Autores:

Javier Palma Torres

Joaqun Aguilera Prado

Seminario de Economa Energtica

MEC-341. Profesor Roberto Yunge D.

17/12/2013

Eficiencia Energtica en la Agricultura

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INDICE

1. Resumen ejecutivo. 2

2. Introduccin..3

3. Objetivos3

4. Contexto general

4.1. Agricultura en Chile4

4.2. Porque la eficiencia?...........................................................................4

5. Balance energtico actual en la agricultura

5.1. Necesidades energticas en el agro.5 5.2. Consumo energtico.5

6. Oportunidades de mejora

6.1. E.E. en recintos cerrados.6 6.2. E.E. en invernaderos.6 6.3. E.E. en equipamiento agrcola7 6.4. E.E. en terrenos agrcolas7

7. Tecnologas para las mejoras en eficiencia energtica.

7.1. Tecnologas de Riego8 7.2. Costos Tecnologas de Riego...11

8. Implementacin de ERNC11 9. Aplicabilidad en Chile..12 10. Proyecciones a futuro13 11. Conclusiones...13 12. Bibliografa....13

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1. Resumen ejecutivo

El presente trabajo tiene como objetivo principal dar a conocer a los

futuros Ingenieros Mecnicos conocimientos bsicos sobre la eficiencia

energtica en el sector agropecuario del pas. Para que de esta forma

cuando les toque llegar a sectores rurales, puedan visualizar de una

manera ingenieril los puntos en los cuales se pueden lograr mejoras

relevantes que apunten hacia un mejor aprovechamiento de los recursos

energticos.

Dentro de los temas principales que aqu se abordarn estn; la eficiencia

energtica en recintos cerrados, en invernaderos, en equipamiento

agrcola, en el suelo y finalmente en el riego. Este ltimo siendo el principal

tema en este trabajo por la sencilla razn de que el utilizar eficientemente

el agua es ms fcil de lo que comnmente se cree dentro del mismo

sector. Es aqu donde existe un gran potencial de mejora puesto que hoy

en da el mtodo ms comn de riego es el gravitacional, aun cuando este

tiene una psima eficiencia ya que ocupa inmensos caudales de agua y

el 70% de ella simplemente pasa sin ser aprovechado por las plantas.

Finalmente se abordar el tema de la incorporacin de las energas

renovables no convencionales al sector, solar, biomasa y micro

hidrulica. Todas ellas con el fin de aprovechar al mximo los recursos

con los que cuenta el agro, siendo al mismo tiempo eficientes y

sustentables. Se analizar la factibilidad que tiene cada una de estas

tecnologas en la incorporacin a este sector.

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2. Introduccin

Desde que la humanidad comenz a asentarse en lugares fijos, dejando

atrs el carcter nmade que la haba llevado a recorrer largas distancias en

busca de alimento, es cuando la agricultura comenz a ser parte importante del

desarrollo y subsistencia del ser humano en este planeta.

Actualmente la agricultura impulsa la economa de la mayora de los

pases en desarrollo y representa una importante actividad econmica en pases

desarrollados. Histricamente, son muy pocos los pases que han

experimentado un rpido crecimiento econmico y una reduccin de la pobreza

que no hayan estado precedidos o acompaados del crecimiento agrcola. Sin

embargo, pese a su gran importancia, esta actividad se desarrolla cada vez con

mayor dificultad, debido principalmente al alza de los precios de los productos

agrcolas y al masivo desarrollo de cultivos intensivos, los cuales degradan los

suelos priorizando la obtencin de productos dejando de lado la sustentabilidad

en los recursos empleados.

Es aqu donde la eficiencia energtica se plantea como una solucin real

a varios de los problemas presenta la agricultura actualmente, ya que dentro de

sus mltiples beneficios permite una reduccin de los costos asociados a

energa, desliga al consumo energtico del alza de combustibles y genera

procesos ms eficientes y sustentables.

3. Objetivos

Dar a conocer la importancia de la agricultura en Chile y el mundo, y los

problemas que aquejan a esta actividad en la actualidad.

Presentar las mltiples oportunidades de mejora y aplicabilidad de

eficiencia energtica en el sector agrcola.

Proveer una visin global del presente y futuro del desarrollo de la

eficiencia energtica en esta actividad.

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4. Contexto general

4.1 Agricultura en Chile

A lo largo de la historia reciente de nuestro pas la agricultura ha sido un sector importante para la economa, no solo en trminos de los ingresos que produce al pas, sino que tambin por ser una importante fuente laboral. Segn el informe realizado por la OCDE en 2010 acerca de la agricultura chilena, se obtuvo:

La influencia en el PIB del sector agropecuario en chile es de un 3,5%.

La participacin en la fuerza laboral del pas es de un 11%.

Si bien los datos anteriores no son tan significativos, hay varias implicancias que se deben analizar para comprender bien la importancia de este sector. Por ejemplo, el hecho de que estos indicadores han venido disminuyendo los ltimos 20 aos, sin embargo de acuerdo al informe de la OCDE este sector ha sido clave para el desarrollo del pas en este periodo (Gracias a los tratados concretados con mltiples pases).

Esta organizacin tambin seala en su informe la buena forma en la que la agricultura ha podido competir con los exigentes mercados internacionales (mayoritariamente subvencionados por sus estados).

La influencia en el producto interno bruto nacional es baja puesto que si bien los volmenes exportados por nuestro pas son enormes (siendo de los mayores exportadores mundiales en algunas frutas y verduras), los precios internacionales han disminuido aceleradamente en relacin con el valor real nacional.

4.2 Porque la eficiencia?

Por lo anterior es que debemos comprender que para fortalecer nuestra agricultura hay que hacerla ms eficiente y a la vez sustentable para que sea ms competitiva en el extranjero. Es algo comn que los pases cuando estn cerca de desarrollarse dejen de lado su sector agro, se ha visto en muchos pases y las razones son evidentes; los mercados nacionales no pueden competir contra los extranjeros lo que termina finalmente liquidndolos, y tambin la misma poblacin que se desplaza hacia las ciudades en busca de mejores salarios. Sin embargo siendo tan ricos en recursos naturales y con grandes potenciales por aprovechar an, un pas como chile no puede darse el lujo de permitir que se deteriore este sector.

As, en un mercado internacional tan exigente como el de hoy, aspectos como la sustentabilidad se tornan relevantes. (Ej. Hay pases en los que los frutos son mejor vendidos si es que cuentan con algn sello ecolgico). Y considerando que chile es uno de los principales exportadores mundiales en productos como el kiwi, la manzana, la palta la naranja, la uva, etc.

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5. Balance energtico actual en la agricultura

5.1 Necesidades energticas en el agro

- Combustibles para maquinaria mvil: tractores, trilladoras, enfardadoras

- Potencia para bombas de agua para la administracin del regado

- Potencia para las cmaras de refrigeracin para almacenar los cultivos de frutas y vegetales

- Energa para el secado de granos o madera

- Administracin de energa para la mantener temperaturas apropiadas en los invernaderos

- Energa para el limpiado, filtrado, monitoreo, tratamiento de agua, etc - Energa para la maquinaria fija.

5.2 Consumo energtico

La demanda por productos asociados al petrleo, gas natural y

electricidad en las actividades agrcolas posee una explicacin basada en la demanda del precio del combustible, de la cosecha, los precios de otras entradas anexas, las hectreas plantadas y cosechadas, y el clima.

Diferentes tipos de energa son demandados por diferentes actividades productivas en el sector agro. La demanda directa de energa, incluidos el petrleo Diesel, Gasolina, Gas Natural y Gas Licuado de Petrleo (GLP), es usado para la plantacin, labranza, cosecha, secado y transporte. La electricidad es usada para la irrigacin, operacin, para otras actividades productivas estacionarias. La demanda indirecta de energa es derivada de la demanda por fertilizantes y pesticidas usados en la agricultura.

A continuacin se muestra la representacin grfica de cmo est distribuido el consumo en el sector agro.

4% 5%6%

28%

9%21%

27%

CONSUMO ENERGTICO

Gas natural

GLP

Pesticidas

Fertilizantes

Gasolina

Electricidad

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6. Oportunidades de mejora

6.1 E.E. en recintos cerrados

Refrigeracin eficiente energticamente: Los agricultores emplean distintos sistemas de refrigeracin para

extender la vida til de los alimento perecibles. El enfriamiento no solo reduce la posibilidad de que se desarrollen las bacterias sino que tambin reducen los niveles de humedad para algunos productos. Dentro de este mbito pueden efectuares mejoras tales como: - Pre enfriar el producto con agua helada antes de someterlo completamente a la refrigeracin. - Mejorar la aislacin en las reas de almacenamiento. - Reducir la infiltracin de calor a travs de puertas - Usar compresores, intercambiadores de calor y refrigerantes eficientes

Iluminacin de bajo consumo: El remplazo de la iluminacin en base a ampolletas

incandescentes, asociadas a un 20 % de eficiencia, por una fundamentada en tubos fluorescentes, con una eficiencia estimada de 80 %, genera ahorros no despreciables a nivel elctrico.

Construccin de recintos eficientes energticamente: Al momento de construir cobertizos, packings y otro tipo de

estructuras para trabajar, refrigerar o guardar las cosechas, se debe tener en cuenta la aislacin asociada, la iluminacin (de tal manera de aprovechar la luz natural al mximo) y la posibilidad de filtracin de calor, para reducir el consumo energtico de los elementos en su interior.

6.2 E.E. en invernaderos

Sistemas de calentamiento eficientes para contrarrestar los altos precios de los combustibles:

Debido a la volatilidad y magnitud de los precios de los combustibles tradicionales, se propone implementar sistemas de calentamiento eficientes basados en fuentes calricas adecuadas, aislacin y sistemas de control para lograr una alta eficiencia.

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Uso de tneles altos: Esta implementacin considera una estructura de arco cubierta con

una sola capa de plstico. Esta simple medida permite una mejor ventilacin, irrigacin por goteo y el calor es provisto principalmente de manera solar.

Utilizacin de sistemas de ventilacin adecuados Puesto que en un invernadero la renovacin del aire es primordial,

el flujo horizontal del aire aparece como la mejor alternativa para mantener de manera homognea las condiciones en las distintas partes del invernadero.

6.3 E.E. en equipamiento agrcola

Sistemas de calentamiento de agua eficientes: El calentamiento de agua se realiza principalmente mediante el uso de quemadores de GLP o calentadores elctricos. Tomar en cuenta la aislacin de los recipientes de agua y la eleccin de quemadores eficientes puede ahorrar alrededor de un 20 % de dinero en este mbito.

Secado de grano minimizando o prescindiendo del uso de combustibles fsiles: El secado de grano requiere un gran consumo energtico, por lo que un aporte en esta rea mediante equipamiento eficiente (quemadores, hogares, etc...) o mediante ERNC, est asociado a grandes ahorros.

Disminucin del consumo de combustible en tractores: - Consideraciones del lastre y su distribucin: De qu manera se sitan las maquinarias que carga el tractor, verificar si estn balanceadas. - No exigir a los tractores ms de lo que corresponde: Normalmente, con carga anclada, no se debera exceder ms del 65 % de la potencia del motor.

Implementar polticas de mantencin adecuadas: Las condiciones de operacin de la maquinaria son un factor clave en la manera que utilizan los recursos energticos.

6.4 E.E. en terrenos agrcolas

Reducir la labranza para ahorrar combustible: Generalmente la cantidad de veces que se debe pasar por un cultivo con un tractor depende de la calidad del suelo, la cosecha, las condiciones ambientales y el tipo de labranza utilizado. Incrementar las operaciones de labranza aumenta el consumo de combustible, por lo que estas deben estimarse correctamente.

Optimizar el recorrido y tiempo empleados para las operaciones agrcolas:

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Una mala estimacin de las trayectorias y tiempos que debe tomar la maquinaria para realizar su trabajo genera prdidas de combustible.

Eficiencia en los sistemas de regado: En este mbito el incremento del consumo energtico est principalmente asociado a prdidas en tuberas, eficiencia de motores y bombas, y la mantencin de los equipos empleados.

7. Tecnologas para las mejoras en eficiencia energtica.

7.1 Tecnologas de Riego

Riego tradicional: Corresponde a la forma ms comn y antigua de riego. Es efectiva pero

poco eficiente.

Riego localizado: Corresponde al riego por goteo (aplicacin del agua al suelo en forma

localizada, es decir, slo se moja una zona restringida del volumen radicular).

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Sus principales caractersticas son: 1) El agua se aplica al suelo desde una fuente que puede considerarse

puntual, se infiltra en el terreno y se mueve en direccin horizontal y vertical. En esto difiere sustancialmente del riego tradicional en el que predominan las fuerzas de gravedad y por tanto el movimiento vertical.

2) No se moja todo el suelo, sino solamente una parte del mismo, que vara con las caractersticas del suelo, el caudal del emisor y el tiempo de aplicacin. En esta parte hmeda es en la que la planta concentrar sus races y de la que se alimentar.

3) El mantenimiento de un nivel ptimo de humedad en el suelo implica una baja tensin de agua en el mismo. El nivel de humedad que se mantiene en el suelo es cercano a la capacidad de campo, lo cual es muy difcil de conseguir con otros sistemas de riego, pues habra que regar diariamente y se produciran encharcamientos y asfixia radicular.

4) Requiere un abonado frecuente, pues como consecuencia del movimiento permanente del agua en el bulbo, puede producirse un lavado excesivo de nutrientes.

5) Utiliza pequeos caudales a baja presin. 6) Se opera con la frecuencia necesaria para lograr un alto contenido de

humedad en el suelo (riego de alta frecuencia). 7) Posibilidad de aplicacin de otros productos qumicos utilizando la

infraestructura de riego, estos productos pueden tener funciones de correctores, desinfectantes del suelo, herbicidas, nematicidas, fungicidas, reguladores de crecimiento, etc.

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Riego por Aspersin:

En este sistema de riego se encuentran los sistemas fijos y los de

desplazamiento continuo. Sus principales caractersticas son las siguientes:

1) El consumo de agua es menor que el requerido para el riego por surcos o por inundacin;

2) Puede ser utilizado con facilidad en terrenos en pendiente; 3) Se puede dosificar el agua con una buena precisin 4) No afecta el material vegetal sometido a riego, ya que se elimina la presin

que el agua puede ofrecer a las plantas; y como es homognea su distribucin sobre el material vegetal, el riego de la vegetacin por aspersin es total y se distribuye suavemente el agua sobre toda el rea deseada.

Como se puede apreciar en la siguiente tabla, si bien hay importantes cambios en la distribucin del riego, an existe una gran parte del territorio que se riega gravitacional (botado), lo cual es sumamente ineficiente.

Sistema 1997 (Ha) 2007 (Ha) Variacin %

Gravitacional 960000 790000 -19,5

Mecnico Mayor 30500 56600 85,5

Micro-riego 62000 247600 290

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7.2 Costos Tecnologas de Riego

Sistema de riego Costo[$] Capacidad de riego

[Ha/Da]

Pivote 90.000.000 20

Aspersor 40.000.000 6

Por Goteo 3.000.000 1

8. Implementacin de ERNC

En base a lo que se est haciendo hoy en da a nivel mundial, las distintas necesidades energticas que posee la agronoma se pueden suplir, dependiendo de los recursos disponibles, mediante fuentes energticas renovables no convencionales (ERNC), tal como se muestra en la siguiente tabla:

Uso energtico ERNC

Solar FV Solar trmica Elica Mini

Hidro Biomasa Geotrmica

Iluminacin

Bombeo e irrigacin

Tratamiento de agua

Limpieza y filtrado

Secado

Congelacin y refrigeracin

Aparatos elctricos

Maquinaria mvil

Algunas de las ventajas de aplicar soluciones energticas en el agro son:

- La implementacin de energas renovables puede ofrecer una mayor rentabilidad a las actividades agrcolas y forestales, considerando adems la ventaja comparativa asociada.

- La aplicacin de eficiencia energtica a los procesos agrcolas permite un ahorro en trminos monetarios y de consumo de recursos.

- Existe una mayor adaptacin de los procesos a las condiciones ambientales y a las diferentes opciones energticas. Las soluciones de energa no slo se tienen que adaptar a la actividad agroindustrial, sino que tambin los procesos agrarios se deben reorientar para optimizar el consumo de energa

- Se ven altamente beneficiadas aquellas actividades agrcolas con dificultades de acceso a la energa.

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9. Aplicabilidad en Chile

Considerando que an no se define la matriz energtica que Chile utilizar en los prximos aos y tomado como base la necesidad del crecimiento econmico nacional y, con ello, la exigencia de disminuir el consumo de energa, la Eficiencia Energtica se sita como la alternativa con mayor proyeccin para alcanzar los objetivos econmicos trazados.

En el presente ao el Gobierno de Chile ha planteado el Plan de Accin

de Eficiencia Energtica 2020, el cual pretende disminuir en un 12 % la demanda energtica final proyectada para el ao 2020. Para poder llegar a esta meta, se cuenta con la ayuda de las ESCO como modelos de negocio asociados al desarrollo energtico sustentable. Este modelo de negocios contempla un asesoramiento al cliente, por parte de empresas especializadas, para lograr un ahorro de energa en sus procesos. Particularmente empresas como ANESCO se han comprometido con la agroindustria, donde se pueden conseguir ahorros en los mltiples mbitos ya mencionados, de manera que la inversin realizada se pague con los ahorros de energa conseguidos.

Funcionamiento del modelo de negocios ESCO (Fuente: ANESCO Chile)

Actualmente existe un gran inters en el sector agrcola por implementar

estas medidas que podran significar un considerable ahorro. Sin embargo, en pequeos y micro agricultores existe reticencia al riesgo, lo cual ha dificultado implementar iniciativas sustentables de energa. Debido a esto el modelo ESCO puede ser una excelente herramienta para superar el rechazo.

Un ejemplo exitoso de implementacin de eficiencia energtica en la agroindustria es el caso de la agrcola FRUTAQUI, ubicada en el sector de Ovalle, IV Regin. Esta agrcola es una de las principales exportadoras de Chile que provee a los mercados del Norte de Amrica-USA, Canad y Mxico-, Europa, Inglaterra, Centro - Sud Amrica, Asia y Sud Este Asitico, de carozos, uvas de mesa, peras, manzanas, kiwis y algunos ctricos y paltas. En este predio se implementaron, mediante el modelo de negocios ESCO, variadores de frecuencia para los motores asociados al regado. Esto permite modular las presiones de descarga de las bombas con caudales fijos, lo que implica ahorros en mantencin e ineficiencia del sistema. La implementacin de esta medida ha permitido hasta el da de hoy un ahorro de un 32 % de energa elctrica en sus facturas.

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10. Proyecciones a futuro

Los principales avances que van a existir en la eficiencia energtica para el sector agro tienen que ver con la difusin de esta prctica y el desarrollo de nuevas innovaciones en la biotecnologa, debido a varios motivos. Primero, mediante insercin de genes en la planta para el control de pestes. La necesidad de pesticidas, el mayor consumidor de energa indirecta, se ver reducido en la produccin agrcola. Segundo, plantas con resistencia a herbicidas reducirn la necesidad de mltiples tratamientos herbicidas, reduciendo con ello el uso de energa en este mbito, haciendo este proceso ms eficiente productiva y energticamente hablando. Tercero, las investigaciones estn en progreso para mejorar la utilizacin de los nutrientes en las plantas y para permitir que la planta en si misma fije el nitrgeno en el suelo, reduciendo, en trminos globales, el uso de fertilizantes y el deterioro progresivo de la calidad del terreno en trminos agrcolas. Cuarto, la informacin entregada por GPS, monitores de suelo y cosecha, y sistemas de informacin geogrfica (GIS) va a hacer clave para la precisin de los sistemas agrcolas. Tales sistemas tienen el potencial para mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes y control de pestes y con ello finalmente, ahorrando en las necesidades directas e indirectas de energa en la produccin de la cosecha. 11. Conclusiones

La preocupacin por el uso de la energa debera ser considerada en todos los sectores de la economa. Mejorar la eficiencia energtica reduce la vulnerabilidad a las variaciones de precio y reduce los impactos adversos de largo plazo en el alza de los precios de la energa y en el consumo de combustibles fsiles. As como la agricultura se vuelve cada vez ms sofisticada tecnolgicamente a travs del uso de sistemas de precisin agrcolas, aportes biotecnolgicos y mejoras en los sistemas de informacin, se va alcanzando una mejor eficiencia energtica en este campo. Si los precios reales de la energa se incrementan en el tiempo, se va a producir un aumento en la adopcin de informacin nueva y aportes biotecnolgicos, estimulando la inversin de capital para el ahorro energtico. De este modo se van a acercar cada vez ms al rubro agrcola las mltiples alternativas de mejora en eficiencia energtica que se han presentado en este informe, permitiendo el desarrollo sustentable y econmico de la agricultura a nivel global.

12. Bibliografa Asociacin Chilena de Eficiencia Energtica: -http://www.acee.cl ANESCO Chile: -http://www.anescochile.cl Ministerio de Agricultura: - http://www.minagri.gov.cl