Amoníaco en el galpón: ¿Por qué ventilar más no resuelve el problema?

Escrito por Sebastián Ratto — Consultor técnico en ambiente y ventilación, Provimi Argentina

Medimos 25 ppm de amoníaco (NH₃) en un edificio y la respuesta automática suele ser elevar la ventilación. El aire adentro mejora, pero ¿qué pasó realmente con el amoníaco? En muchos casos no dejamos de producirlo ni de liberarlo desde la fosa: solo lo diluimos más rápido. Este artículo repasa la química y la física detrás de esa liberación, y por qué el control real empieza en la fosa, y no en el controlador de clima.

Entramos a una sala de recría, el sensor marca 25 ppm de amoníaco (NH₃) y la reacción inmediata es modificar la ventilación mínima. A los pocos minutos la concentración de NH₃ disminuye y damos el problema por resuelto, pero antes de modificar la ventilación deberíamos hacernos una pregunta: ¿por qué esa sala está liberando tanto amoníaco? Si no identificamos y resolvemos ese punto, estamos tratando el síntoma y no la causa.

De la nutrición al ambiente: cómo se origina y libera el amoníaco

El nitrógeno que el cerdo no aprovecha se elimina en gran medida a través de la orina, principalmente en forma de urea. Cuando la orina entra en contacto con las heces y las superficies contaminadas, la ureasa, una enzima de origen microbiano, acelera la hidrólisis de esa urea y genera nitrógeno amoniacal. En el purín, este nitrógeno no se encuentra únicamente como amoníaco (NH₃), sino en un equilibrio dinámico entre dos formas: amonio (NH₄⁺), soluble y no volátil, y amoníaco (NH₃), la forma que puede transferirse desde el purín hacia el aire. Este equilibrio es clave para entender por qué algunas condiciones de la fosa favorecen una mayor liberación de amoníaco al ambiente.

NH₄⁺ (amonio, no volátil, disuelto) ⇌ NH₃ (amoníaco, volátil, gas) + H⁺

Una forma simple de entenderlo es pensar que el amonio (NH₄⁺) es la forma ionizada y soluble, que permanece mayoritariamente en el purín, mientras que el amoníaco (NH₃) es la forma no ionizada capaz de transferirse desde el líquido hacia el aire. Ambas formas se encuentran en un equilibrio dinámico, cuya distribución depende principalmente del pH y de la temperatura del purín. Cuando estas condiciones desplazan el equilibrio hacia una mayor proporción de NH₃, aumenta el amoníaco disponible para volatilizarse desde la superficie de la fosa y pasar al ambiente de la sala.

El pH: la variable que define el equilibrio entre NH₄⁺ y NH₃

El pH mide qué tan ácido o qué tan básico es el purín. Cuanto más básico (pH más alto), más se inclina la balanza hacia el amoníaco gaseoso (NH₃); cuanto más ácido (pH más bajo), más nitrógeno (NH₄) se queda como amonio disuelto y estable (no volátil). 

El Gráfico 1 traduce esa relación en números: a 20° C y pH 7 casi todo el nitrógeno amoniacal permanece disuelto como amonio; cuando pasamos de pH 7,0 a 8,5 aumenta la fracción de NAT (Nitrógeno Amoniacal Total) presente como NH₃ de aproximadamente 0,4% a 11,1%, es decir, unas 28 veces. Un purín fresco de cerdo suele arrancar entre pH 6,5 y 8, pero con los días tiende a subir, empujado por la propia actividad de la ureasa y por la pérdida de CO₂ disuelto.

                             Gráfico 1. Fracción de NH₃ (% del NAT) según pH del purín, a 10, 20 y 30 °C.

 

El CO₂ también participa en este equilibrio. Cuando se libera desde el purín hacia el aire, disminuye su efecto acidificante y el pH aumenta, particularmente en la capa superficial. Es un fenómeno comparable, de manera simplificada, con lo que ocurre al destapar una bebida carbonatada: al perder CO₂, disminuye su acidez. Este aumento del pH desplaza el equilibrio NH₄⁺/NH₃ hacia una mayor proporción de NH₃, incrementando el amoníaco disponible para volatilizarse. Por eso, para entender cuánto NH₃ puede liberarse desde una fosa no alcanza con observar cuánto purín contiene: debemos considerar también su pH, temperatura, concentración de nitrógeno amoniacal y las condiciones de transferencia entre la superficie del purín y el aire.

La temperatura del purín, no la del aire

Con la temperatura ocurre algo parecido a lo que vemos al comparar una gaseosa fría con una tibia: al aumentar la temperatura, los gases tienden a permanecer menos disueltos y se liberan con mayor facilidad. En el purín, además, la temperatura modifica el propio equilibrio entre NH₄⁺ y NH₃. A medida que aumenta, disminuye el pKa del sistema y, para un mismo pH, una mayor proporción del nitrógeno amoniacal total se encuentra como NH₃ (Gráfico 2) (Emerson et al., 1975).

A este efecto químico se suman procesos biológicos y físicos. La temperatura influye sobre la actividad microbiana y enzimática involucrada en la transformación del nitrógeno excretado, incluida la hidrólisis de la urea catalizada por la ureasa. Al mismo tiempo, también modifica las condiciones que gobiernan la transferencia de NH₃ desde la fase líquida hacia el aire. En términos prácticos, un purín más caliente tiene una mayor proporción de NH₃ disponible y condiciones más favorables para su volatilización.

Es importante no confundir la temperatura del aire de la sala con la temperatura del purín. Aunque ambas están relacionadas, el gran volumen almacenado en una fosa le confiere una importante inercia térmica: su temperatura cambia más lentamente y difiere de la temperatura instantánea del aire. Para evaluar el riesgo de emisión de NH₃, entonces, no alcanza con conocer la temperatura de la sala; la variable realmente relevante para el equilibrio NH₄⁺/NH₃ es la temperatura del propio purín.

       Gráfico 2. Fracción de NH₃ (% del NAT) según temperatura del purín, a pH 7,5 y 8,0 (NAT constante).

¿Cómo puede la aireación modificar el pH y la liberación de NH₃?

La aireación del purín modifica simultáneamente la actividad microbiana, el equilibrio ácido-base y la transferencia de gases, por lo que su efecto sobre el pH y las emisiones de NH₃ depende de la intensidad y del régimen de aireación.

En condiciones anaeróbicas, la degradación de la materia orgánica genera ácidos grasos volátiles (AGV) —principalmente acético, propiónico y butírico— que contribuyen a mantener el pH relativamente bajo. Cuando aumenta la disponibilidad de oxígeno, parte de estos compuestos se oxida, disminuye su contribución a la acidez y el pH tiende a aumentar. Esto es relevante porque un pH más alto desplaza el equilibrio NH₄⁺ ⇌ NH₃ + H⁺ hacia una mayor proporción de NH₃, que es la forma volátil del amoníaco.

Este efecto ha sido observado experimentalmente. Calvet et al. (2017) aplicaron aireación de baja frecuencia a purín porcino almacenado —2 minutos cada 6 horas durante cuatro semanas— y registraron un aumento del pH final de 7,0 a 7,7, acompañado por un incremento de aproximadamente 20% en las emisiones de amoníaco (NH₃). Incorporar aire al purín, por sí solo, no reduce las emisiones de amoníaco: en ese ensayo las aumentó.

Sin embargo, el oxígeno no aumenta directamente el pH. El resultado depende de los procesos que desencadena. Una aireación moderada puede favorecer la degradación de ácidos orgánicos y elevar el pH; mientras que una aireación suficientemente intensa y sostenida puede favorecer la nitrificación, proceso que genera H⁺ y tiende a acidificar el medio. Además, la aireación y la turbulencia aumentan la transferencia de masa en la interfase purín-aire, pudiendo acelerar la volatilización del amoníaco (NH₃) disponible.

Aireación involuntaria de las fosas

Un problema frecuente aparece cuando las cámaras exteriores de las fosas permanecen abiertas en galpones con ventilación por presión negativa. Parte del aire de reposición ingresa por estas cámaras, circula sobre el purín y entra a la sala a través de las ranuras del piso.

En estas condiciones se combinan dos mecanismos: el ingreso de aire modifica los procesos biológicos y químicos del purín, y el flujo y la turbulencia sobre su superficie incrementa la transferencia de amoníaco (NH₃) hacia el aire. El resultado es exactamente el contrario al buscado: el aire destinado a diluir los contaminantes pasa primero por su fuente e ingresa a la zona de los animales cargado de amoníaco.

Por este motivo, antes de aumentar los caudales de ventilación, es fundamental cerrar y sellar correctamente las cámaras exteriores de las fosas y asegurar que las entradas de aire diseñadas sean el camino de menor resistencia. Es una intervención simple y de bajo costo que reduce el ingreso de amoníaco (NH₃) desde la fosa y mejora la eficacia real del sistema de ventilación.

El error de resolver el exceso de amoniaco incrementando la ventilación sin resolver la causa raíz del problema

Podemos imaginar el sistema como una bañera: la fosa es la canilla que aporta amoníaco (NH₃) al aire de la sala y la ventilación es el desagüe que lo retira. El nivel de agua de esa bañera —la ppm que medimos con el sensor— depende del equilibrio entre cuánto amoníaco (NH₃) entra al ambiente y cuánto somos capaces de extraer. Este balance puede expresarse como Cᵢ − Cₒ ≈ E/Q donde C es la concentración de amoníaco (NH₃)  (interior y del aire entrante), E  tasa de emisión hacia el aire y Q el caudal de ventilación. Cuando la concentración exterior de amoníaco (NH₃)  es muy baja respecto a la interior, Ci = E/Q  es una simplificación válida del balance de masa. 

Si aumentamos Q, la concentración disminuye, aunque la fuente continúe activa. En otras palabras, podemos bajar la ppm sin haber reducido la generación de amoníaco en la fosa. Es como abrir más el desagüe de la bañera sin cerrar la canilla: baja el nivel, pero no hemos actuado sobre el origen del problema.

Hay además un segundo fenómeno que hace que el sistema sea más complejo que una simple dilución. La emisión desde el purín no es constante: depende, entre otros factores, de la transferencia de masa entre la superficie líquida y el aire. La velocidad y la turbulencia del aire próximo a esa superficie aumentan el coeficiente de transferencia y favorecen la liberación de amoníaco (Ni, 1999). Por lo tanto, cuando un incremento de la ventilación del edificio produce también un mayor intercambio de aire entre la fosa y la sala o una mayor velocidad sobre la superficie del purín, la tasa de emisión aumenta.

Esto significa que E y Q no siempre son variables independientes: mientras aumentamos Q para reducir la concentración, en determinadas configuraciones también aumentamos E. El resultado es una menor concentración de amoníaco dentro de la sala, sin una reducción equivalente de la cantidad total de amoníaco emitida.

Un ejemplo con números

Para dimensionar el costo real conviene separar dos gastos distintos: mover el aire (electricidad de los ventiladores) y calentarlo cuando afuera hace frío y queremos mantener la sala en confort (energía de calefacción). 

Tomemos una sala de recría de 1.000 animales de 6,5 kg de peso vivo, con techo R12 y paredes R5 (h·ft²·°F/BTU; equivalentes a 2,11 y 0,88 m²·K/W), calefacción alimentada con gas natural, 5 °C de temperatura exterior media diaria y una consigna interior de 26 °C, es decir ΔT = 21 °C. Con una ventilación mínima de 3,5 m³/h por animal (3.500 m³/h totales) y ventiladores eficientes (0,075 W por m³/h movido), la sala pierde del orden de 24,6 kW por el aire de renovación y unos 8,9 kW por transmisión a través de la envolvente (300 m² de cielorraso y 208 m² de pared perimetral). 

Frente a esos 33,5 kW de demanda, los 1.000 lechones aportan aproximadamente 15 kW de calor sensible estimados según CIGR (2002) el resto —unos 18 kW— lo tiene que poner el sistema de calefacción. Sobre esa base, si la ventilación se incrementa un 25/50/75/100% exclusivamente para diluir amoníaco, el consumo eléctrico extra es comparativamente bajo: entre 1,6 y 6,3 kWh/día (47-189 kWh/mes). El aire adicional, en cambio, hay que calentarlo. La fórmula que describe esto —Q = ρ·Cp·V̇·ΔT— simplemente dice que la energía necesaria depende de cuánto aire entra y cuántos grados hay que subirle la temperatura (ρ = 1,2 kg/m³ y Cp = 1,005 kJ/kg·K son propiedades del aire; rendimiento del equipo a gas 90%). Con esos supuestos, esa ventilación extra demanda entre 164 y 656 kWh/día de energía térmica (4.900-19.700 kWh/mes), equivalentes a 15-61 m³ de gas natural por día (PCS 10,8 kWh/m³). A 0,05 USD/kWh de gas y 0,12 USD/kWh de electricidad, sobre ventilar un 25% cuesta cerca de USD 250/mes y al 100% ronda los USD 1.000/mes por sala. En las condiciones utilizadas para este ejemplo, la energía requerida para calentar el aire adicional resulta aproximadamente 104 veces superior a la electricidad adicional necesaria para moverlo; y aun con el gas natural mucho más barato por kWh que la electricidad, la diferencia en la factura sigue siendo de unas 43 veces: el costo real de «diluir» amoníaco no está en el ventilador, está en la calefacción. Extrapolado a un año con unas 120 jornadas de demanda de calefacción como la del ejemplo —y el resto del año con el solo costo eléctrico de los ventiladores—, sobre ventilar de forma sistemática cuesta entre USD 1.050 y USD 4.220 por sala y por año. En un sitio de recría con seis salas equivalentes,  representa entre USD 6.300 y USD 25.300 anuales: dinero que se paga para diluir un problema que sigue generándose en la fosa.

Gráfico 3. Costo energético adicional anual por sobreventilar para diluir amoníaco en una sala de recría de 1.000 animales de 6,5 kg (USD/año por sala; electricidad 365 días a 0,12 USD/kWh, calefacción a gas 120 días a 0,05 USD/kWh), escala lineal.

Actuar sobre el origen, no solo sobre el síntoma

En lugar de «amoníaco alto → más ventilación», el orden de trabajo debería ser: medir, identificar la fuente, determinar la causa, actuar sobre la fosa, verificar el resultado y recién ahí ajustar la ventilación. Eso implica revisar, en este orden de impacto: nutrición y nitrógeno excretado (reducir proteína bruta con aminoácidos de síntesis puede bajar un 10-12% la emisión por cada 10 g/kg menos de PB, Aarnink & Verstegen, 2007; Canh et al., 1998), manejo de excretas, pH del purín, temperatura del purín, tiempo de almacenamiento, frecuencia de extracción, transferencia líquido-gas y, por último, una ventilación correctamente dimensionada para las necesidades fisiológicas de los animales.

Conclusión

La ventilación controla la concentración que medimos. El manejo de la fosa controla la fuente del problema. Ambas piezas son parte de una misma estrategia ambiental, y ninguna reemplaza a la otra: sin ventilación adecuada no hay bienestar ni calidad de aire posible, por más que la fosa esté bien manejada. Pero un sistema eficiente no debería necesitar sobreventilar en forma permanente para compensar una liberación excesiva de amoníaco desde las fosas. Cuando eso ocurre, tenemos, además de un problema de calidad de aire, un problema de diseño o manejo de las excretas. Encontrar y controlar esa causa suele ser más barato, en el mediano plazo, que pagar todos los días la energía necesaria para diluir sus consecuencias.

 

Referencias y bibliografía complementaria

1. Emerson, K.; Russo, R.C.; Lund, R.E.; Thurston, R.V. (1975). Aqueous ammonia equilibrium calculations: effect of pH and temperature. Journal of the Fisheries Research Board of Canada, 32(12), 2379-2383.

2. Ni, J.Q. (1999). Mechanistic models of ammonia release from liquid manure: a review. Journal of Agricultural Engineering Research, 72(1), 1-17.

3. Aarnink, A.J.A.; Elzing, A. (1998). Dynamic model for ammonia volatilization in housing with partially slatted floors, for fattening pigs. Livestock Production Science, 53(2), 153-169.

4. Philippe, F.X.; Cabaraux, J.F.; Nicks, B. (2011). Ammonia emissions from pig houses: influencing factors and mitigation techniques. Agriculture, Ecosystems & Environment, 141(3-4), 245-260.

5. Ye, Z.; Zhang, G.; Li, B.; Strøm, J.S.; Dahl, P.J. (2008). Ammonia emissions affected by airflow in a model pig house. Transactions of the ASABE, 51(6), 2113-2122.

6. Canh, T.T.; Aarnink, A.J.A.; Schutte, J.B.; Sutton, A.; Langhout, D.J.; Verstegen, M.W.A. (1998). Dietary protein affects nitrogen excretion and ammonia emission from slurry of growing-finishing pigs. Livestock Production Science, 56(3), 181-191.

7. Aarnink, A.J.A.; Verstegen, M.W.A. (2007). Nutrition, key factor to reduce environmental load from pig production. Livestock Science, 109(1-3), 194-203.

8. CIGR (2002). 4th Report of Working Group on Climatization of Animal Houses — Heat and Moisture Production at Animal and House Levels. International Commission of Agricultural Engineering, Horsens.

9. Sommer, S.G.; Husted, S. (1995). A simple model of pH in slurry. Journal of Agricultural Science, 124(3), 447-453.

10. Kupper, T.; Häni, C.; Neftel, A.; et al. (2020). Ammonia and greenhouse gas emissions from slurry storage — a review. Agriculture, Ecosystems & Environment, 300, 106963.

11. Calvet, S.; Hunt, J.; Misselbrook, T.H. (2017). Low frequency aeration of pig slurry affects slurry characteristics and emissions of greenhouse gases and ammonia. Biosystems Engineering, 159, 121-132.