Eficiencia Energética en el Tambo

Eficiencia Energética
en el Tambo
Material elaborado en el marco del Proyecto FOMIN-CONAPROLE:
Promoción de la Mejora de la Eficiencia Energética y
Uso de Energía Renovables en Pequeños y Medianos
Establecimientos Lecheros.
Edición
Unidad Ejecutora
* Dr. Ing. Pablo Darscht, Coordinador de Proyecto
* Bach. Ing. Federico Arismendi, Asistente de Proyecto
* Ing. Agr. Gabriel Oleggini, MSc. Jefe de Proyecto
* Ing. Agr. Enrique Malcuori, Asesor Técnico
Se agradece la revisión y colaboración técnica de Eficener – UTE
Diseño: 3fluo.com-Oscar Laguarda
Junio 2013
E FIC IE N C IA ENER GÉ TIC A EN EL TAM B O
E
EFI CI ENCI A ENER G É T I C A EN EL TAMBO
Presentación
ficiencia Energética es el consumo racional de todos los tipos de energía incluyendo electricidad y combustibles. Significa adoptar nuevos hábitos, medidas e inversiones a nivel tecnológico y de gestión, que nos permitan hacer las tareas con el mínimo consumo de energía y
gasto posible (1).
La permanente incorporación de tecnología al tambo, aumenta la dependencia de energía
eléctrica en cantidad y calidad, teniendo este rubro una participación importante en los
costos totales de producción.
Incorporar prácticas de eficiencia energética, tiene entonces por objetivo:
­
Más rentabilidad, bajando los costos.
­
Mayor vida útil de los equipos.
­
Seguridad en la instalación eléctrica.
­
Una correcta cosecha y conservación de la leche.
­
Uso responsable de los recursos naturales
Por estas razones, CONAPROLE promueve la Eficiencia Energética en los Establecimientos
Lecheros. En 2012 se comenzó a ejecutar el proyecto para la Promoción de la Mejora de la
Eficiencia Energética y Uso de Energías Renovables en el Tambo, financiado por el FOMIN
(Fondo Multilateral de Inversiones, que forma parte del BID) y CONAPROLE. El propósito
es mejorar la eficiencia energética de los establecimientos remitentes a CONAPROLE, en el
marco de una alianza estratégica con UTE.
Esta ficha técnica brinda un panorama general sobre la instalación y el equipamiento eléctrico de un tambo, indicando qué medidas pueden contribuir a disminuir el costo de la energía. Asimismo, se reseñan medidas tendientes a incorporar buenas prácticas en materia de
instalación eléctrica.
Guía de Lectura
Páginas
4
Por dónde empezar
6
Instalación Eléctrica
8
Conexión a Red Eléctrica
10
Calentamiento de agua
12
Aguas duras
14
Máquina de ordeñe
16
Enfriamiento de la leche
19
Mi Guía Eficiente
20
Referencias
¡Mejorar la EFICIENCIA ENERGÉTICA del establecimiento AUMENTA su RENTABILIDAD!
2
(1) La ley Nº 18.597, del año 2009, sobre “USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA EN EL TERRITORIO NACIONAL”, define como Uso eficiente de la
energía, a todos los cambios que resulten en una disminución económicamente conveniente de la cantidad de energía necesaria para producir una unidad de producto o para satisfacer los requerimientos energéticos de los servicios que requieren las personas, asegurando un
igual o superior nivel de calidad y una disminución de los impactos ambientales negativos cuyo alcance abarca la generación, transmisión,
distribución y consumo de energía. Asimismo se comprende dentro del concepto de uso eficiente de energía la sustitución en el uso final por
parte de los usuarios de energía de las fuentes energéticas tradicionales, por fuentes de energía renovables no convencionales que permitan
la diversificación de la matriz energética y la reducción de emisiones de gases contaminantes.
3
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¿Por dónde empezar?
…Por lo más fácil y de mucho impacto
Duración excesiva
del proceso
de ordeñe.
Vacío no ulizado.
Las ordeñadoras en uso generan vacío
durante todo el proceso de ordeñe,
mentos no necesarios.
inclusive en momentos
Calentar agua únicamente
con energía eléctrica es caro.
Redimensionar
la sala de ordeñe.
Bombas de vacío
o de velocidad variable.
Existe tecnología que permite
o en
en función
regular el vacío
a.
de la demanda.
Otras opcioness
50%
El punto de partida es analizar las características del suministro del establecimiento
(conexión, tipo de tarifa) y la
instalación eléctrica. Tomar
decisiones acertadas aquí puede ahorrar bastante dinero,
además del impacto sobre la
seguridad laboral.
INEFICIENCIA
Calefón
Calderetas
tas a gas
gaas
Paneles Solares
SSolarees *
Recuperador
Recupe
erador *
30%
80%
50%
pre
(*) no siempre
se alcanzan
as
temperaturas
ha
ay
necesarias y hay
meentar
que complementar
con otra.
SOLUCIÓN
AHORRO POTENCIAL
EN EL SUBSISTEMA
Tablero Eléctrico
Recibidor de Leche
También debe procurarse
la máxima eficiencia
energé
ca en las viviendas
del establecimiento.
Bomba de Vacío
Bomba de Leche
Iluminación
Iluminación
ineficiente.
Enfriador de placas
Agu
e agua
Bomba de Pozo
uj
Depósito de Agua
he
de lec
a
ci
r
do
ia
fr
En
Flujo
ha
Agua reulizada
para diferentes usos
o
75%
ipos
e equ
do d
a lava
r
a
p
a
Flujo d
Sus
tuir las luminarias
uminarias incandescentes
por tecnología
ía de bajo consumo puede
implicar una rebaja importante en
el gasto en iluminación.
uminación.
Emplear sens
sensores
po
sores po
fotocélulas
automa
za
as au
utomaaza
aza
el encendido
ido
y apagado.
o.
Depósito de Agua
Fl
Dentro del sistema tambo podemos identificar varios componentes que concentran el
consumo eléctrico típico: la
máquina de ordeñe, el tanque
de frío y el calentamiento de
agua, sin descuidar aspectos
generales, como la iluminación
y el consumo eficiente de energía en los hogares situados en
el establecimiento:
Calentamiento de agua
Ordeñe
Tanque de Frío
Bomba Efluentes
Enfriado de leche
¿Qué puedo lograr?
Más
rentabilidad,
bajando los
costos.
4
Mayor vida
úl del
equipamiento.
Seguridad en
la instalación
eléctrica.
Una correcta
cosecha y
conservación
de la leche.
Uso
responsable
de los
recursos
naturales.
Agua reulizada para
lavado de los corrales y/o
riego de pasturas.
Sala de frío
Diseño de instalaciones
inadecuado.
La leche sale de la vaca a 37o C y va
directamente al tanque de frío, donde
debe alcanzar los 4o C en 2 horas.
Se busca lograr una correcta
aislación térmica del lugar
donde se encuentra el
tanque y ven‚lación
apropiada para los
condensadores.
Int
Intercambiador
dor de Placa.
calor
Al extraer
e
or de la leche previo a su
ing
que de frío se acelera
ingreso al tanque
el eenfriado y disminuye el
con
e
energía
consumo de energía.
25%
Tratamiento de efluentes
30%
5
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Puesta a tierra de la instalación
Instalación eléctrica
Con descarga
a erra
El buen diseño y adecuado mantenimiento de la instalación eléctrica es una condición básica de partida, dado que es
un requisito para trabajar con continuidad, comodidad y seguridad en el establecimiento. Por otra parte, puede evitar
pérdidas eléctricas innecesarias.
La instalación debe contener al menos 1 tablero que centralice la llave diferencial junto con las térmicas, además debe
tener 1 borne para conectar el cable de tierra. El hecho de tener una correcta instalación es un factor determinante a la
hora de preservar la integridad de las personas, animales o el mismo equipamiento, a la vez de permitir localizar fallas
rápidamente.
ENTRADA
Toma
INTERRUPTOR DIFERENCIAL
TÉRMICAS
Tanque
de frío
Toma
Sin descarga
a erra
Esquema
de conexión
del cuadro
eléctrico
Tanque
de frío
Fase
Neutro
INTERRUPTOR GENERAL
SALIDAS A LOS CIRCUITOS
¿Para qué sirve la llave diferencial?
Es un dispositivo electromecánico que
se coloca en las instalaciones eléctricas
con el fin de proteger a las personas de
las derivaciones causadas por faltas de
aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos.
Cuando la instalación y los equipos
conectados a la llave no tienen fugas
la llave diferencial permanece cerrada. Si en cambio hay alguna fuga de
corriente (por ejemplo, porque un
conductor está mal aislado y descarga
a tierra), la llave “salta”. En particular,
si una persona toca accidentalmente
un cable, y no está bien aislado de
tierra (por ejemplo, alpargatas húme-
das) entonces circulará una corriente
a través de esa persona, hacia tierra.
Si existe llave diferencial, “salta” inmediatamente, evitando un accidente que puede ser fatal.
En muchas oportunidades sucede
que la llave “salta” porque existen
fugas en la instalación. A veces, para
TIERRA
salir del paso, se toma el atajo de eliminar o puentear la llave diferencial,
para lograr la continuidad del servicio.
Esta “solución” suprime una medida
de seguridad que puede salvar vidas,
además de encubrir fugas de corriente que representan un consumo inútil
de energía.
Otro
componente
esencial para la seguridad de la instalación
eléctrica es la puesta a
tierra. La idea es que si,
por ejemplo, la carcasa
del tanque de frío queda con tensión (es decir,
accidentalmente queda
conectada con un polo
vivo de la instalación),
la descarga se produzca a través del cable a
tierra y no del cuerpo
de una persona que toque el tanque. Lo que
hay que tener presente
es que la corriente elige
siempre el camino con
menor resistencia: si hay
un camino de metal entre el tanque y la tierra,
entonces la corriente fluirá por allí (por tratarse
de un buen conductor) y
no a través del cuerpo de
una persona que toque el
tanque. Por otra parte, si
además existe una llave
diferencial, esta saltará
inmediatamente que se
produzca la falla a tierra.
El conductor de puesta
a tierra debe conectarse
a todas las masas de la
instalación, como son las
carcasas de los motores,
bombas, caños de agua
y gas, pero fundamentalmente deben tener una
conexión a tierra los tanques de frío.
La utilidad de la puesta
a tierra depende directamente de su resistencia eléctrica, es decir, si
la puesta a tierra no tiene una baja resistencia
(2) , entonces la misma
no cumple bien su rol de
protección. La mencionada resistencia depende de las características
del electrodo (el elemento metálico que se entierra) que se utilice y de la
naturaleza del terreno
donde éste se entierra.
A tener en cuenta:
• Las jabalinas deberán tener como mínimo 14 mm
de diámetro y 2 m de largo.
• El punto de puesta a
tierra (lugar donde se
conecta el electrodo
con la instalación de tierra del lugar) se sitúa en
general en una cámara,
y la conexión debe ser
atornillada.
(2) La máxima resistencia admisible depende de la corriente de apertura de la llave diferencial de la instalación.
Debe cumplir R < 24 / Ia, R en Ohms, Ia es la corriente de
fuga máxima. (Ver página 20)
Tener una instalación eléctrica sin llave diferencial es como circular en moto a alta velocidad y sin casco.
6
7
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CUADRO A
Conexión a la Red Eléctrica
La máxima potencia contratable en
MRT es 14,5 kW.
Durante el ordeñe funcionarán simultáneamente la bomba de vacío
(ordeñadora) y los compresores (tanque de frío). Tomando como ejemplo
un tambo con 100 vacas en ordeñe y
una producción diaria de 2000 lt, con
una máquina de ordeñe de 6 órganos
y un tanque de frío de 3000 lt. En
estas condiciones, la bomba de vacío
requiere el 20% de la potencia contratada, y el equipo de frío, del orden
Ventajas de la conexión trifásica
Además de eliminar la restricción de la potencia contratada, permite utilizar
cables de menor sección y motores más eficientes y de menor costo.
Conductores
La corriente que circula por un conductor en una línea trifásica de 230 V, es el
58% de la que circula por un conductor de una conexión monofásica de igual tensión que entrega la misma potencia. Si consideramos una conexión trifásica de
400 V, la corriente de línea necesaria para entregar igual potencia es el 33% de la
que circula por un conductor de una conexión monofásica a 230 V.
Menores corrientes implican:
• Se pueden utilizar conductores más finos (y por tanto, bajan los costos de
instalación).
• A igual sección de conductor, se producen menos pérdidas eléctricas, lo que
implica: menos consumo (es energía que compramos a la red y se pierde en calentar los conductores) y menos caída de tensión desde el transformador hasta
el establecimiento (puede ser determinante para el correcto funcionamiento de
equipo eléctrico sofisticado).
Motores
Los motores trifásicos, comparados con los monofásicos de igual potencia, proporcionan mayor eficiencia, mayor vida útil y requieren menor mantenimiento.
Los motores monofásicos más utilizados en el tambo requieren de un condensador y una bobina de arranque, lo que aumenta su necesidad de mantenimiento.
8
del 60%. Como se observa, las posibilidades de crecimiento son prácticamente nulas en este escenario: solo
con estos dos equipos funcionando
simultáneamente se alcanza el 80%
de la potencia máxima disponible. A
ello debe agregarse todo el equipamiento auxiliar del tambo y el consumo doméstico, que en casos de conexión MRT generalmente es inevitable
tomarlo de la misma conexión, que
es la única disponible en el lugar.
Tarifas
Los establecimientos tienen contratado en algunos casos tarifa Residencial y en otros tarifa General (3)
(“Comercial”). A su vez, para conexiones con una potencia contratada
inferior a 40 kW, existe la posibilidad
de contratar un suministro con “tarifa simple” (igual precio de la energía
independientemente de la hora de
consumo) o “tarifa multihorario”.
Para potencias superiores, solo existe la tarifa multihorario.
En el CUADRO A se comparan los
distintos esquemas tarifarios. En el
caso de la tarifa simple, la tarifa es
progresiva, es decir, el precio del
kWh varía según cuánto sea el consumo total. Por ello, para comparar
se tomó un consumo mensual de
1500 kWh para calcular el precio
promedio del kWh. (Aclaración: en
la comparación no se consideraron
los costos fijos en ningún caso).
SIMPLE (Sólo hasta 40kW)
MULTIHORARIO
(Sobre la base de consumo mensual de 1500 kWh)
(Se indican horarios de invierno)
6,2
5,04
100 kWh $ 3,5
500 kWh $ 4,7
900 kWh $ 5,4
0
2,4
24
0
17
23
6,8
GENERAL (Comercial)
UTE restringe la potencia contratada a 9,2 kW en el caso de las conexiones monofásicas comunes (llegan
2 cables) y a 14,5 kW en el caso de
conexiones monofilares con retorno
por tierra (MRT = monofásica con
retorno por tierra). Para conexión
trifásica de baja tensión (400 V), el
límite se sitúa en 300 kW.
Examinemos en primer lugar si el límite de potencia para conexiones monofásicas puede ser una limitante. A esos
efectos, consideremos el caso MRT.
Precio
($/kWh)
Horario
de invierno
Costo del kw para las distintas tarifas
RESIDENCIAL
COMPARACIÓN
4,23
3,0
1000 kWh $ 4,0
500 kWh $ 4,7
0
1,3
24
0
7
18
22 24
Se observa:
• En tarifa simple, para consumos mensuales mayores de 200 kWh, resulta inferior la tarifa general que la comercial.
• En tarifa multihorario para tambos (“Comercial”), la energía es sensiblemente más barata en el horario de valle ($1,3)
que en el horario de punta ($6,8).
Tarifa multihorario en números
Se considera un establecimiento con un ciclo de trabajo que implica los siguientes períodos de operación de los 3 tres
equipos que más energía consumen:
Tanque de Frío
(4 KwH) encendiendo 30 minutos luego de
iniciado el ordeñe, y apagándose una hora
luego de finalizado (leche a 4˚C).
Máquina de Ordeñe
(2.5 KwH) durante 3 horas.
Calentador de Agua
(1.5 KwH), desde media hora antes
que se termina el ordeñe, con una
duración de 2,5 horas.
En estas circunstancias, el perfil de consumo de energía es el siguiente:
kW
8
SE ANALIZAN 3 ESCENARIOS CON TARIFAS GENERALES
7
Escenario
Hora Matuno
Horario Vesperno
Costo Diario
1. Tarifa Simple
No importa
($ 4,23/kWh)
No importa
($ 4,23/kWh)
$ 214
2. Tarifa Mulhorario
22 hs. a 3 hs.
(2 hs. Valle, 3 hs.
Llano, $ 3/kWh)
10 hs. a 15 hs.
(Llano, $ 3/kWh)
$ 127
3. Tarifa
6 hs. a 11 hs.
(2 hs. Valle, 3 hs.
Llano, $ 3/kWh)
18 hs. a 23 hs.
(1 h. Llano, 4 hs.
Pico, $ 6,28 kWh)
$ 212
6
5
4
3
2
1
Horas
0
1
2
3
4
5
(3) De acuerdo al Reglamento de UTE, correspondería que todos los establecimientos tuvieran contrato con tarifa general, dado que nunca
se cumple que “la superficie afectada a usos diferentes al de casa-habitación, sea inferior al 20%”. Por otra parte, como se verá, casi en todos
los casos resulta más económica la tarifa general que la residencial. (Ver página 20)
Un motor trifásico es en promedio 15% más eficiente que un motor monofásico de igual potencia.
9
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Opciones para el calentamiento de agua
La cantidad diaria de agua caliente
(70o C) requerida en un tambo para
el lavado de la máquina de ordeñe
y equipos de enfriado se estima en
5 a 8 litros por órgano y el 2% de
la capacidad del tanque de frío. En
consecuencia, un tambo que cuente
con 6 órganos y un tanque de frio de
3000 lt debería disponer de 90-110
lt de agua caliente por lavado (3050 lt para la ordeñadora y 60 lt por
el tanque de frío). En ese escenario,
la energía eléctrica utilizada para
calentar agua puede respresentar
hasta el 25% del consumo total del
tambo. Sin embargo, recurriendo a
otras fuentes de energía puede disminuirse sustancialmente el costo
del agua caliente.
Comprar energía
Ya sea como única estrategia, o
como respaldo de otras formas de
Los principales
usos del agua
caliente en el
tambo son:
Lavado de
la máquina
de ordeñe
calentamiento de agua, siempre se
dispone de calefones eléctricos o calderetas de supergás (Gas Licuado de
Petróleo, GLP). En todos los casos,
debe verificarse que el agua para lavar
el equipamiento alcanza los 70o C.
Dado que lo más extendido son
los calefones eléctricos, vale la pena
destacar que los mismos obligatoriamente tienen una Etiqueta de Eficiencia Energética que muestra los
resultados de ensayos independientes del consumo de energía. En geBase de cálculo
200 lts. diarios
neral, el costo adicional de comprar
un calefón más eficiente se recupera
rápidamente por su menor consumo de energía eléctrica.
Los calefones más eficientes, conservan mejor la temperatura del
agua, y por tanto, consumen menos
energía para mantener el mismo volumen de agua caliente. La Etiqueta
expresa la eficiencia con una letra,
siendo los “A” los más eficientes y los
“G” los más ineficientes.
Complementariamente, incorporan-
(preparación
del sustituto
y lavado)
Aseo del
personal
do un temporizador (costo no superior
a $ 200), que evite que el calefón encienda en horario de punta o momentos en los que no es necesario, puede
disminuirse sensiblemente el costo del
agua caliente.
El costo actual del supergas es de
$29,15 por kg y puede ser distribuido por garrafas de 13 y 45 kg, existe la posibilidad si es necesario, de
instalar un depósito fijo, de 190 kg.
La comparación, sobre una base de
cálculo de 200 lts de agua caliente
Recuperador de calor
La idea básica es utilizar parte de la
energía que se extrae de la leche al
enfriarla para calentar agua: los recuperadores de calor (que se venden
como equipo opcional complementario al tanque de frío) son equipos
en los que el gas refrigerante que
viene a alta temperatura cuando
sale del compresor intercambia calor con agua fría, elevando su tem-
25% valle
50% llano
25% punta
25% valle
65% llano
10% punta
400 kWh
Efic.
95%
1700
1400
1180
Costo calentador
instantáneo
(mensual $)
540 kWh
Efic.
70%
1200
1200
1200
Tanque de Leche
Válvula
Termostáca
Compresor
Supergás
15%
Elect.
1,5%
Depósito
Agua
Caliente
Resistencia
Eléctrica
Agua Pre
Calentada
Bomba
Intercambiador
de Calor
Condensador
Supergás
30%
peratura a 55o C aproximadamente.
Generalmente, los equipos disponen de una resistencia eléctrica que
accionan para logra elevar la temperatura hasta 70o C. En su defecto, se
conectan termotanques eléctricos o
a gas a la salida del intercambiador,
para alcanzar la temperatura deseada del agua previamente pre-calentada en el recuperador. Este equipo
permite disponer de agua caliente
a la hora de realizar el lavado de la
máquina de ordeñe y el tanque. El
ahorro energético es doble, porque
se consume menos energía eléctrica para calentar agua y menos energía eléctrica para enfriar el gas del
equipo de frío.
Como en todos los dispositivos
por los que circula agua caliente,
hay que considerar el efecto de las
aguas duras. Por ejemplo, hay proveedores que ofrecen recuperadores con el intercambiador de calor
Recuperador de Calor
Grupo de Frío
Costo calelfón
eléctrico
(mensual $)
Menor costo
mensual
Alimentación
de los terneros
Con Mul‚horario
Consumo
mensual
Tarifa general
sin mul‚horario
10
Lavado
del tanque
de frío
diarios, muestra que esta opción es
conveniente cuando se utiliza tarifa
eléctrica simple o cuando no se
puede evitar calentar el agua
en horario de “electricidad
cara”.
No debe perderse de vista, en
el caso de tarifa multihorario, que
generalmente el calentamiento de
agua puede diferirse hasta el horario
de valle (mediante un temporizador).
Entrada
Agua Fría
Presostato
Termostatos
Termostato
11
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Cuadro comparativo
de alternativas para
obtener agua caliente
Calefones Eléctricos
Ventajas
No depende del clima. Bajo costo
del equipo.
Fácil implementación. Fácilmente se
logra que opere sólo en horarios de
bajo costo de la energía eléctrica.
Desventajas
Alto consumo eléctrico. Baja capacidad de almacenamiento. Alta vulnerabilidad contra las aguas duras.
Supergás
externo al tanque de agua, lo que
facilita mucho el mantenimiento.
Colector solar
Los colectores solares ofrecen
agua caliente de forma limpia y renovable. Estos equipos requieren
bajo mantenimiento y una inversión
moderada. Puede resultar una buena solución (complementaria al respaldo eléctrico) para establecimientos que no cuentan con recuperador
de calor en el tanque de frío.
Los equipos pueden instalarse a
nivel de suelo o en el techo del establecimiento (4). Debido a que casi
siempre el agua es dura, es recomendable optar por colectores solares en los que el agua no circule directamente por todo el colector, es
decir, los colectores de vacío o “HEAT
PIPE”, que son fácilmente identificables porque están conformados por
una serie de tubos paralelos, a dife-
12
rencia de los colectores solares de
cubierta, que están constituidos por
una placa de vidrio plana. El principio básico del “HEAT PIPE” es que el
sol calienta un gas que circula por
los tubos que conforman el colector,
y este gas a su vez calienta el agua
Otra característica a definir es la
ubicación del tanque de almacenamiento de agua, que puede formar
parte del equipo colector, o puede
ser independiente. Un factor determinante para optar por uno u otro
sistema es el peso adicional que implica el acumulador integrado (caso
de instalar el colector sobre un techo liviano, por ejemplo).
En cualquier caso, es importante
tener en cuenta que el sistema debe
estar restringido para proteger a las
personas de los dispositivos que expulsan fluido (5), y del contacto con
los animales, estos últimos podrían
causar graves daños al equipo y a
ellos mismos.
Ventajas
No depende del clima. Bajo costo
del equipo.
Menor costo operativo en el caso de
no disponer de tarifa multihorario
Desventajas
Proveedor adicional, logística.
Recuperadores de Calor
Ventajas
Precalentamiento muy rápido sin
costo operativo. No depende del clima. Agua caliente disponible poco
después del comienzo del ordeñe y
en todas las estaciones. Alargan la
vida útil de los compresores.
Desventajas
Puede requerir mantenimiento por
agua dura. Inversión adicional, ligada al tanque de frío.
Colectores Solares
Ventajas
Agua caliente sin costo operativo
Desventajas
Depende del clima y la estación.
Inversión adicional.
El problema de las aguas duras
El agua calcárea es aquella que contiene un alto nivel de minerales, en particular sales de magnesio y calcio. Esta agua tiende a
formar incrustaciones minerales en las paredes de las tuberías. En
algunos casos bloquean casi la totalidad de la sección del tubo. Las
sales se adhieren con más frecuencia a las tuberías de agua caliente
así como a las superficies de los equipos que trabajen o produzcan
agua caliente. Las incrustaciones disminuyen la eficiencia en el intercambio de calor, por lo que (además de sobrecostos) generan sobrecalentamiento del elemento activo (por ejemplo la resistencia) y
eventuales roturas del mismo.
Ablandadores de Agua
Para disponer de agua potable y de poca
o nula dureza es pertinente considerar la
combinación clorador-ablandador. Aquí nos
referiremos al segundo equipo, por estar
menos difundido y por el impacto que tiene
el agua dura en la eficiencia energética.
Si bien existen diferentes tecnologías que
prometen “ablandar el agua”, los equipos
más usuales son los que funcionan por intercambio iónico. Su principio de funcionamiento es relativamente simple: se sustituyen los iones de calcio y magnesio del agua
dura por iones mucho más benignos, en general de sodio, eliminando completamente
su dureza.
Los costos accesibles de los equipos automáticos actuales los hacen una opción
interesante para prevenir incrustaciones en
grifería, cañerías, termotanques y demás
equipos en contacto con el agua (sobre
todo, caliente), protegiéndolos y prolongando su vida útil. Además, el detergente será
mucho más efectivo, por lo que también por
allí hay un ahorro potencialmente importante al requerir dosis menores.
Cómo funcionan
Válvula de control
Entrada de
agua dura
(con sarro)
3 Salida de
1
agua blanda
(sin sarro)
Purga de regenerante
Entrada de
regenerante.
La salmuera se uliza
para regenerar la
resina una vez saturada
con calcio y magnesio.
4
2
Salmuera
Resina de intercambio iónico.
Las sales de calcio y magnesio
(sarro) pasan a través de la
resina y son retenidas por
intercambio iónico.
De esta manera es eliminada
la dureza del agua.
Periódicamente (por ejemplo, semanalmente), se hace
un retro-lavado de la resina con salmuera, en el cual
se genera el proceso químico inverso, restuyendo
la resina a su estado original. En la actualidad,
este proceso es automáco, por lo que la operación
diaria del equipo solo requiere vigilar que tenga
salmuera disponible.
13
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Máquina de ordeñe
Un primer aspecto a abordar es el
correcto dimensionamiento de la máquina de ordeñe,
que permita realizar
el ordeñe en menos
de dos horas. Tiempos mayores afectan tanto la eficiencia de producción
del rodeo como la
operación eficiente
de los equipos.
Consumo de bomba de vacío
120
Este caso fue realizado en un tambo de Nueva Zelanda. El área azul
claro indica el consumo en días donde la bomba operó sin variador y
el área azul oscuro con el variador. Se aprecia como disminuye notablemente el consumo en kWh de la bomba.
kWh
100
80
60
40
20
0
1/11/06
Variador
Apagado
15
Variador
Encendido
29
13/12
27
10/1/07
Variador
Apagado
24
7/2
21
7/3
(2), ver página 20.
Bombas de Vacío
El elemento de alto consumo energético
de una máquina de ordeñe es su bomba de
vacío (6). Es usual que este equipo esté accionado por un motor independiente, aco-
Peso
Entrada de aire
Aire a la bomba
de vacío
14
Aire de las
unidades
plado por correas de trasmisión. Una primera consideración en relación a la eficiencia
energética es verificar el correcto estado y
tensión de la correa, que puede ser causa de
pérdidas importantes.
En las ordeñadoras convencionales, las
bombas de vacío operan continuamente a
máxima potencia. Sin embargo, la cantidad
de aire a ser quitado de las líneas varía en
función del flujo de leche y del ingreso de
aire. Por tanto, una válvula reguladora (ver
figura) regula la presión de vacío. Cuando el
vacío en la línea sube por encima de un valor establecido de presión (por ejemplo, 45
kPa), la válvula se abre y deja ingresar aire en
la línea de succión de la bomba, para que el
vacío no se incremente y genere lesiones en
(6) El vacío se caracteriza por la “presión de vacío”, que es la diferencia entre la presión atmosférica y la presión
absoluta. Mayor presión de vacío significa mayor vacío. (Ver página 20)
la ubre. Esta forma de control es ineficiente,
porque durante un porcentaje muy importante del tiempo de operación de la bomba
ésta genera más vacío del necesario. Por lo
tanto, la bomba expulsa aire por un lado y la
válvula reguladora lo deja ingresar por otro.
La bomba de vacío funcionando en estas
condiciones requiere aproximadamente el
20% de la energía eléctrica del tambo.
En la actualidad existen soluciones que
usan otra forma para regular la presión: en
lugar de dejar entrar aire al sistema manteniendo la bomba a toda máquina, lo que
hacen es variar la velocidad del motor de la
bomba de vacío: un sensor electrónico mide
la presión en la línea de vacío, y si esta está
llegando a su valor máximo, informa al control electrónico de la bomba, que disminuye
su velocidad tanto como sea necesario para
mantener la presión en el valor deseado. El
dispositivo de control se conoce como variador de frecuencia.
Actualmente, casi todos los proveedores
globales de equipos de ordeñe ofrecen versiones con variador de frecuencia, aunque
los mismos recién están comenzando a importarse a Uruguay. Importa resaltar que
incorporar esta tecnología no requiere otras
modificaciones en la sala de ordeñe, y que
incluso existen algunas bombas de vacío
convencionales a las que se puede agregar
el variador. Además del significativo ahorro
de energía, esta tecnología disminuye significativamente el nivel de ruido (no “chupa
aire”) y prolonga en forma importante la
vida útil de la bomba, porque ésta opera con
mucho menor exigencia durante la mayor
parte del tiempo.
15
E FIC IE N C IA ENER GÉ TIC A EN EL TAM B O
EFI CI ENCI A ENER G É T I C A EN EL TAMBO
Enfriamiento de la Leche
El dimensionamiento del tanque de frío
responde a dos parámetros básicos:
a) la frecuencia de recolección deseada
(cada 24 o 48 horas)
b) la producción de leche proyectada durante la vida útil del equipo (no olvidando los picos de primavera)
El primer parámetro determina el tipo de tanque a utilizar (2 o 4 ordeñes), y el segundo define la capacidad necesaria de almacenamiento
(requiriéndose el doble de capacidad en caso de
optar por recolección día por medio).
Dado que cuando el tanque no está vacío la
16
Tanques de
2 ordeñes
Tanques de
4 ordeñes
Su equipo de frío está
dimensionado para enfriar a 4o C una cantidad de leche igual a la mitad de su capacidad en menos de 3 horas.
Además, garantiza que la incorporación de leche adicional (2º ordeñe) no eleva la temperatura global a más de 10o C en ningún momento. Se utilizan para trabajar en un régimen de recolección diario.
Su equipo de frío está
dimensionado para enfriar una cantidad de
leche igual a la cuarta parte de su capacidad a 4o C en menos de
3 horas, acumulando la producción de dos días. Además, garantiza que la incorporación de leche adicional (2º, 3er y 4º ordeñe) no
eleva la temperatura global a más de 10o C en ningún momento.
El equipo de frío es más chico que el de un tanque de 2 ordeñes del
mismo volumen, porque su función es enfriar una cantidad de leche
correspondiente a ¼ de su capacidad cada vez.
Rendimiento
Rendimiento
Tanque de 4 ordeñes
Tanque de 2 ordeñes
Temperatura de la leche (oC)
100
40
35
1er. ordeñe
80
30
25
60
2do.
20
40
15
10
Recolección
5
0
20
0
0
2
4
6
8
10
12
14
Horas
16
18
20
22
Comportamiento del tanque
Temperatura de la leche (oC)
% del tanque ocupado
24
Nunca utilizar un tanque diseñado
1er. ordeñe
4to.
30
25
20
30
80
25
40
2do.
10
Recolección
5
0
100
60
3er.
15
35
% del tanque ocupado
40
35
20
0
0
4
8
12
16
leche recién ordeñada se mezcla con la que ya
está fría, la variación de temperatura en cada
uno de los tanques sube transitoriamente
luego de cada ordeñe. Este valor nunca debe
superar los 10o C. Cuanto más lleno está el
tanque con leche fría, menos se incrementa
la temperatura al agregar leche recién ordeñada.
Si se opera un tanque de frío de 4 ordeñes
como si fuera de 2 ordeñes (es decir, se utiliza
más del 25% de su capacidad en cada ordeñe), su máquina de frío no es capaz de enfriar
tanta leche en el período requerido (menos
de 3 horas), y por tanto muy probablemente
la calidad de la leche se verá comprometida
y el equipo de frío funcione durante un período más largo. La figura siguiente muestra
cómo se comporta el tanque al agregarle el
doble de leche. En la utilización incorrecta (b)
se demora más de 3 horas en alcanzar los 4o C
mientras que en una correcta utilización (a) lo
hace antes de las 2 horas.
20
24
28 32
Horas
36
40
44
48
52
Temperatura (oC)
A los efectos de asegurar la calidad de la leche, la misma debe enfriarse en menos de 3
horas a 4o C, y mantenerse en esta temperatura hasta su recolección. Según la bibliografía, el enfriamiento de la leche consume aproximadamente el 22% de la energía utilizada
en el tambo según datos relevados en Nueva Zelanda (2). Los primeros datos de mediciones que se están realizando en tambos
uruguayos indican que este porcentaje sería
mucho más elevado en nuestros tambos. En
consecuencia, mejorar la eficiencia en esta
etapa del proceso impacta directamente en el
costo total de la energía del establecimiento.
Un primer aspecto refiere a las condiciones
ambientales: el tanque debe estar en un lugar fresco (importancia de cielorrasos u otros
mecanismos de aislamiento térmico) y los
compresores del equipo de frío deben estar
adecuadamente ventilados.
b. Incorrecto
20
15
10
a. Correcto
5
0
30
60
90
120
150
180
Tiempo de frío (Minutos)
(8), ver página 20.
para 4 ordeñes como uno de 2 ordeñes
17
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EFI CI ENCI A ENER G É T I C A EN EL TAMBO
Conveniencia de tanques de 4 ordeñes
La potencia de los compresores es
inferior a la de un tanque de 2 ordeñes, lo que lo baja el pico de potencia
instalada requerida.
El camión cisterna ingresará menos
veces al establecimiento, lo que se
traduce en una baja de los costos por
entradas y de mantenimiento de la
caminería
Guía rápida para la detección de ineficiencias en el tambo
La inversión inicial es mayor que si
comprara un tanque de 2 ordeñes de
mitad de capacidad, pero ello tiende
a desquitarse con los ahorros en entradas, mantenimiento de la caminería y en consumo eléctrico.
A connuación se presenta una serie de pautas que lo ayudarán a detectar posibles puntos de mejora
de la eficiencia energéca en el tambo y/o reducir el gasto $ en energía eléctrica.
Para cada item (1 al 22) marque con una cruz en la celda que corresponda (SI o NO)
Al final del chequeo deberá repasar todos aquellos marcados X en NO, para detectar las mejoras a implementar.
30
MINUTOS
SÍ NO
CARGA, TIPO, TARIFA Y HORARIOS
Los intercambiadores de placa permiten preenfriar la leche antes de que ésta ingrese al tanque. Este dispositivo permite, por un lado, alcanzar más rápidamente la temperatura deseada (4
grados) y por otro, ahorrar energía, ya que parte
del calor que extraería el equipo de frío es quitado previamente al ingreso de la leche al tanque.
Un intercambiador de placa bien dimensionado
y operado puede lograr entre 10 y 12 grados de
disminución de la temperatura de la leche a la entrada del tanque.
A los efectos de dimensionar el intercambiador, debe tenerse en cuenta:
30
Temperatura (oC)
Intercambiadores de
placas: implementación
y vinculación con los
tanques
Comparación de las curvas de enfriamiento
del primer ordeñe en un tanque con (2)
o sin pre enfriamiento (1)
bajando la temperatura
de la leche de
35oC a 18oC
35
25
1
20
15
10
1 Si ene conexión trifásica, ¿todos los motores con consumo importante son trifásicos?
2 Si la potencia contratada a UTE es superior a 10 kW, ¿ene instalados condensadores y logra evitar el pago de potencia reacva?
3 ¿Conoce claramente los horarios del mulhorario y el costo del kw en cada uno de ellos?
4 Dentro de las posibilidades operavas del tambo, ¿el horario de ordeñe ha sido ajustado al más conveniente?
5 Si ha contratado tarifa mulhorario, ¿ene temporizadores para evitar que el calefón encienda dentro del horario de Punta?
LA INSTALACION
2
5
6 ¿Existe la puesta a erra y ha sido verificada por un Técnico electricista hace menos de 2 años?
0
30
60
90
120
150
7 ¿Los equipos están conectados a erra?
(tanque de frío, motor ordeñadora, calefones, bombas de agua, otros equipos eléctricos)
Tiempo de frío (Minutos)
Esquema simplificado
de cómo se conectan
los intercambiadores
de placas
135
(8), ver página 20.
8 ¿Existe un tablero central con llave diferencial, y la misma “salta” al oprimir el botón de prueba?
9 ¿Están claramente idenficadas las llaves diferenciales con el equipo o línea eléctrica que controlan?
(en cada pieza o plano de conexiones)
El uso (correcto) de un
intercambiador reduce
alrededor de un 30%
el tiempo de enfriado
(y por tanto, la energía
consumida)
LECHE
+37o
10 ¿Las tuberías de agua caliente se encuentran aisladas térmicamente?
11 ¿La iluminación de la sala y lugares de trabajo es con lámparas de bajo consumo ?
AGUA
12 Si ene agua dura, ¿Dispone de un ablandador?
13 ¿Realiza una limpieza periódica de calentadores de agua para rerar sedimentos e incrustaciones?
14 ¿Tiene instalado colector solar o recuperador de calor (accesorio del equipo de frío) para precalentar el agua?
+20o
ORDEÑE
a) El caudal de leche (litros por minuto) que se
bombea desde la máquina de ordeñe
15 ¿Su runa de ordeñe dura menos de 2 horas?
16 ¿Su equipo de vacío ene motor de velocidad variable?
17 ¿Revisa periódicamente el estado y tensión de la correa de trasmisión de la bomba de vacío?
b) Utilizar agua en cantidad necesaria (depende
del fabricante, pero en general se considera que
deben circular 3 litros de agua por cada litro de
leche) y con una temperatura inicial lo más baja
posible (idealmente, agua de pozo a 19o C, sobre
todo en verano)
AGUA
+18o
18
+20o
PRE-ENFRIADO
18 ¿Si posee intercambiador de placa, ¿Agua y leche fluyen en sendos opuestos?
Enfriamiento
Principal
PLACAS DE
PRE ENFRIAMIENTO
19 ¿El flujo de agua es en todo momento al menos 2,5 a 3 veces el flujo de leche?
20 ¿La temperatura del agua que entra al enfriador de placas está por debajo de 20 grados y la leche sale
del enfriador a menos de 25 grados?
ENFRIADO
+25o
+4o
21 ¿El tanque de frío se encuentra protegido de la lluvia y de la radiación solar directa?
22 ¿El tanque de frío se uliza de acuerdo a la candad de ordeñes para la que fue diseñado?
23 ¿El tanque no tarda más de una hora en apagar luego de finalizado cada ordeñe con la leche a 4 grados?
19
E FIC IE N C IA ENER GÉ TIC A EN EL TAM B O
Referencias
Datos estadísticos
[1] Estudio técnico oportunidades para promover medidas de mejora en la Eficiencia
Energética y uso de Energías Renovables en pequeños y medianos establecimientos
lecheros, Rossana Gaudioso, FOMIN 2011
Distribución de consumos energéticos y análisis técnico
[2] Improving Dairy Shed Energy Efficiency, Ken Morrison, Warren Gregory, Rowan
Hooper, CAENZ 2007, http://caenz.squarespace.com/s/DairyTechnicalReport.pdf
[3] Eco-efficiency for the Dairy Processing Industry, Penny Prasad, Robert Pagan, Michael Kauter and Nicole Price, Environmental Management Centre, The University of
Queensland, St Lucia, 2004 www.dairyaustralia.com.au
Instalación eléctrica, conexión, tarifa y estado
[4] Reglamento de baja tensión, UTE Ultima revisión 2011 http://www.ute.com.uy/
pags/Servicios_Cliente/tyf_reglamentobt.html
Energía solar térmica
[5] Manual Técnico de Energía Solar Térmica Volumen I: Fundamentos , Gonzalo Abal,
Valeria Durañona, Facultad de Ingeniería, Universidad de la Republica 2013
https://eva.fing.edu.uy/course/view.php?id=398
[6] Manual Técnico de Energía Solar Térmica Volumen II: Aspectos Técnicos y Normativos ,Juan Carlos Martínez Escribano, Pablo Franco Noceto, Rodrigo Alonso Suarez
Facultad de Ingeniería, Universidad de la Republica 2013
https://eva.fing.edu.uy/course/view.php?id=398
[7] Colectores solares para agua caliente, Cora Placco, Luis Saravia, Carlos Cadena
INENCO, UNSa –CONICET, Salta Argentina, 2008
Enfriamiento de la leche
[8] Refrigeración de la leche, Antonio Callejo Ramos, Universidad Politécnica de Madrid, 2010 http://ocw.upm.es/produccion-animal/ordeno-mecanico/Tema_5_Refrigeracion_de_la_leche/
[9] Ing.Scott Sanford, University of Wisconsin-Madison 2011, www.bse.wisc.edu
En este link se puede acceder a todas sus publicaciones.
http://www.extension.org/pages/58797/agricultural-energy-efficiency-professionaldevelopment-webinar-series
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