Supongamos que la pantalla de un sensor de metano muestra 120 ppm. ¿Permite esa cifra concluir de inmediato que «este establo emite mucho metano» o que «las emisiones disminuyeron un 20% después de aplicar el pienso»? No. Las ppm expresan una concentración, es decir, la proporción de metano en el aire del punto de medición, mientras que los kg de CH₄ expresan la masa de metano que atravesó un límite definido durante un periodo determinado. Ambas magnitudes están relacionadas, pero no son la misma magnitud física.
Esta distinción no es un mero ejercicio sobre unidades. Si se afirma una reducción basándose únicamente en la concentración, un cambio de ventilación puede parecer un efecto del pienso. A la inversa, las emisiones reales pueden haber disminuido pero la concentración puede aparecer más alta porque entró menos aire exterior. Para utilizar datos de metano ganadero en informes de carbono o en la evaluación de medidas de reducción, hay que separar «qué concentración tiene» de «qué cantidad sale».
Lo que indican las ppm y lo que no indican
ppm significa partes por millón y, en el caso de los gases, suele interpretarse como fracción molar o volumétrica. Una concentración de metano de 100 ppm significa que hay aproximadamente 100 partes de metano por cada millón de partes de gas en las mismas condiciones. El sensor muestra la composición de una muestra de aire que llega a un lugar y un momento concretos. Por tanto, el valor no depende solo de la intensidad de la fuente de emisión, sino también de la distancia entre el sensor y el animal, la dirección del viento, la mezcla del aire, la concentración del aire exterior en la entrada, el funcionamiento de los ventiladores y la apertura de las puertas.
Las emisiones responden a otra pregunta. Por ejemplo, kg CH₄/hora y g CH₄/cabeza/día expresan la masa de metano emitida por unidad de tiempo o por animal y unidad de tiempo. Para obtenerla hay que saber a qué velocidad y en qué cantidad se desplaza el aire que contiene esa concentración. Los materiales de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) sobre medición del metano también explican el principio de medir conjuntamente la concentración y el caudal del gas capturado y determinar la tasa de emisión mediante el producto de ambos factores. El procedimiento GreenFeed del ICAR también mide conjuntamente las concentraciones de CH₄ y CO₂ y un caudal de aire cuantitativo para calcular la producción de gases de cada animal.
Principio para pasar de concentración a caudal másico
Si se simplifica el caso de un conducto de extracción con mezcla completa, el caudal másico de metano puede expresarse mediante la siguiente relación:
Caudal másico de metano = [(concentración de salida − concentración de fondo en la entrada) × 10⁻⁶] × (caudal de gas ajustado a la misma base seca o húmeda) × (densidad del metano a la temperatura y presión correspondientes)
Si la diferencia de concentración se expresa en ppm, se multiplica por 10⁻⁶ para convertirla en una fracción molar o volumétrica adimensional. Al integrar el resultado a lo largo del tiempo se obtienen kg de CH₄. Para ello deben cumplirse al menos cinco condiciones.
Primera, hay que restar la concentración de fondo. El aire exterior que entra en el establo también contiene metano, por lo que atribuir toda la concentración de salida a la explotación puede sobreestimar sus emisiones. Segunda, el caudal debe medirse al mismo tiempo. Si la concentración es un promedio de 1 minuto y el caudal un promedio diario, se perderán los cambios simultáneos provocados por el control de los ventiladores y las ráfagas. Tercera, hay que igualar las condiciones de temperatura y presión. Las ppm son una proporción, pero el número de moléculas contenido en un mismo volumen depende de la temperatura y la presión. Cuarta, debe unificarse la base de humedad. Mezclar una concentración en base seca o húmeda con un caudal referido a otra base genera un error sistemático. Quinta, hay que captar los principales flujos de aire que atraviesan el límite. Si en un establo abierto se mide una sola salida, se omiten los flujos que pasan por rendijas y aberturas no medidas.
Esta ecuación solo ilustra el principio; no es una fórmula universal que pueda aplicarse sin más a todos los establos. En los de ventilación mecánica se puede seguir el caudal y el estado de funcionamiento de cada ventilador, mientras que en los de ventilación natural hay que considerar conjuntamente la velocidad y la dirección del viento, las aberturas, la flotabilidad y la turbulencia. En esos casos pueden evaluarse métodos adecuados al objetivo y a la estructura del lugar, como los gases trazadores, el balance de masas o los modelos de dispersión inversa.
Escenarios de campo con las mismas ppm y distintas emisiones
Supongamos que se observan 80 ppm en las salidas de los establos A y B. Si la concentración de fondo también es la misma, pero el caudal de extracción de A duplica el de B, el caudal másico de metano de A también puede ser aproximadamente el doble, siempre que las condiciones de mezcla y medición sean iguales. Las ppm hacen que ambos establos parezcan iguales, pero sus kg de CH₄/hora son distintos.
También puede ocurrir lo contrario. En el mismo establo, la concentración observada antes y después de aplicar un pienso de bajo contenido en metano disminuye de 100 ppm a 85 ppm. Sin embargo, si después de la aplicación la ventilación se duplicó debido al calor, la reducción de la concentración por sí sola no demuestra que hayan bajado las emisiones. Podría deberse simplemente a una mayor dilución del aire expulsado. Un cálculo que incluya el caudal y la concentración de fondo podría mostrar que la emisión másica se mantuvo igual o incluso aumentó.
Además, un sensor instalado cerca de la cabeza del animal para captar el penacho de su respiración mide un objeto diferente de un sensor que analiza el aire mezclado en la salida del establo. El primer método puede ser útil para realizar observaciones repetidas de cada animal y estudiar los patrones de fermentación entérica; el segundo puede servir para estimar las emisiones totales a través de un límite definido del establo. Que ambos valores estén expresados en ppm no significa que puedan sustituirse entre sí.
Primero deben definirse los criterios de medición y operación
Para convertir datos de concentración en emisiones, antes que el equipo hay que definir la magnitud que se medirá. Se debe decidir si se informará de la concentración instantánea, la concentración media ponderada en el tiempo, la tasa de emisión másica, las emisiones diarias por cabeza o la intensidad de emisión por unidad de producto. A continuación, se documentan el límite espacial, el límite temporal, las fuentes de emisión incluidas y los puntos de entrada y salida.
El registro operativo del sensor no debe contener únicamente la concentración de metano. En el mismo eje temporal deben vincularse el caudal o un indicador sustitutivo de ventilación, la temperatura, la presión, la humedad, el estado de los ventiladores, la apertura de las puertas, el número de animales, la ubicación de la medición, la calibración del equipo, la sincronización de los relojes, los datos ausentes y los motivos de exclusión. Aunque el equipo muestre ppm, las especificaciones del fabricante y los registros de calibración deben confirmar si el valor está en base seca o húmeda, cuál es la temperatura de corrección y cuáles son el intervalo de medición y el tiempo de respuesta.
En la fase de cálculo, se conservan los datos originales y se separan los pasos de transformación. Se documentan la entrada, la fórmula, la unidad y la versión del código en cada etapa, por ejemplo: raw_ppm → concentración corregida por el fondo → conversión a condiciones estándar → caudal másico → total del periodo. Los resultados deben presentar no solo una estimación puntual, sino también la incertidumbre derivada del caudal, la concentración y la representatividad, además de la disponibilidad de los datos.
Lista de verificación para la ejecución
Indique primero si el valor que se desea informar es una concentración, una tasa de emisión másica o las emisiones de un periodo.
Marque en un plano las entradas y salidas del límite de medición y las vías de fuga que no pueden medirse.
Recoja la concentración de fondo, la concentración de metano y el caudal con el mismo intervalo temporal siempre que sea posible.
Especifique las condiciones de referencia de temperatura, presión y humedad, así como la ecuación de conversión a condiciones estándar.
Si solo se utiliza la curva del ventilador, compruebe el error de caudal debido a la resistencia real de la instalación y al envejecimiento.
Conserve en un registro de eventos los traslados, sustituciones y calibraciones de los sensores y los cambios de configuración de la ventilación.
Gestione los datos originales, los valores corregidos, los indicadores de exclusión y los resultados calculados en campos separados.
Antes de declarar un porcentaje de reducción, compare las emisiones másicas anteriores y posteriores utilizando el mismo límite y método.
Conclusión
Las ppm indican la concentración con la que el metano está mezclado, mientras que los kg de CH₄ indican cuánta masa de metano se ha desplazado a través de un límite. La concentración es un dato esencial para calcular las emisiones, pero no se convierte en una emisión sin el caudal, la concentración de fondo, la temperatura, la presión, la humedad y los límites temporales y espaciales. Un buen sistema de seguimiento del metano ni ignora las ppm ni les atribuye todo el significado. Los datos solo pueden sustentar una afirmación de reducción cuando se puede explicar mediante qué cálculos y supuestos la observación se convirtió en kg de CH₄.