Revista Zonal

Su implementación en la Agricultura Familiar de la República Argentina (Segunda Parte)

Principios, Usos, Ventajas y Desventajas de las energías renovables. Antecedentes de su utilización en sistemas similares a los de la Agricultura Familiar.

Energía solar

La energía solar puede dividirse en dos tipos: energía fotovoltaica y energía solar térmica. La energía fotovoltaica es aquella que transforma directamente, a través de células solares, la radiación en electricidad (Svejkovsky, 2006). Para producir energía de forma continua e incrementar la potencia, se puede agregar a las células sistemas de acumulación y reflectores ópticos respectivamente. La energía solar térmica es la que utiliza la capacidad de calentamiento del sol transferida a un fluido. Puede subdividirse en térmica alta y térmica baja, en función de las distintas aplicaciones (la energía solar térmica alta se utiliza para generar electricidad, mientras que la térmica baja para calefacción de fluidos).

Los sistemas solares domésticos (SSD) siguen siendo la aplicación predominante de la energía fotovoltaica (FV) en las zonas rurales de los países en desarrollo. Según encuestas realizadas por la FAO, los principales usos de este tipo de energía son iluminación, radio y televisión en los hogares; y en segundo lugar cercas eléctricas y el riego por goteo. Van Campen et al., (2000) consideran que es necesario realizar nuevas investigaciones sobre otras aplicaciones interesantes, como el control de plagas, el bombeo de aireación para acuicultura e iluminación para piscicultura y avicultura.

Una forma común y antigua de utilización de la energía solar en la agricultura es el bombeo de agua. Un sistema solar de bombeo está compuesto por un arreglo de módulos fotovoltaícos, un controlador, un motor acoplado a una bomba (que puede ser centrífuga exterior o sumergible) y un tanque de almacenamiento. Experiencias realizadas en México han demostrado que se puede dotar entre 1.000 y 50.000 litros de agua por día, que pueden ser utilizados para consumo humano, e irrigación de cultivos por sistemas de goteo (incrementando la producción en pequeñas superficies). Si bien la inversión inicial puede resultar elevada, el bajo costo de operación y mantenimiento son los principales beneficios de estos sistemas (Garces et al., 2000).

Los centros de cargas para baterías (CCB) son otra aplicación interesente de los sistemas FV. Este se desarrolló en los años noventa, para servir al segmento del mercado de las familias rurales de bajos ingresos, que no pueden comprar SSD ni con acceso al crédito (Van Campen et al., 2000).

Las cocinas solares son una de las aplicaciones más comunes y antiguas de la energía solar térmica. Inventadas en el año 1767, actualmente se estima que en China e India se utilizan un total de 10.000. Las cocinas solares pueden clasificarse en tres tipos: las cocinas de cajas, las de panel y las parabólicas. La cocina solar de caja consiste en dos recipientes ubicados uno dentro de otro. El recipiente interior se encuentra cubierto con aluminio y el exterior pintando de negro. Se le coloca como tapa una plancha de vidrio adherida a una base de cartón, junto con un reflector (también de aluminio) posicionado con una inclinación sobre la base. Las cocinas solares pueden alcanzar hasta los 150ºC, sin quemar los alimentos. No obstante, se calcula que el tiempo de cocción es del doble que un horno convencional (Perez, 2001).

La utilización de equipos como los deshidratadores solares permite aprovechar los excedentes de la cosecha no comercializados, a fin de que las familias campesinas puedan consumir durante el invierno hortalizas de producción estival. El principio de funcionamiento se basa en el aire que ingresa en el extremo inferior del colector solar, donde se calienta por efecto invernadero. Por termofusión, el aire tiende a subir y pasar por los recipientes de secado, extrayendo la humedad de las hortalizas. El uso de secadores permitiría fortalecer el autoconsumo, disminuir el gasto destinado a la compra de alimentos y favorecer la integración de la mujer al ambiente social y productivo (Sossa Valdés y Lamas, 2007). Otra aplicación con funcionamiento similar son los túneles de secado para pimentón (Correa de Sal; Rancedo, 2007) donde los autores mencionan como ventajas la posibilidad de mejorar la calidad del producto final y reducir el tiempo de secado, posibilitando una cosecha escalonada y de esta manera incrementar el rendimiento.

La energía solar tiene como principales ventajas el desarrollo tecnológico avanzado y su diversidad en la implementación. Entre sus desventajas se encuentran la baja generación de energía, una elevada inversión inicial y la dependencia climática y horaria.

Energía Eólica

Al igual que la energía solar, la energía eólica se ha utilizado desde hace mucho tiempo en el ámbito agropecuario. Los equipos desarrollados para aprovechar la energía eólica consisten en tres principales componentes: rotor, sistema de orientación y la máquina que suministra potencia. A partir de estos se origina el funcionamiento de un generador eléctrico (Departamento de Energía y Desarrollo Sustentable EEUU, 2007).

Existen diversos tipos de generadores, cuyo tamaño dependerá de las necesidades del hogar. Para usos residenciales se utilizan generadores eólicos de 400 watts a 100 kW. Una turbina de 10 Kw puede ser utilizada en aplicaciones como el bombeo de agua, quizás la utilización más común de la energía eólica en el ámbito rural (Svejkovsky, 2006). En algunos casos puede ser útil la colocación de baterías para acumular la energía generada, aunque en pequeños establecimientos no es común esta aplicación. Burney, (2007), sugiere, respecto a los aerogeneradores contrarrotatorios, su utilización para actividades que requieran fuerza mecánica (soldadura rotativa, carpintería y bombeo de agua) y cuando no se dispone de tractor o motores a explosión, también para la carga de baterías.

Dentro de las principales cualidades que deben poseer los aerogeneradores, una de ellas es que comiencen a generar energía con velocidades bajas de viento. Esto requiere un diseño especial de la hélice y en sus materiales de construcción. La energía producida por el molino generador Montaraz, el cual tiene la particularidad de comenzar a generar con pequeñas brisas (0.28 m s-1), es suficiente para abastecer las luminarias y/o artefactos domésticos, como televisores, equipos de comunicaciones, bombas hidráulicas, etc. (Ramos, 2008, comunicación personal).

Los sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos son capaces de aprovechar simultáneamente la energía del sol y el viento para cargar las baterías. Los pequeños sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos tienen la ventaja de amortiguar las fluctuaciones diarias y estacionales de ambas fuentes intermitentes, asegurando el suministro estable de energía acumulada en baterías (Zanzi, 2007).

Entre las principales ventajas que posee la energía eólica encontramos el buen desarrollo tecnológico que presenta y la no generación de efectos negativos al medio ambiente; mientras que la necesidad de vientos constantes es su principal desventaja.

Energía de Biomasa

Cultivos energéticos

Se han relevado diferentes experiencias de producción de biocombustibles en pequeña escala. Respecto al biodiesel, un estudio reciente aconseja su producción a una escala comunitaria y no individual, de forma tal de cumplir con estándares de calidad y producir una mayor cantidad con menor esfuerzo (Kurky et al., 2006). Las materias primas utilizadas en esta escala de producción son variadas, resaltando la colza, girasol, jatropha, oleaginosas autóctonas y aceites residuales. El proceso convencional de producción se inicia con la extracción del aceite de las semillas (predominando la extracción por prensado sobre la extracción por solvente o mixta). Posteriormente, se realiza la conversión del aceite a biodiesel en proceso discontinuo (ideal para pequeñas escalas). Una vez terminado, el producto se utiliza comúnmente en tractores, camionetas y calderas.

La principal desventaja para la producción de biodiesel en pequeña escala es la dificultad para realizar un control de calidad completo respecto a las normas estándares, siendo ésta un escollo para la venta a terceros. Como ventaja puede observarse que la producción de cultivos alternativos en la agricultura familiar (como es el caso de la mamona en Brasil o la colza en USA) puede ser de utilidad laboral, social y estructural para las familias (autoabastecimiento), siempre y cuando se respeten los parámetros de sustentabilidad y no exista monopolio de los grandes capitales en la compra de la producción obtenida (Quadros et al., 2007).

El bioetanol es una de las energías alternativas que mayores sospechas de sustentabilidad despierta. La competencia con los alimentos es una de las principales preocupaciones. En el mismo artículo, Quadros, (2007) menciona que "La cantidad de granos que necesita una camioneta para completar su tanque es suficiente para alimentar una persona durante un año". Sin entrar en este tipo de polémicas, la producción a pequeña escala de bioetanol es más complicada con respecto al biodiesel, ya que involucra reacciones biológicas (la transformación del almidón en azúcares y de éstos a alcohol) y se requiere un mayor control del proceso, para lo cual se requeriría mayor capacitación.

Los usos, las ventajas y desventajas del bioetanol son similares a las expuestas en biodiesel. Existen experiencias (sobre todo en USA) donde productores se agruparon formando cooperativas, y produciendo a gran escala bioetanol para autoconsumo, aportando una parte de la cosecha de granos de maíz.

El fuerte debate que surge de los cultivos energéticos es la competencia que se genera con la producción de alimentos, la abrupta ampliación de la frontera agrícola (lo cual trae consigo la tala de bosques, montes y otras tierras no explotadas por el hombre), la existencia o no de la reducción de los gases de efecto invernadero (muchos investigadores ponen en discusión la reducción de CO2 a la atmósfera), la eficiencia energética que posee el proceso, entre otros. Todos estos puntos abren interrogantes que se encuentran en discusión actualmente. Países de la Unión Europea aceptan la exportación de biocombustibles siempre y cuando estos sean producidos dentro de determinados parámetros de sustentabilidad, que tocan en cierto modo los puntos detallados anteriormente (Zah et al., 2007).

La principal ventaja que tienen los cultivos energéticos es el grado de desarrollo de la tecnología necesaria para su implementación y producción; y la capacidad de aportarle valor al producto generado por el productor agropecuario. Esto se debe fundamentalmente a su utilización en los medios de transporte como energía de transición a los productos derivados del petróleo.

Utilización de leña y residuos

Una de las formas de utilizar leña o residuos para generar energía es la combustión directa. Esta, en exceso de oxígeno, genera dióxido de carbono, vapor de agua, cenizas y calor. Ejemplos de este tipo son la combustión de materia leñosa o el bagazo de la caña de azúcar. Cuando este tipo de proceso se realiza en hornos controlados, el calor puede utilizarse como fuente de energía para distintas aplicaciones.

Dentro de los diversos tipos de cocinas a leña, es importante difundir aquellas que tengan un alto aprovechamiento del calor producido por la combustión de la leña y además de la cocción de alimentos que brinden distintas utilidades como por ejemplo calefacción. Luna, (2007), informa que un horno de usos múltiples produce un impacto social positivo sobre los agricultores familiares debido a que, además de las utilidades nombradas precedentemente, no contamina la cocina con humo.

Artefactos de alta eficiencia, como los gasificadotes a leña, pueden utilizarse para secar productos agrícolas, calefaccionar ambientes, cocinar alimentos y generar potencia mecánica por medio de motores de combustión interna, destacándose respecto a los procesos de combustión tradicional en su economía y eficiencia. Por lo tanto, esta tecnología genera como resultados un mejoramiento en la calidad de los alimentos para la salud humana y animal, mayor sencillez en la operación de secado (alivianando el trabajo de los trabajadores) y la conservación de los bosques nativos al reducir significativamente el consumo de leña. (Barney, E.; Fogeler M. R., 2007).

La difusión de estas tecnologías de alta eficiencia en la combustión generaría sobre los agricultores familiares una ventaja no menor, como el ahorro de tiempo que se asigna a la búsqueda de leña.

Degradación anaeróbica

La degradación anaeróbica de la materia orgánica genera como resultado biogás. El mismo es una mezcla de metano y dióxido de carbono, que dependiendo de la cantidad del primero (metano) tendrá mayor o menor poder calorífico. Es común la implementación de digestores en zonas donde existen explotaciones animales. En estos casos el biogás generado es utilizado con fines domiciliarios o comunitarios.

En los últimos tiempos se han desarrollado grandes digestores que permiten abastecer de energía a distintos tipos de poblaciones. La instalación de biodigestores puede ser una excelente aplicación de las energías renovables en este ámbito, ya que se estarían solucionado dos problemas: la reducción de contaminación ambiental producida por los desechos agrícolas y la generación de un recurso energético que suplantaría la falta de gas proveniente de fuentes no renovables (gas licuado de petróleo, gas natural de red).

Se han implementado modelos tradicionales de biodigestores en India y China desde hace muchos años. Si bien ambos sistemas tienen un excelente performance, presentan algunas dificultades en su instalación y puesta a punto. En el último tiempo, se ha desarrollado el modelo de digestor tubular de plástico, el cual consiste en una estructura cilíndrica de polietileno de diámetro variable (entre 75 cm a 150 cm), montada sobre una cava que mantiene la forma del biodigestor y produce aislamiento térmico. Los ingresos y egresos del efluente son a través de caños de PVC, y la salida de biogás se produce por la parte superior, con conexiones plásticas hacia el lugar donde se utilizará el recurso.

Este modelo es utilizado en pequeñas explotaciones agrícola-ganaderas para el tratamiento de residuos. Su facilidad de construcción, el bajo costo (diversos autores mencionan un costo de U$ 30/m3), y la innecesidad de construcción de un gasómetro (dispositivo para almacenar el biogás), entre otras, son sus principales ventajas. La desventaja es que este tipo de biodigestor no es aplicable en climas templados, y puede llegar a tener problemas cuando se producen alteraciones en la alimentación del digestor (aumento o deficiencia). Este modelo ha sido implementado y utilizado en Camboya, Colombia, Vietnam, Tanzania y otros países en vía de desarrollo, alcanzando rendimientos de 230 litros de biogás/persona.día. (Bui Xan et al., 2005).

La principal ventaja de los biodigestores se encuentra en que, además de realizar el tratamiento apropiado de los residuos (desarrollo sustentable) y reducir en la generación de gases de efecto invernadero, se produce una fuente alternativa de energía (Gropelli et al., 2001). Las principales desventajas residen en las complicaciones que se generan en la instalación y el mantenimiento de estos sistemas

Energía Hidráulica

A la energía hidráulica se la asocia corrientemente con las grandes represas que obtienen energía de causes de ríos, generalmente con un caudal importante o con una gran caída de nivel. No obstante, se han desarrollado pequeñas represas que pueden ser utilizadas en sistemas de menor escala.

Una central hidráulica consiste en un sistema de contención de flujo (dique), conductos o cañerías con sus respectivos accesorios, un sistema turbina – generador acompañado en algunos casos de baterías para almacenar la energía generada, sistemas de distribución de energía y agua. Las turbinas que pueden utilizarse son la Pelton (turbina tangencial o de impulso) y la Francis (turbina de reacción). El flujo de agua es almacenado en los diques (de forma de tener siempre nivel, sobre todo en períodos de menor flujo), y a través de cañerías el agua es enviada hacia las turbinas. En el caso de las turbina Pelton, recibe el agua entregada por una boquilla en un extremo de la hélice movilizando a la misma. La energía de este chorro es totalmente cinética, y no hay energía de presión o potencial utilizada. A diferencia de esta, la turbina de reacción trabaja con todos sus espacios llenos de agua a presión, y a través de una fuerza reactiva moviliza un rodete causando el movimiento. En este tipo de turbinas actúan la energía cinética y potencial (Russel, 1968).

Los principales parámetros a tener en cuenta, a la hora de implementar una pequeña central hidráulica, es el caudal del flujo de agua (arroyo o riacho), la diferencia de altura (o caída de nivel) y la eficiencia del sistema turbina – generador. En lo que respecta a este último punto, es preferencial el uso de turbinas de reacción que las de impulso, sobre todo cuando las cargas son pequeñas.

Según un reporte realizado por el Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA), los mínimos requisitos para instalar una centra hidráulica con una generación de 500 W son un caudal de 2 m3/min (33 lts/seg) y una caída de nivel de 0,5 mts (USDA 1995). Se considera que la eficiencia de transformación para este tipo de centrales oscila entre el 40% y el 70% (menor porcentaje a peores condiciones), aunque para distintos proyectos estaría bien estimar una eficiencia del 50%.

En la República Argentina se han relevado experiencias en la provincia de Misiones, donde a partir de la instalación de una microcentral con capacidad de 50 KWh es posible el abastecimiento de energía eléctrica para 50 familias, utilizando parte de esta para fines productivos (harina de maíz y alimentos balanceados) y parte para uso domiciliario.

Las principal ventaja de la energía hidráulica es la gran eficiencia que tiene respecto a las otras: se considera que entre el 80% al 90% de la energía es transformada (Pico Heras, 2002). Además, permite utilizar el reservorio de agua para múltiples fines (consumo humano, cría de animales y riego). La desventaja principal es la modificación de las condiciones microclimáticas de la zona debido al área inundada por el embalse durante la construcción (ej. disminución de calidad de agua por aparición de turbidez) y operación de la presa (sedimentación de sólidos, aislamiento de peces). En reservorios de pequeña escala, se debe prestar especial atención en evitar desmonte y erosión de las costas.

Ing. Amb. Ignacio Huerga Esta dirección electrónica esta protegida contra spam bots. Necesita activar JavaScript para visualizarla | Ing. Agr. Leonardo Venturelli Esta dirección electrónica esta protegida contra spam bots. Necesita activar JavaScript para visualizarla - Instituto de Ingeniería Rural – CNIA – INTA. Castelar

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