Medir en un solo punto no significa que la medición sea inútil

Cuando sube el valor de un sensor de metano instalado en el centro de una nave ganadera, es fácil interpretarlo como un aumento de las emisiones de toda la granja. A la inversa, cuando baja, se puede concluir que el pienso de bajo metano ha surtido efecto. Sin embargo, la concentración en un punto muestra el estado del aire que pasó por ese lugar. No indica directamente cuánto metano atravesó por hora los límites de toda la granja, de qué fuente procedía ni cuánto emitieron en promedio todos los animales.

Esto no significa que un solo sensor carezca de valor. Es útil para vigilar tendencias locales en la misma posición y bajo condiciones operativas similares, detectar anomalías de ventilación o episodios de agitación del estiércol y seleccionar los periodos que requieren una investigación adicional. El problema surge cuando se amplía su uso más allá del propósito de ese punto para estimar el total o la tasa de reducción de toda la granja. La idea central de este artículo no es que «con un sensor no se puede hacer nada», sino que «hay que respetar el alcance de las preguntas que un sensor puede responder».

Una granja no es una única caja de aire mezclada uniformemente

En una granja existen al mismo tiempo distintas fuentes de metano. El metano de la fermentación entérica de los rumiantes se libera sobre todo alrededor de los animales mediante la respiración y los eructos. El estiércol constituye otra fuente de metano según la forma de almacenamiento, la temperatura, el tiempo de permanencia, la humedad, la agitación y las condiciones anaerobias. Si existen almacenamiento de ensilado o materia orgánica, instalaciones de biogás, fugas en equipos de combustible o gas o combustión incompleta, deben evaluarse fuentes adicionales en función del límite y del propósito.

Estas fuentes no se distribuyen uniformemente en el espacio ni en el tiempo. Los animales se concentran alrededor del comedero a determinadas horas, mientras que las zonas de espera y la sala de ordeño tienen patrones de permanencia diferentes. Los fosos y depósitos de estiércol presentan ciclos de liberación distintos de los del aire de la nave. Los pocos minutos que una vaca permanece cerca del sensor pueden generar un pico de concentración mayor que el de varios animales situados más lejos. Ese pico no representa necesariamente la misma proporción de las emisiones totales de la granja.

El flujo de aire amplifica esta heterogeneidad. Incluso en una nave con ventilación mecánica, el flujo se divide según la combinación de ventiladores, la apertura de las entradas y los tabiques y obstáculos interiores. Una nave con ventilación natural depende de la velocidad y dirección del viento, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, las aberturas y la forma del tejado; una misma ventana puede funcionar unas veces como entrada y otras como salida. Cuando el metano forma un penacho estrecho desde la fuente siguiendo el viento, el valor será alto cuando el sensor atraviese su centro y bajo a pocos metros de distancia.

Por tanto, una concentración baja en un punto puede significar que las emisiones de la granja son bajas, pero también que el penacho pasó en otra dirección. Un valor elevado también exige separar entre un aumento de las emisiones totales, una disminución de la ventilación, un cambio de dirección del viento, una concentración de animales cerca del sensor o una variación del fondo exterior.

La concentración es la composición de un espacio; la emisión es el flujo que atraviesa un límite

ppm es una unidad de concentración que expresa la fracción molar o la proporción en volumen del metano en el aire. Una tasa de emisión como kg CH₄/h es la masa de metano que atraviesa el límite del sistema durante un periodo determinado. Para calcularla hay que conocer no solo el incremento de concentración, sino también cuánto se desplazó el aire que tenía esa concentración.

De forma conceptual, puede expresarse comotasa de emisión = caudal de aire × (concentración del aire de salida − concentración del aire de entrada) × conversión de unidades. Si la ventilación se reduce a la mitad, la concentración interior puede aumentar aunque las emisiones sean las mismas; si la ventilación aumenta considerablemente, la concentración puede bajar aunque aumenten las emisiones. Por ello, usar directamente la diferencia de una concentración interior antes y después como tasa de reducción puede hacer que un cambio de ventilación parezca un efecto del pienso.

El fondo exterior también es importante. La concentración de metano fuera de la granja no es un 0 fijo y puede verse afectada por un depósito de estiércol próximo, otra nave o una fuente situada a barlovento. Con un solo punto es difícil separar, dentro del valor actual, la contribución de la granja de la del aire de entrada. Como mínimo, hay que medir a la vez el fondo a barlovento o de entrada, o aplicar un método que trate el fondo y el transporte, como un gas trazador, un balance de masas o un modelo de dispersión.

«Una nave ganadera» y «toda la granja» son límites diferentes

Aunque un punto de medición represente bien el aire de salida de una nave, puede no representar toda la granja. Puede haber varias naves, alojamientos para terneros, salas de ordeño, fosos de estiércol, depósitos y zonas de compostaje. Las directrices del IPCC también distinguen el metano ganadero por fuentes como la fermentación entérica y la gestión del estiércol, y lo calculan teniendo en cuenta las subcategorías animales y los sistemas de gestión. Un sensor interior de una nave no puede incluir automáticamente las emisiones de un depósito de estiércol o de un pastizal.

El límite cambia según el propósito. Para evaluar el efecto de un pienso de bajo metano sobre la fermentación entérica, es importante aislar el grupo que lo consumió y la fuente de emisión correspondiente. Si se trata de un inventario de gases de efecto invernadero de toda la granja, debe incluirse de forma coherente el alcance definido, no solo la fermentación entérica, sino también la gestión del estiércol, la energía y los insumos adquiridos. La vigilancia de la seguridad da prioridad a los puntos de riesgo local donde los trabajadores están realmente expuestos. Combinar resultados de límites distintos bajo un mismo nombre, «metano de la granja», genera controversias.

Hay que marcar el límite espacial en un mapa y relacionar cada punto de medición con las fuentes y zonas que representa. Las fuentes que no se midan directamente no deben ocultarse como omisiones; hay que indicar si se complementaron mediante factores de emisión, se excluyeron por no ser significativas o se notificaron por separado. Si una medición parcial se extrapola al total, deben registrarse el factor de ampliación utilizado —número de animales, horas de funcionamiento, caudal o superficie— y su incertidumbre.

Cuatro situaciones en las que un único punto resulta especialmente peligroso

La primera es la ventilación natural. Las grandes aberturas laterales y las salidas del tejado crean flujos multidireccionales, por lo que resulta difícil fijar una única sección de salida. Los estudios que revisan los métodos para medir las emisiones de gases en naves con ventilación natural señalan como limitaciones principales la gran variación espacial de la concentración y la velocidad del viento, así como la variación espacial de la proporción entre el gas trazador y el contaminante. Como las condiciones de flujo y mezcla cambian mucho al estimar las emisiones en estas naves, es difícil presuponer que la concentración de un solo punto representa todas las condiciones operativas.

La segunda es una granja con varias fuentes próximas. Si un sensor situado a sotavento de la nave recibe a la vez los penachos de la fermentación entérica y del depósito de estiércol, no puede separar la aportación de cada fuente. Si se agitó el estiércol al mismo tiempo que se cambió el pienso, la variación de la concentración total no basta para juzgar el efecto del pienso.

La tercera es una operación dominada por eventos. La alimentación, el desplazamiento para el ordeño, los cambios de etapa de los ventiladores, el funcionamiento de los rascadores y la retirada del estiércol provocan cambios breves pero grandes. Una medición manual a una hora fija o el promedio diario del sensor pueden pasar por alto la duración del evento y su contribución integrada. Las horas de los eventos deben sincronizarse con los registros operativos.

La cuarta es la extrapolación. Si se amplía una medición de 1 semana y un solo punto en primavera hasta convertirla en emisiones anuales de la granja, no se observan la ventilación máxima del verano, el cerramiento invernal, la sustitución del grupo de animales ni los cambios en la calidad de conservación del pienso. Un periodo de medición largo tampoco es automáticamente representativo. Si los intervalos sin datos se concentran en una estación o un estado operativo concretos, incluso el promedio de largo plazo queda sesgado.

Para explicar toda la granja, antes que una red de observación hace falta un mapa de fuentes

La primera tarea no es comprar sensores, sino elaborar un mapa de fuentes y flujos de la granja. En él se indican el tipo y número de animales por nave; las zonas de alimentación, ordeño y espera; las rutas de traslado y almacenamiento del estiércol; los ventiladores y aberturas; las direcciones predominantes del viento por estación; y las fuentes de metano próximas. Sobre ese mapa se superponen el propósito de la medición y el límite del sistema. Los puntos necesarios cambian según se evalúe el efecto de un pienso sobre la fermentación entérica, las emisiones de una nave o el inventario completo de la granja.

En una nave con ventilación mecánica se pueden medir la concentración y el caudal en cada salida o realizar una verificación in situ del caudal que tenga en cuenta el estado de funcionamiento de cada ventilador, la presión estática instalada y la suciedad; si es necesario, se corrige la curva de rendimiento para obtener un total ponderado por caudal. También se necesita la concentración de fondo del aire de entrada. Si hay varios ventiladores, debe comprobarse mediante un perfil transversal de concentraciones si un punto delante de algunos de ellos representa toda la sección.

En una nave con ventilación natural se pueden combinar, según el propósito, concentraciones multipunto, proporciones de gas trazador, un balance de CO₂, la velocidad y presión del aire en las aberturas o la concentración a sotavento y un modelo de dispersión, en lugar de depender de un único sensor fijo. Cada método tiene supuestos. El balance de CO₂ depende de la estimación de la producción de CO₂ de los animales y de otras fuentes de CO₂; el método del gas trazador exige que este se transporte suficientemente junto con el metano; y el cálculo inverso a sotavento depende de la meteorología, el fondo y el modelo de transporte atmosférico. El nombre del método no garantiza por sí solo la representatividad.

Para toda una granja que incluya varias naves e instalaciones de estiércol, se suman las estimaciones por fuente en un periodo y una unidad comunes. Las fuentes poco importantes o difíciles de medir directamente pueden complementarse con factores de emisión adecuados. Cuando se combinan mediciones directas y valores de modelos, deben distinguirse los datos originales, los valores estimados y los valores basados en factores, y comprobarse las duplicidades y omisiones.

Cómo utilizar con criterio un sensor situado en un solo punto

La fortaleza de un sensor único está en la continuidad y la retroalimentación operativa. Si se mantienen fijas su posición y las condiciones circundantes, y se registran a la vez la ventilación, la dirección del viento, el número de animales y los eventos operativos, se pueden detectar rápidamente desviaciones respecto de la línea de base local. Por ejemplo, un aumento nocturno repetido de la concentración bajo la misma etapa de ventilación y condiciones exteriores similares puede ser una señal para revisar la ventilación o el estado del estiércol.

También es posible actualizar mediante cartografiados móviles periódicos la relación entre el punto fijo y la distribución completa. Si se acumula evidencia de que la relación entre el valor del punto fijo y la estimación de emisiones ponderada por caudal es estable en cada estación, aquel puede utilizarse como variable sustituta dentro de un alcance limitado. Sin embargo, esta relación debe volver a validarse cuando cambien la estructura de la nave, el modo de ventilación, el grupo de animales o la gestión del estiércol.

Es más seguro mostrar en el panel el alcance representado junto al valor individual. Una indicación como «centro de la nave A, altura de 1,5 m, promedio de 1 minuto, para vigilar tendencias locales» reduce la posibilidad de que el usuario lo confunda con el total de la granja. Si el valor entra en un modelo de emisiones, también deben mostrarse el estado del modelo, la proporción de datos válidos y la incertidumbre.

Lista de comprobación para la aplicación

  • ¿Se ha especificado si el límite de medición es toda la granja, una sola nave, un grupo de animales o la seguridad local?

  • ¿Se han señalado en el mapa la fermentación entérica, el almacenamiento y tratamiento del estiércol y las demás fuentes de metano?

  • ¿Qué fuentes y rutas de salida representa el aire que atraviesa la posición del sensor?

  • ¿Se miden o estiman conjuntamente la concentración de fondo de entrada y el caudal de aire?

  • ¿Se registran las inversiones de la dirección del viento, las etapas de los ventiladores, la apertura de puertas y los modos de ventilación natural?

  • ¿Se sincronizan la hora y los eventos de alimentación, ordeño, agitación y retirada del estiércol?

  • ¿Se ha validado el alcance representado comparando un solo punto con mediciones multipunto, móviles o métodos independientes?

  • ¿Se ha evitado omitir o duplicar naves e instalaciones de estiércol no medidas directamente?

  • ¿Existen una justificación y una incertidumbre para extrapolar datos de corto plazo a periodos mensuales o anuales?

  • ¿El panel distingue claramente la concentración local de las emisiones totales de la granja?

Conclusión: un punto es una observación; toda la granja es un modelo

La concentración de metano en un punto es una observación real. Sin embargo, el resultado denominado «toda la granja» es un modelo construido al conectar múltiples fuentes, flujos de aire, concentraciones de fondo, tiempo y datos de actividad. Aunque la observación sea exacta, sin un modelo que establezca esas conexiones no puede ampliarse a las emisiones totales o a la tasa de reducción.

Un buen sistema de medición no infravalora ni sobrevalora un sensor único. Utiliza un punto para las tendencias continuas y la detección de anomalías, y respalda las afirmaciones sobre toda la granja con un mapa de fuentes, mediciones multipunto o en el límite, caudales, fondo, registros operativos y evaluación de incertidumbre. En definitiva, la pregunta importante no es «cuántos sensores hay», sino «qué evidencia demuestra qué límite representa esta observación y bajo qué condiciones».

Fuentes