Eficiencia en el uso de la energía en invernaderos mexicanos

 

Raquel Salazar Moreno^1§, Pedro Cruz Meza¹ y Abraham Rojano Aguilar¹

 

¹ Universidad Autónoma Chapingo. Carretera México-Texcoco, km 38.5. Chapingo, Estado de México, C.P. 56230. México. pcruzmeza@yahoo.com.mx. ^§Autora para correspondencia: raquels85@yahoo.com.mx, abrojano@correo.chapingo.mx.

 

Resumen

La producción bajo invernaderos es una de las ramas de la agricultura que más energía consume, el costo por concepto de consumo de energía en invernaderos varía entre 20-40% del costo total dependiendo del tipo de producción. En México existen diferentes niveles de tecnología distribuidos a lo largo del país, que van desde producción a campo abierto hasta invernaderos de alta tecnología con diversos sistemas de control climático. La producción de alta tecnología presenta rendimientos elevados con alta calidad con un uso óptimo de la tecnología en un esquema amigable con el ambiente. En este trabajo se presenta el análisis energético a detalle en la producción de jitomate para dos invernaderos, uno localizado en Baja California y el otro en Puebla, que se utiliza para dos ciclos de producción durante el año. El primer invernadero no requiere de un sistema de calefacción, debido a que se utiliza para un ciclo de producción. En el segundo invernadero, cuenta con un sistema de calefacción, dado que se utiliza durante todo el año. La productividad energética fue de 2.43 kg MJ^-1 y 0.4 kg MJ^-1 y el uso de energía por m² se estimó en 5.14 MJ m^-2 y 1085 MJ m^-2 para el invernadero sin y con calefacción (Valle de Mexicali y Puebla) respectivamente. Los resultados muestran que es indispensable incrementar la eficiencia en el uso de la energía en los sistemas de calefacción, utilizando otras opciones existentes en el mercado, así como el evitar pérdidas de calor durante la noche.

Palabras clave: calefacción, enfriamiento, enriquecimiento de CO₂, jitomate.

 

Introducción

La energía tiene un papel fundamental en el desarrollo social y económico, representa un sector estratégico en todos los países; sin embargo, hay una falta de políticas de desarrollo en energía rural enfocadas a la agricultura. Este sector tiene un rol dual como usuario y como proveedor de energía. El uso de energía para la producción agrícola puede ser aplicada en diferentes formas, tales como mecánica (maquinas agrícolas, fuerza humana y animal), fertilizantes y químicos (pesticidas y herbicidas). La cantidad de energía utilizada en la producción agrícola, distribución y procesamiento debe de ser adecuada para alimentar la creciente población y alcanzar otros objetivos sociales y económicos.

Uno de los sectores dentro de la agricultura que más energía consumen son los invernaderos. La agricultura protegida en México se ha incrementado de 3 214 ha en 2005 a 15 000 ha en 2010, de las cuales existen 8 682 invernaderos, 2 243 casas sombra y 2 929 túneles (micro y macro) (SIAP, 2010). Los estados de Baja California, Sonora, Sinaloa y Jalisco constituye 71% del total de agricultura controlada en México (Nieves et al, 2011). 79% de los invernaderos en México se encuentra bajo un sistema de producción entre media y alta tecnología (AMHPAC, 2009). El rendimiento del jitomate en invernaderos mexicanos va desde 160.55 t ha^-1 para baja tecnología hasta 600.21 t ha^-1 para invernaderos de alta tecnología (AMHPAC, 2009). Dado que no se puede expandir el área cultivable, generalmente los productores utilizan más energía para incrementar la producción total, debido a la falta de conocimiento de tecnologías eficientes y a la dificultad en su uso.

De acuerdo a Djevic y Dimitrijevic (2009) el consumo específico de energía muestra diversos valores para diferentes construcciones de invernaderos. Los valores más bajos fueron obtenidos para los invernaderos interconectados y los más altos para el tipo túnel solitario. Los invernaderos interconectados muestran la menor cantidad de energía utilizada por kilogramo de producto comparada con otras estructuras. Los productores agrícolas no están conscientes de la cantidad de energía, utilizada en el proceso de producción, para tener una idea al respecto en el Cuadro 1 se listan las entradas y salidas de la producción agrícola y su energía asociada. La energía indirecta incluye la energía en semillas, fertilizantes, herbicidas (Treflan and Metribuzin), pesticidas (Diazinon y Metasystox), fungicidas (Mancozeb y Metalaxyl), estiércol y maquinaria, mientras que la energía directa incluye mano de obra, diesel, gasolina, electricidad y agua para riego.

La energía no renovable incluye, diesel, gasolina, electricidad, fertilizantes, herbicidas, pesticidas, fungicidas y maquinaria y la energía renovable incluye mano de obra, estiércol, semillas y agua de riego. El uso eficiente de insumos ayuda a incrementar la producción y productividad, y contribuye a la economía, redituabilidad y competencia para la sostenibilidad agrícola de las comunidades rurales (Rezvani et al, 2011).

El consumo de energía en invernaderos depende del punto en el que se fija la temperatura interna. Una desviación de1 K puede causar un incremento en el consume de la energía de alrededor de 10% (Hans, 1998).

El análisis de entradas y salidas de energía, así como la estimación de algunos índices relacionados con el uso eficiente de la energía, provee a los investigadores y tomadores de decisiones con las oportunidades para evaluar las iteraciones del uso de la energía sobre la economía de la empresa agrícola. Dado que el jitomate es la hortaliza principal en México, en el presente estudio se realiza el análisis del consumo de energía en su producción bajo dos tipos de invernadero.

 

Metodología

Existen diferentes medidas del desempeño de la energía en el proceso de producción dados por Shrestha (1998): 1) eficiencia en el uso de la energía; 2) productividad energética; 3) energía específica; y 4). La productividad energética es un índice que mide el uso eficiente de la energía; sin embargo, alta productividad energética no significa que sea económicamente viable.

Un parámetro que puede ser utilizado para comparar el consumo de energía para diferentes tipos de construcción en invernaderos es la energía específica MJ m^-2. De acuerdo con Djevic y Dimitrijevic (2009), este parámetro muestra diversos valores para diferentes tipos de construcciones de invernadero. Comparado con las estructuras de túnel solitario las estructuras de invernaderos interconectados tienen los más bajos valores de energía específica.

Se tiene poca información sobre la cantidad exacta de agua, fertilizantes y otros insumos utilizados por los agricultores. Se realizó una encuesta a un grupo de productores y el promedio obtenido es el que se presenta en este estudio en dos tipos de invernadero el primer tipo localizado en el estado de Baja California y el otro localizado en el estado de Puebla. Debido a la falta de datos, se utilizó la cantidad de agua reportada por Nuño (2007) para diferentes sistemas de goteo (Cuadro 2); así como, la mano de obra utilizada en la producción bajo invernaderos obtenida por Pérez et al. (2003) (Cuadro 3). El Cuadro 4 presenta los rendimientos promedio de jitomate en invernaderos para el Valle de Mexicali.

El Cuadro 5 presenta la mano de obra utilizada en diferentes operaciones en un invernadero en el estado de Puebla.

 

Resultados

Basados en los equivalentes de energía de los insumos y productos del Cuadro 1. Se calcularon los índices de energía en la producción de jitomate en Baja California para 1 ha (Cuadro 6) y para el caso del invernadero de Puebla (1 000 m²) (Cuadro 7).

La cantidad total de energía utilizada en la producción de jitomate bajo invernadero de polietileno fue de 51 497.2 MJ ha^-1 (5.14 MJ m^-2) en el Valle de Mexicali y 1 085 177.6 MJ por 1 000 m², en Puebla (1 085 MJ m² en dos ciclos). Debido que el invernadero en el Valle de Mexicali se utiliza para un ciclo de producción, no es necesario el sistema de calefacción. Sin embargo, el invernadero ubicado en Puebla si requiere de calefacción, ya que se utiliza para dos ciclos de producción. El sistema de calefacción consta de tres calentadores cada uno con un rendimiento térmico de 250 000 BTU h^-1, en total 750 000. BTU h^-1. Éstos calentadores se utilizan sólo durante tres meses, durante 10 h por día, lo cual da un total de 900 h.

Equivalente a 675 mil BTU ó 712 162 MJ, y el total de insumos de energía con el sistema de calefacción es 901 669.65 MJ. (901.6 MJ m^-2). Por lo tanto, el sistema de calefacción constituye 83.09% del total de energía utilizada de los insumos. De ahí que la eficiencia en el uso de la energía es de sólo 0.039 (sin el sistema de calefacción seria de 0.1857). El uso de energía por kg para el invernadero en Baja California y Puebla es de 0.41 MJ kg^-1 y 24.6 MJ kg^-1 respectivamente.

Los valores presentados en el Cuadro 7 son elevados comparados con los valores reportados por Djevic y Dimitrijevic (2009), 9.76 MJ m^-2 para el invernadero interconectado o multitunel y de 13.93 MJ m^-2 para el túnel. De acuerdo a los Cuadros 6 y 7 el nitrato de calcio y algunos nutrientes en general son los segundos mayores consumidores de energía en la producción de jitomate bajo invernadero. La cantidad de energía proveniente de las semillas y agua para riego son bajas comparadas con otros insumos de la producción. El Cuadro 8 hace una comparación del uso eficiente de la energía para diferentes tipos de invernadero. El invernadero ubicado en Valle de Mexicali tiene la mayor eficiencia en el uso de la energía, comparado con algunos invernaderos en Irán y Turquía.

Un invernadero típico en Europa tiene rendimientos tres veces arriba de un invernadero del mismo tamaño en Turquía. Esto se debe principalmente al uso más eficiente de los insumos variedades productivas y mejor control ambiental.

 

Conclusiones

El propósito principal de este estudio, fue la estimación del uso de energía en la producción de jitomate bajo invernadero en México para dos casos particulares, con y sin sistema de calefacción. El sistema de calefacción consume 83% del total de energía que se introduce en el invernadero (invernadero en Puebla). Por otro lado, el nitrato de calcio, sulfato de magnesio y fuerza humana son los segundos consumidores de energía.

La eficiencia en el uso de la energía fue de 1.94 y 0.32 para los invernaderos de Mexicali y Puebla. Un coeficiente menor de 1 indica un uso ineficiente de la energía durante el proceso de producción. El efecto del sistema de calefacción por metro cuadrado es sorprendente si comparamos los dos tipos de invernadero 5.14 MJ m^-2 y 1 085 MJ m^-2 y la productividad en el uso de la energía de 2.43 kg MJ^-1 y 0.4 kg MJ^-1 (Valle de Mexicali y Puebla).

El uso inconsciente de fertilizantes y herbicidas no sólo incrementa el uso de energía sino además daña el ambiente, la salud y genera problemas, que van más allá del área de influencia de la producción agrícola. Estos resultados muestran la necesidad de aplicar insumos más eficientes en el uso de la energía en invernaderos mexicanos.

Sabemos que entre 70 y 80% de la energía consumida en invernaderos corresponde a la calefacción. De ahí que es importante poner atención en este sistema y en todas las cosas asociadas a él, incluyendo el mantenimiento. De acuerdo con Colby (2011) remplazando un calentador que opera de 75-90% de eficiencia puede ahorrar una cantidad considerable de energía. Asimismo, se deben de evitar las pérdidas de energía en el invernadero especialmente durante las noches.

 

Literatura citada

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