAT, y Vicki Lynne, especialista en energía del NCAT; actualizado por Chris Lent, especialista agrícola del NCAT

Resumen

Debido a la bajada de los precios, su larga vida útil y sus bajos requisitos de mantenimiento, la energía solar se está convirtiendo rápidamente en la primera opción para el bombeo de agua en zonas remotas. Esta publicación ofrece una introducción a los sistemas de abrevadero para ganado alimentados con energía solar, incluyendo análisis sobre costes, componentes y terminología, así como algunas sugerencias para el diseño y la instalación de estos sistemas.  Se comparan las ventajas y desventajas del bombeo solar con las principales opciones de bombeo en lugares remotos: molinos de viento mecánicos, turbinas eólicas y generadores portátiles alimentados con gas, propano o gasóleo. También se analizan las consideraciones de diseño para la protección contra las heladas en los sistemas de bombeo de agua. Se incluyen descripciones de cuatro proyectos exitosos y una breve lista de recursos.

Los sistemas de abrevaderos para ganado que funcionan con energía solar, como este, están ganando cada vez más popularidad, sobre todo en zonas remotas. Foto: NCAT

Introducción

Las fuentes de energía remotas o autónomas —como los paneles solares, los molinos de viento mecánicos, las turbinas eólicas y los generadores portátiles— pueden bombear agua para el ganado en lugares donde no se dispone de electricidad de la red. Al animar a los animales a alejarse de los estanques y arroyos, estos sistemas facilitan al ganado un mayor acceso al forraje. Además, reducen la presión del ganado sobre las riberas de los arroyos, lo que evita la carga de nutrientes, los daños a la vegetación ribereña, la erosión y la contaminación.

El bombeo solar sustituyó a un generador de gas en el rancho Tomlinson, cerca de Gold Creek, Montana. Foto: NCAT

El bombeo solar funciona en cualquier lugar donde brille el sol, y la mayor parte de Estados Unidos cuenta con luz solar suficiente para hacer funcionar estos sistemas. El bombeo solar es la solución ideal para el pastoreo estival, ya que produce mayores volúmenes de agua cuando hace sol y durante las largas jornadas de verano, precisamente cuando los animales más necesitan el agua. Tomando las precauciones adecuadas, los sistemas de bombeo solar también pueden utilizarse durante los meses de invierno, aunque la reducción de las horas de luz solar provocará una disminución del caudal de agua.

¿Por qué deberías plantearte instalar un sistema de abrevadero para ganado alimentado con energía solar en tu granja o rancho? Estos factores pueden influir en tu decisión:

• Distancia a las líneas eléctricas y coste de la ampliación de la línea
• Costes de funcionamiento y mantenimiento de un sistema solar en comparación con otras alternativas, como un molino de viento mecánico o un generador que funciona con gasolina, propano o gasóleo
• La incertidumbre sobre los precios futuros de la electricidad, el propano, la gasolina y el gasóleo
• Beneficios medioambientales como la protección de las riberas, la independencia energética y la demostración de alternativas energéticas no fósiles

Coste

En 2012, el coste habitual de un sistema de bombeo solar de tamaño pequeño o mediano adecuado para el abrevado del ganado oscilaba entre los 2.000 y los 6.000 dólares. Esto no incluye los gastos de instalación ni la perforación del pozo. Los precios de venta al público de los paneles solares han bajado drásticamente, reduciéndose en aproximadamente dos tercios entre 2008 y 2012.

Otra buena noticia para los consumidores es que los sistemas de bombeo solar pueden acogerse a un crédito fiscal federal por inversión energética empresarial del 30 %. No hay un importe máximo para el crédito, y los propietarios de viviendas pueden beneficiarse de un crédito fiscal similar del 30 %. Estos incentivos están en vigor desde 2005 y está previsto que se mantengan hasta el 31 de diciembre de 2016. Los productores agrícolas también pueden solicitar subvenciones o préstamos del competitivo Programa de Energía Rural para América (REAP), gestionado por el Departamento de Desarrollo Rural del USDA. Las subvenciones pueden alcanzar hasta el 25 % de los costes subvencionables del proyecto. Para obtener más información, visite www.rurdev.usda.gov o póngase en contacto con la oficina estatal del Departamento de Desarrollo Rural del USDA.

Ten en cuenta que tanto al crédito fiscal por inversión en energía para empresas como al programa REAP se les aplican condiciones y exclusiones. La información anterior es válida a fecha de 2012, pero las normas de ambos programas pueden sufrir modificaciones. Para conocer los incentivos actuales, consulta con tu distribuidor de energía solar o visita la Base de datos de incentivos estatales para las energías renovables (DSIRE).

A pesar de las importantes bajadas de precios y de los incentivos económicos fácilmente accesibles, los paneles solares no son, en absoluto, una forma barata de generar electricidad. Al fin y al cabo, hay que tener en cuenta que un panel solar de 100 vatios, que cuesta cientos de dólares, solo genera la energía suficiente para encender una bombilla de 100 vatios. Los sistemas de bombeo solar están diseñados para funcionar con poca potencia, normalmente solo una fracción de un caballo de vapor. Los cuatro sistemas de bombeo solar descritos al final de esta publicación oscilan entre 128 y 420 vatios, o entre 0,2 y 0,6 caballos de potencia. Si está familiarizado con bombas de riego que van desde varios caballos de potencia hasta 100 o más, tendrá que rebajar sus expectativas.

Muchos paneles solares que se comercializan actualmente (en 2012) cuestan menos de 2,00 dólares por vatio, y un conjunto de paneles para un sistema de tamaño pequeño o mediano debería costar bastante menos de 1.000 dólares. Sin embargo, hay que tener en cuenta que los precios de las bombas, los soportes, el cableado, los reguladores y otros componentes no han bajado. En el caso de las bombas (que se analizan en detalle más adelante), podría decirse que la calidad ha mejorado, pero también lo han hecho los precios.

El bombeo solar resulta muy adecuado para situaciones en las que la altura de elevación y el caudal son reducidos. Cuando se trata de grandes caudales y pozos profundos, el bombeo solar resulta prohibitivamente caro, ya que requiere bombas especializadas y costosas, así como instalaciones solares de gran envergadura. Del mismo modo, la mayoría de los sistemas de riego a presión consumen demasiada energía como para que su funcionamiento resulte rentable con paneles solares, aunque el bombeo solar puede ser una excelente opción para pequeños sistemas de riego por goteo.

Aunque la electricidad solar no es barata, hay muchas situaciones en las que los sistemas de bombeo alimentados con energía solar pueden resultar rentables solo por razones económicas. Si se tienen en cuenta los costes de instalación, combustible y mantenimiento a lo largo de la vida útil del proyecto, es posible que la energía solar resulte ser la opción más atractiva.

Si se dispone de líneas eléctricas, estas suelen constituir la fuente de electricidad más económica. Para muchas personas que deciden instalar un sistema de bombeo solar, una de las principales consideraciones es el coste de la ampliación de la red eléctrica. La ampliación de la red suele costar entre 10 000 y 50 000 dólares, o incluso más, por milla. Una regla general muy aproximada es que vale la pena considerar el bombeo remoto (ya sea con energía solar, eólica o de generador) siempre que la distancia a la red eléctrica supere aproximadamente media milla.

¿Cómo se elige entre la energía solar, un molino de viento mecánico, un sistema eólico-eléctrico y un generador de gas, propano o gasóleo? No hay dos situaciones de bombeo iguales, pero aquí tienes algunas pautas:

Los sistemas alimentados con energía solar tienen un coste inicial relativamente elevado en comparación con los sistemas de baja calidad que funcionan con generadores, pero son duraderos y requieren poco mantenimiento. Los sistemas de riego solares tienen pocas piezas móviles, y se ha demostrado que sus componentes son muy fiables cuando se instalan correctamente. Las garantías de los paneles solares suelen ser de 20 años o más.

Los generadores que funcionan con gasolina o propano suelen tener un coste inicial inferior al de la energía solar, aunque también hay que tener en cuenta el coste del combustible. Los generadores de gasolina de gama baja requieren un mantenimiento frecuente y tienen una vida útil de tan solo unas 1.500 horas, lo que los convierte en una opción costosa y que exige mucho trabajo a largo plazo. Por otro lado, los generadores de mejor calidad tienen muchas ventajas. Un generador de propano de alta calidad con arranque automático funciona sin supervisión, funciona día y noche, es fácil de instalar, debería durar muchos años y es especialmente adecuado para situaciones que implican pozos profundos y grandes volúmenes de agua. Las garantías suelen ser de dos a tres años.

Aunque cuestan aproximadamente el doble que los generadores de gasolina comparables, los generadores diésel suelen tener un coste inicial inferior al de los sistemas eólicos o solares. En situaciones de baja altura de caída y bajo caudal, un sistema solar suele producir agua a un coste menor a lo largo de su vida útil que un generador diésel. Por otro lado, cuando se requieren grandes volúmenes de agua, un sistema diésel puede ser la mejor opción disponible. Las garantías de los generadores diésel oscilan entre uno y tres años.

Los molinos de viento mecánicos o bombas eólicas —una imagen muy habitual en las zonas rurales de Estados Unidos— cuentan con una caja de engranajes que convierte el movimiento circular de las aspas en movimientos ascendentes y descendentes del cilindro de una bomba. En una buena ubicación —una en la que la velocidad media del viento supere las siete millas por hora—, una bomba eólica puede producir agua a un coste menor que una bomba solar. Sin embargo, los molinos de viento suelen tener un coste inicial más elevado que los sistemas de bombeo comparables basados en energía solar o en generadores. Un nuevo molino de viento de Aermotor, una empresa muy conocida, costará entre 2.000 y 13.000 dólares, sin incluir los costes de la torre ni de la instalación. En general, con los molinos de viento hay que contar con unos requisitos de mantenimiento mucho mayores que con un sistema alimentado por energía solar. Las garantías suelen ser de cinco a siete años.

Las turbinas eólicas incorporan un generador que transforma el movimiento circular de las palas en corriente eléctrica. Estos sistemas pueden utilizarse de forma independiente o en combinación con paneles fotovoltaicos para alimentar una bomba. Se puede adquirir una pequeña turbina eólica de 500 vatios por tan solo 650 dólares, que alimentará un sistema de bombeo de tamaño pequeño a mediano en un emplazamiento con excelentes velocidades de viento. Sin embargo, necesitarás una torre alta (más de 24 metros en la mayoría de los lugares) para aprovechar al máximo el viento, lo que aumentará considerablemente el coste del sistema. Del mismo modo, es posible que se sienta tentado a añadir una pequeña turbina eólica a un sistema solar ya existente, creando así un sistema híbrido más potente. Pero, a menos que cuente con velocidades de viento excepcionales (con una media de al menos 11 km/h), probablemente le convenga más simplemente añadir paneles solares al sistema y aumentar la capacidad de almacenamiento de agua para satisfacer sus necesidades.

Hay una diferencia abismal entre las necesidades de mantenimiento de los sistemas solares y los eólicos. Los sistemas solares suelen funcionar durante años prácticamente sin necesidad de mantenimiento. Por el contrario, las turbinas eólicas y los molinos de viento tienen unos requisitos de instalación y mantenimiento bastante exigentes, y no es raro que se produzcan fallos catastróficos. Para más información, consulte la publicación de ATTRA titulada «Energía eólica a pequeña escala en las explotaciones agrícolas ».

En definitiva, la energía solar sale muy bien parada frente a las alternativas disponibles si lo que se busca es bombear agua en una zona remota. Si se trata de sustituir un molino de viento, no hay duda de que se debería considerar seriamente la energía solar. De hecho, los sistemas alimentados con energía solar parecen estar sustituyendo progresivamente a los molinos de viento mecánicos y van por buen camino para convertirse en la primera opción para el bombeo de agua en zonas remotas.

Todas estas generalizaciones deben tomarse con cautela. Constantemente salen al mercado nuevos equipos, cada opción tiene sus ventajas y conviene recordar que cada situación de bombeo y abastecimiento de agua para el ganado depende de las características específicas del lugar.

La tecnología de bombeo solar y lo que hay que saber

Antes de hablar con un concesionario, es recomendable conocer algunos términos básicos:

Figura 1. Un sistema típico de riego para ganado alimentado con energía solar incluye un panel solar, una bomba, un depósito de almacenamiento y un controlador. Gráfico: NCAT

Módulos solares. Los sistemas eléctricos solares se denominan a veces sistemas fotovoltaicos, o «PV». La palabra «fotovoltaico» se abrevia a menudo como «PV». Los paneles solares, o módulos, generan electricidad de corriente continua (CC). Un conjunto de módulos se denomina «matriz». Los paneles solares modernos están diseñados para resistir granizo del tamaño de una pelota de golf y suelen incluir garantías de 20 años (o más).  La mayoría de los sistemas de bombeo de agua necesitarán entre dos y seis paneles. El tamaño y el número de paneles vienen determinados por los requisitos de tensión de la bomba. El tamaño y el tipo de bomba, a su vez, vienen determinados por la cantidad de agua necesaria y la altura y distancia a la que hay que bombear el agua.

Estructuras de montaje. Existen dos formas de montar los módulos solares: sobre una estructura fija o sobre una estructura de seguimiento. Los soportes fijos son más económicos que los seguidores y resisten mejor los vientos fuertes. Lo ideal es que estén orientados hacia el sur verdadero (no el sur magnético), y también es necesario ajustar el ángulo de inclinación. La recomendación habitual es ajustar el ángulo de inclinación a la latitud menos 15 grados para el verano, a la latitud más 15 grados para el invierno y a la latitud para el funcionamiento durante todo el año. Por ejemplo, si se encontrara a 40 grados de latitud, debería fijar el ángulo de inclinación en 25 grados en verano y en 55 grados en invierno, o bien dejarlo en 40 grados durante todo el año.

Un sistema de seguimiento sigue la trayectoria del sol por el cielo. Un seguidor solar supone un coste adicional de entre 600 y 1200 dólares al precio total del sistema, pero en algunos casos se trata de una buena inversión, ya que los seguidores pueden aumentar el volumen de agua en un 25 % o más durante el verano, en comparación con un sistema fijo. Los seguidores pueden ser pasivos, lo que significa que no consumen electricidad, o activos, lo que implica que necesitan un motor para moverse. Los sistemas activos son más caros y ese coste adicional solo suele justificarse en el caso de instalaciones de mayor tamaño. Para las instalaciones de menor tamaño, como las que se utilizan en la mayoría de los sistemas de bombeo solar, un seguidor pasivo es la opción más rentable. El líquido almacenado en un seguidor pasivo se calienta con la luz solar y fluye a través de tubos hacia el lado opuesto del seguidor. El peso del fluido hace que el seguidor incline los paneles hacia el sol.

La eficacia de un seguidor solar depende en cierta medida de las características específicas del emplazamiento. Por lo general, cuantas más horas de sol haya en una ubicación, mayores serán las ventajas que se obtienen de un sistema de seguimiento. En una ubicación desfavorable, con una media de menos de cuatro horas de sol al día, es posible que un sistema de seguimiento no tenga un gran impacto en el volumen de agua bombeada. También hay que tener en cuenta que los seguidores añaden complejidad al sistema y lo hacen más vulnerable a los daños causados por el viento que una instalación fija.  Por último, cabe señalar que los seguidores solares han perdido popularidad a medida que ha bajado el precio de los paneles solares. Es posible que le resulte más fácil y rentable añadir simplemente uno o dos paneles más, en lugar de instalar un seguidor. Un distribuidor o instalador con experiencia puede ayudarle a decidir si un seguidor sería adecuado para su ubicación.

Una vez fijados los paneles a una estructura de montaje, toda la estructura puede instalarse en un remolque para que resulte portátil. Al remolcar el remolque de un pastizal a otro, es posible seguir a los animales a lo largo de la rotación y bombear agua del pozo, arroyo o estanque más cercano.  En algunos sistemas, la bomba se desplaza junto con el remolque de un pastizal a otro. En otros casos, se instala una bomba fija en cada pastizal y solo se trasladan los paneles y los componentes electrónicos (es decir, la fuente de alimentación).

Unas palabras de precaución sobre los sistemas portátiles: si la bomba es móvil, será susceptible de congelarse en climas fríos. Por lo tanto, durante los periodos de frío, deberá asegurarse de vaciar el agua de la bomba y de las tuberías cada vez que utilice la bomba. Compruebe también su garantía. Transportar los componentes en un remolque puede causar daños que no estarían cubiertos por la garantía.  Aunque los sistemas solares-eléctricos son razonablemente resistentes y robustos, los bastidores pueden doblarse, los cables pueden soltarse y el cristal puede agrietarse o romperse. Algunas granjas con unidades móviles retiran el conjunto modular, el componente más frágil, y lo envuelven en material de embalaje blando cuando lo trasladan de un punto de bombeo a otro. Se pueden utilizar seguidores en los sistemas móviles, pero complican la retirada de los paneles para su transporte debido a las conexiones adicionales que implica su instalación.

Bombas. Los paneles solares generan corriente continua (CC), y las bombas de CC suelen consumir entre un tercio y la mitad de la energía que las bombas de corriente alterna (CA). Por este motivo, las bombas de CC se utilizan con mucha más frecuencia que las de CA en los sistemas alimentados con energía solar. Sin embargo, las empresas alemanas Grundfos y Lorentz han desarrollado bombas que pueden funcionar tanto con CA como con CC. Esto permite utilizar un generador de CA de reserva, sin necesidad de un convertidor de CA a CC, cuando hay periodos de poca luz solar.

Todas las bombas pueden clasificarse como sumergibles o de superficie, y como de desplazamiento o centrífugas.

Las bombas sumergibles, instaladas en un pozo o sumidero, se utilizan con mucha frecuencia en sistemas de abrevadero para ganado de pequeño tamaño. Entre otras ventajas, no están expuestas a temperaturas bajo cero, no necesitan protección especial contra las inclemencias del tiempo y no requieren cebado. Las bombas de superficie, situadas en la superficie del agua o cerca de ella, se utilizan principalmente para transportar agua a través de una tubería. Algunas bombas de superficie pueden alcanzar grandes alturas de elevación y son adecuadas para transportar agua a largas distancias o a grandes alturas.

Las bombas de desplazamiento utilizan diafragmas, paletas o pistones para retener el agua en una cámara y empujarla a través de una salida de descarga, de forma similar a como el corazón bombea la sangre. Por otro lado, las bombas centrífugas se basan en la fuerza centrífuga. Un impulsor giratorio imprime energía al agua y la empuja hacia la salida de descarga, de forma similar a como el agua sale a chorros de una rueda de bicicleta al girar.

Las bombas de desplazamiento funcionan a velocidades más bajas que las bombas centrífugas. Por lo general, mueven menos agua, pero son más potentes —como conducir un coche en una marcha corta— y se utilizan a menudo en pozos profundos y en situaciones de gran altura de elevación. Por otro lado, si hay que mover mucha agua (alto caudal) sin un gran aumento de altura (baja altura de elevación), normalmente se opta por una bomba centrífuga para el trabajo.  Las bombas centrífugas son, por lo general, bombas de alta velocidad que necesitan hacer girar un impulsor muy rápidamente para generar cualquier tipo de presión. A la sombra parcial, a medida que el impulsor reduce su velocidad, una bomba centrífuga suele perder su capacidad para mover agua, mientras que una bomba de desplazamiento seguirá bombeando, aunque a un ritmo más lento.

Un tipo de bomba sumergible de desplazamiento, la bomba rotativa helicoidal, ha ganado popularidad recientemente en el ámbito del bombeo de agua con energía solar. La bomba rotativa helicoidal utiliza rotores en forma de tornillo para presurizar y bombear agua. Las bombas de rotor helicoidal son una buena opción para aplicaciones en pozos profundos y resultan muy adecuadas para bombear pequeños volúmenes de agua a una altura de elevación elevada. Estas bombas también pueden soportar la presencia de algunas partículas en el agua sin sufrir daños. Por este motivo, algunos instaladores prefieren las bombas de rotor helicoidal para el bombeo de agua superficial de arroyos y estanques, donde la claridad del agua puede ser un problema.

Elegir la bomba adecuada para su sistema puede resultar complicado. Para obtener una comparación detallada del rendimiento de las bombas solares de agua, consulte la sección «Recursos adicionales» al final de esta publicación, en el apartado «Determinación del sistema óptimo de bombeo solar de agua para uso doméstico, abrevadero de ganado o riego». En la actualidad, muchos instaladores profesionales confían en gran medida en las bombas Grundfos SQFlex (serie SQF) tanto para aplicaciones en pozos profundos como para el bombeo de agua superficial, debido a la reputación de fiabilidad de estas bombas, su bajo mantenimiento, su capacidad para funcionar con corriente alterna o continua y las ventajas de su diseño rotativo helicoidal.  Estas bombas cuestan entre 2000 y 3000 dólares, y Lorentz cuenta con una serie de bombas solares sumergibles de rotación helicoidal en el mismo rango de precios. SunRotor comercializa una bomba de rotación helicoidal a partir de unos 1300 dólares.

Sin embargo, dependiendo de su situación, una bomba más económica podría ser suficiente. Por ejemplo, tanto Shurflo como Sunpump ofrecen bombas sumergibles de gran altura que cuestan entre 700 y 2000 dólares.  Algunas de ellas son bombas de diafragma y otras son bombas centrífugas multietapa. Cuando las bombas de diafragma se utilizan de forma intensiva, los fabricantes recomiendan sustituir las piezas internas cada dos años. Sin embargo, hay informes anecdóticos de que algunas de estas bombas funcionan durante cinco o seis años sin problemas. Los kits completos de reconstrucción para las bombas solares sumergibles Sunpump cuestan alrededor de 400 dólares.

Almacenamiento. Por lo general, no se recomienda el uso de baterías en los sistemas de abrevaderos para ganado alimentados con energía solar, ya que reducen la eficiencia general del sistema y aumentan el mantenimiento y los costes. En lugar de almacenar electricidad en baterías, suele ser más sencillo y económico instalar depósitos de agua con capacidad para entre tres y diez días. Almacenar agua es casi siempre más barato y sencillo que almacenar electricidad. Sin embargo, añadir baterías a un sistema puede tener sentido en cualquiera de estas tres situaciones: 1) El depósito de almacenamiento no está lo suficientemente elevado como para aprovechar el flujo por gravedad; 2) la capacidad del depósito de almacenamiento es insuficiente y es necesario bombear agua por la noche o en días nublados; y 3) se necesita un flujo continuo de agua como parte de un sistema protegido contra las heladas.

Controlador de bomba. El controlador de bomba varía la tensión para optimizar la cantidad de agua bombeada en condiciones de luz que no son las ideales. Además, protege la bomba contra picos de tensión o caídas de tensión que podrían dañarla. Algunos controladores permiten conectar una fuente de energía distinta de los paneles solares, como una turbina eólica o un generador.

Inversor. Una bomba de CA requiere un inversor,un componente electrónico que convierte la corriente continua procedente de los paneles solares o de un banco de baterías en corriente alterna para hacer funcionar la bomba. Los inversores tienen, en el mejor de los casos, una eficiencia de alrededor del 93 %, por lo que el sistema fotovoltaico debe dimensionarse teniendo en cuenta esta pérdida de potencia.

Otros equipos. Un interruptor de flotador enciende y apaga la bomba durante el llenado del depósito de almacenamiento. Es similar al flotador de la cisterna de un inodoro, pero está conectado al controlador de la bomba. Los electrodos de corte por bajo nivel de agua protegen la bomba en caso de que el nivel de agua del pozo sea insuficiente.

Diseño e instalación de sistemas

Es probable que al consumidor medio le resulte abrumador tener que dimensionar y diseñar un sistema de bombeo solar, y la mayoría de la gente necesita la ayuda de un distribuidor especializado en energía solar. En general, los distribuidores están dispuestos a ayudar. Muchos te ofrecerán un presupuesto sin compromiso basándose en unas sencillas preguntas que puedes responder por teléfono. Si el precio te parece demasiado elevado, puedes solicitar fácilmente presupuestos a otros distribuidores.

Para dimensionar y diseñar correctamente un sistema, el distribuidor necesitará saber:

• ¿Cuánta agua necesitas?
• Cuando necesites agua
• Tanto si tu fuente de agua es un arroyo, un estanque, un manantial o un pozo
• Caudal de agua en galones por minuto (gpm)
• Profundidad del pozo
• La distancia desde la parte superior de la fuente de agua hasta el nivel del suelo y el depósito de almacenamiento
• El tamaño y el tipo de tubería que piensas utilizar (un distribuidor puede aconsejarte al respecto)
• A qué distancia hay que bombear el agua
• Problemas relacionados con la calidad del agua (por ejemplo, sedimentos o un alto contenido en minerales) que puedan dañar la bomba
• ¿Qué capacidad tienen los depósitos de almacenamiento y cómo están dispuestos?

Un distribuidor puede ayudarte a elegir el tamaño y el diseño de un sistema que se adapte a tus necesidades específicas. Foto: NCAT

Teniendo en cuenta estos factores, el distribuidor le recomendará un sistema y elaborará una lista de los componentes adecuados. Este es un ámbito en el que la experiencia y el conocimiento de los sistemas por parte del distribuidor resultan esenciales. Un distribuidor también puede ahorrarle tiempo y molestias al proporcionarle el material de fijación adecuado: clips, tornillos, tuercas, pernos, arandelas, cable (cortado a la longitud correcta) y una variedad de cables y conectores. El cliente suele proporcionar los elementos periféricos, como las tuberías y accesorios de agua, los depósitos, los postes de soporte de la estructura de montaje, el hormigón y los materiales de puesta a tierra.

Si la ubicación permite que los depósitos de almacenamiento estén situados a mayor altura que los abrevaderos, se puede aprovechar la gravedad para suministrar agua a estos últimos. Hay que tener en cuenta que, al alimentar un abrevadero por gravedad, algunas válvulas de flotador necesitan una cierta presión para funcionar correctamente. Asegúrese de que la altura del depósito de almacenamiento sea suficiente para proporcionar esa presión. Si no es posible utilizar un sistema por gravedad, se puede emplear una bomba de refuerzo con un banco de baterías para bombear agua desde el depósito de almacenamiento hasta donde se necesite. Otra opción es un depósito de almacenamiento grande y presurizado que funciona igual que el depósito de presión de la mayoría de los sistemas domésticos de agua de pozo. La presión se acumula en el depósito a medida que se llena y luego se utiliza para impulsar el agua hacia los depósitos de almacenamiento.

La queja más habitual sobre los sistemas de bombeo solar es que los caudales son decepcionantes. A menudo hay un periodo de ajuste y puesta a punto cuando se instalan los sistemas por primera vez. A la hora de dimensionar el sistema, no conviene malgastar dinero en un sistema excesivamente sobredimensionado, pero sí es necesario que sea lo suficientemente grande como para hacer frente a las situaciones de mayor consumo de agua a lo largo del año, teniendo en cuenta los periodos de tiempo nublado en los que el sistema bombeará poca o ninguna agua. Esto puede suponer un ejercicio de equilibrio, pero sobredimensionar el sistema solo un poco (quizás un 20 %) ayudará a garantizar que no sea necesario invertir en un sistema de respaldo para esos momentos de mayor consumo de agua.

Por lo general, la instalación de un sistema de bombeo solar es algo que puede realizar el propietario del terreno. Sin embargo, conviene tener en cuenta algunas precauciones. La instalación de uno de estos sistemas es una tarea compleja, que combina elementos de electricidad, fontanería y obra civil (que a menudo incluyen movimientos de tierra, hormigonado y soldadura). Las instrucciones escritas no siempre son tan completas como deberían. Para algunos proyectos de mayor envergadura, es casi imprescindible disponer de una retroexcavadora o un tractor con pala cargadora frontal.

Diseño del sistema antiescarcha

El uso de un sistema de riego solar en invierno plantea algunos retos. Los problemas derivados de la menor intensidad lumínica y de los días más cortos suelen resolverse añadiendo más paneles solares. Sin embargo, el mayor reto es evitar que se congelen las tuberías, las válvulas, los depósitos de agua y los abrevaderos.  No habrá forma de alimentar los calentadores de resistencia eléctrica de CA de alta potencia (a menudo de más de 1500 vatios) que se utilizan habitualmente para evitar que el agua se congele. Y durante la noche, cuando las temperaturas son más bajas, los paneles solares no generan energía alguna.

Dispone de varias opciones para evitar la congelación, como aprovechar el calor del suelo o del sol, aislar los componentes y mantener el agua en circulación continua. Si sigue unos principios básicos de diseño desde el principio, podrá construir un sistema que, con toda probabilidad, funcionará sin problemas durante muchos años incluso en climas fríos.  Al instalar el sistema, deberá reducir las posibilidades de que se congelen los componentes que puedan estar en contacto con el agua. Deberá enterrar las tuberías por debajo de la línea de congelación. Si el sistema incluye un pozo, instale un adaptador sin foso. Cualquier sección de tubería que quede sobre el suelo debe estar aislada y dispuesta de manera que se drene por la noche, así como cuando esté nublado y no se esté bombeando agua. Es posible que las bocas de riego a prueba de heladas no funcionen en esta situación. Si se deja la manivela levantada y el agua bombeada por energía solar deja de correr —ya sea porque es de noche o porque está nublado—, la boca de riego se congelará.

Sugerencias para mantener el acceso al agua

Hay varias formas de mantener abiertos los abrevaderos y evitar que los depósitos de almacenamiento se congelen. Para empezar, puedes aprovechar el calor geotérmico enterrando la parte inferior del depósito. Además, existen en el mercado muchos abrevaderos comerciales diseñados para climas fríos (consulta la sección «Recursos adicionales» al final de esta publicación). Cada situación de abrevado del ganado es única, por lo que tendrás que adaptar la solución a tu emplazamiento, al clima y al terreno. A continuación se ofrecen algunas ideas, y puede encontrar más información sobre el diseño en la sección «Recursos adicionales», en el apartado «Sistemas de abrevado remotos para el ganado vacuno en invierno».

1) Bombea el agua a un depósito de almacenamiento grande y cerrado situado a mayor altura. Debes aislar el depósito de alguna forma, enterrarlo o amontonar tierra a su alrededor. Si alguna parte del depósito queda al descubierto, píntala de negro para que absorba el calor del sol durante el día. Desde el depósito de almacenamiento, instala una tubería enterrada para abastecer los depósitos de riego por gravedad. Puedes dirigir el flujo de agua por el perímetro interior del depósito de riego, donde el hielo tiende a formarse primero. Puede dejar que el agua gotee continuamente, desbordando el depósito hacia un campo de drenaje. O quizá prefiera utilizar una válvula de flotador controlada por termostato que se abra cuando las temperaturas bajen por debajo de un punto determinado. (Tenga en cuenta que estas válvulas pueden requerir una presión mínima para funcionar correctamente).

2) Si no es posible utilizar un depósito de almacenamiento, puedes llenar el depósito de riego directamente durante el día y hacer un pequeño agujero en él para que se vacíe lentamente por la noche, manteniendo el agua en movimiento.  Recuerde que cada vez que se pierde agua, se reduce la eficiencia del sistema. Además, no hay garantías de que al día siguiente salga el sol para rellenar el depósito. Por lo tanto, si su sistema está configurado para vaciarse cada noche, tal vez valga la pena considerar una fuente de energía de reserva.

3) Se pueden utilizar neumáticos grandes de maquinaria pesada como abrevaderos. Estos ayudan a mantener el agua sin hielo, ya que son negros y absorben el calor del sol durante el día. Además, son lo suficientemente flexibles como para no agrietarse en caso de heladas. Estos neumáticos suelen conseguirse de forma gratuita, son muy resistentes y aguantan bien el maltrato de los animales. Aquí se pueden encontrar los planos y diseños de instalación del NRCS para un abrevadero fabricado con neumáticos de maquinaria pesada.

4) Gran parte de la pérdida de calor de un depósito de agua se produce en la superficie del agua. Puedes reducir considerablemente esta pérdida de calor colocando una cubierta aislante sobre gran parte de la superficie del depósito. Deja aberturas alrededor del borde para que los animales puedan beber. También se pueden aislar los laterales de los abrevaderos con material aislante, serrín o virutas de madera. Enterrar parcialmente un abrevadero o rodearlo de tierra permite aprovechar el calor del suelo para evitar que se congele.

5) Otra forma de aprovechar el calor de la tierra es instalar una alcantarilla debajo del depósito con el fondo sellado. Se puede hacer circular el agua desde la alcantarilla hacia el depósito mediante una pequeña bomba solar de bajo consumo. Este sistema requiere un banco de baterías para poder utilizarlo por la noche. Deberá colocar las baterías en una zona protegida de las heladas, como por ejemplo en una plataforma situada por encima del nivel del agua en la alcantarilla. Varias empresas ofrecen sistemas de este tipo y figuran en la sección «Recursos adicionales» al final de esta publicación. Para ahorrar energía de las baterías, se puede añadir un sensor de movimiento a este tipo de sistema, de modo que el agua solo circule cuando una vaca sedienta se acerque al abrevadero.

6) Puedes utilizar un calentador de propano especial para tanques para evitar que el agua se congele. Trojan Specialty Products, con sede en Dodge City, Kansas, es una de las empresas que comercializa dos tipos de estos calentadores de agua. www.trojanlivestock.com

7) Algunos productores innovadores han probado a instalar colectores de aire o de agua calentados por energía solar en sus depósitos. Para ver algunos ejemplos y encontrar inspiración, visita Build It Solar. Otra posibilidad es instalar una pequeña bomba de aire (como las que se utilizan en los acuarios) para hacer circular el agua dentro del depósito. Ten en cuenta que este método requeriría un banco de baterías para su uso nocturno.

Descripciones de los proyectos

John Hopkins, de Forks Farm, instaló un sistema de bombeo solar para ampliar la superficie destinada al pastoreo en su granja, situada cerca de Bloomsburg (Pensilvania). Foto: Chris Lent, NCAT

Granja Forks, Forks, Pensilvania

John Hopkins y su esposa Todd crían aves de corral, vacas, ovejas y cerdos en su granja, situada junto al arroyo Huntington. Instalaron un sistema de agua solar de dos paneles y 300 vatios para habilitar 25 acres para el pastoreo estacional, una zona que antes carecía de suministro de agua.  Para el proyecto, excavaron un pozo poco profundo de dos metros y medio alimentado por un manantial y utilizaron una bomba Grundfos 6-SQF-2. El sistema es capaz de bombear 4.160 litros al día en la temporada de verano. La instalación del sistema costó 6.850 dólares, sin incluir la excavación de la zanja para enterrar la tubería de agua.

Rancho Ballard, Lavina, Montana

Un parque fotovoltaico con seguimiento sustituyó a un molino de viento antiguo y poco fiable en el rancho Ballard, cerca de Lavina (Montana). Foto: NCAT

Cuando su viejo molino de viento para bombear agua dejó de funcionar definitivamente, Jim y Adele Ballard instalaron un sistema de bombeo solar para sustituirlo. El nuevo sistema bombea agua desde un pozo de 20 metros de profundidad hasta un par de abrevaderos con una capacidad de unos 15 000 litros. Cuatro módulos fotovoltaicos de 80 vatios montados en un bastidor de seguimiento alimentan una bomba de pistón sumergible que ofrece un caudal máximo de 21 litros por minuto, suficiente para abastecer de agua a 100 parejas de vacas y terneros. El sistema produce caudales medios de entre 7.500 y 11.000 litros al día durante los meses de verano. El coste de los componentes solares en 2001 fue de 5.500 dólares.

Este sistema de bombeo solar, situado en el rancho Hirsch, cerca de Deer Lodge (Montana), protege las riberas del arroyo Racetrack Creek, un importante curso de agua para el desove de la trucha. Foto: NCAT

Hirsch Ranch, Racetrack, Montana

Rick y Pam Hirsch instalaron un sistema de bombeo solar en un pozo de 3 metros de profundidad, excavado con retroexcavadora, en su propiedad para abastecer de agua a 36 parejas de vacas y terneros. El sistema de bombeo utiliza dos módulos fotovoltaicos de 64 vatios, un soporte de seguimiento pasivo y una bomba sumergible de diafragma equipada con una protección contra la arena y electrodos de corte por bajo nivel de agua para proteger la bomba. El sistema está diseñado para producir caudales de entre 9.800 y 10.600 litros al día durante los meses de verano. El coste de los componentes solares en 2001 fue de 2.400 dólares.

Un sistema fotovoltaico instalado en un remolque está mejorando la gestión de la cuenca y la calidad del agua a lo largo del arroyo Painted Robe, cerca de Lavina (Montana). Foto: NCAT

Grupo de la cuenca del río Painted Robe, Lavina, Montana

El grupo «Painted Robe Watershed Group» ha estado desarrollando fuentes de agua potable fuera del cauce para el ganado a lo largo del arroyo Painted Robe, un afluente del río Musselshell que presenta problemas de calidad del agua. El grupo recibió un sistema de bombeo solar montado en un remolque del Departamento de Calidad Ambiental de Montana. Se instaló por primera vez en el rancho Leo Schraudner para abastecer de agua a 150 cabezas de ganado en el emplazamiento de un pozo de 18 metros de profundidad. Siete paneles de 60 vatios, montados en un bastidor fijo sobre un remolque, utilizan un inversor para convertir la corriente continua (CC) generada por la energía solar en la corriente alterna (CA) que necesita la bomba centrífuga sumergible. El agua se bombea a dos depósitos de 4.160 litros. El sistema está diseñado para producir caudales medios de entre 10.900 y 15.000 litros al día durante los meses de verano. El coste de los componentes solares en 2001 fue de 10 650 dólares.

Recursos adicionales

Los distribuidores y fabricantes de equipos solares son una buena fuente de información. Para encontrar distribuidores e instaladores de equipos solares con experiencia en sistemas de bombeo solar, consulta el Directorio de Energías Alternativas de NCAT. Encontrarás un mapa interactivo que te permitirá localizar distribuidores e instaladores en tu zona.

Para obtener información sobre los incentivos:

Visita la base de datos de incentivos estatales para las energías renovables. Haz clic en tu estado.

Fabricantes de sistemas de riego para ganado en climas fríos:

CAP Solar

Bomba nasal antiescarcha

Bebederos para ganado JUG

Miraco

Publicaciones

Sistemas de riego para ganaderos profesionales. 2006. Por el Servicio de Conservación de Recursos Naturales del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA).
Esta guía de 40 páginas aborda temas como las necesidades hídricas del ganado, las fuentes de agua, los sistemas de distribución, los depósitos, la protección de las zonas de abrevadero, la ubicación de los depósitos, la instalación de tuberías y el aprovechamiento de manantiales.

Bombas y sistemas de riego para el pastoreo controlado de ganado vacuno, segunda edición. 2007. Por Donald Pfost, James Gerrish, Maurice Davis y Mark Kennedy. Extensión de la Universidad de Missouri, Columbia, MO.
Esta guía de ocho páginas aborda las necesidades de agua de los distintos animales de pastoreo, los sistemas de distribución, el dimensionamiento de tuberías y abrevaderos, y la elección de bombas.

Determinación del sistema óptimo de bombeo de agua con energía solar para uso doméstico, abrevadero de ganado o riego. 2009. Por Brian D. Vick y R. Nolan Clark. Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), Bushland, Texas.
Este informe de nueve páginas presenta los resultados de las pruebas realizadas con bombas solares en diversas condiciones. En él se analizan las opciones para el bombeo de agua en zonas remotas, los tipos y el rendimiento de los módulos fotovoltaicos, así como los tipos y el rendimiento de diversas bombas solares.

Sistemas de riego a distancia para el ganado vacuno en invierno. 2006. Elaborado por el Ministerio de Agricultura, Alimentación e Iniciativas Rurales de Manitoba, el Ministerio de Agricultura y Agroalimentación de Canadá y el Consejo de Forraje de Manitoba.
Esta breve guía analiza cuatro diseños de baja complejidad para sistemas de riego en climas fríos.

Conceptos básicos sobre el bombeo de agua con energía solar. 2012. Por Chris Callahan y Ben Waterman. 2012. Proyecto para nuevos agricultores de la Extensión de la Universidad de Vermont.
Este artículo aborda los principios del bombeo de agua, incluyendo cómo determinar los requisitos de caudal y presión. Ofrece un proceso de cuatro pasos para diseñar un sistema de bombeo de agua con energía solar. Se trata de un buen artículo para quienes estén interesados en obtener más información sobre cómo diseñar su propio sistema de riego o de abrevadero para el ganado.

Diseño de pequeños sistemas de bombeo de agua alimentados con energía solar fotovoltaica (PV). 2010. Teresa D. Morales y John Busch. Servicio de Conservación de Recursos Naturales del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), Portland, Oregón. Nota técnica n.º 28 del NRCS.
Esta nota técnica de 71 páginas aborda el diseño de sistemas solares, incluidos los componentes de los sistemas de bombeo solar. Se tratan los paneles fotovoltaicos, los controladores y las bombas, así como las consideraciones de montaje. A continuación, se presenta un proceso de diseño detallado de 12 pasos para quienes estén interesados en diseñar su propio sistema.

Sistemas de abrevadero para ganado alimentados con energía solar
Por Mike Morris y Vicki Lynne
Especialistas en energía del NCAT
© NCAT
IP217
Espacio 220

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.