Recuperación de calor nun tanque de leite

 

 

 

 

 

Durante 3 cursos desenvolveuse por profesores e alumnos do IES As Mercedes, un sistema de aproveitamento da calor xerada nos tanques de leite durante o arrefriado.

 

 

            O obxetivo inicial do proxecto era a realización dunha unidade didáctica para os alumnos de Bacharelato Tecnolóxico e dunha práctica para os alumnos do ciclo superior de Mantemento e Montaxe de Instalacións de Edificio e Proceso. A medida que se desenvolvía o proxecto fóronse ampliando as expectativas ata chegar á consecución de varias patentes industriais e á posible implantación do sistema en explotacións leiteiras.

            Unha vez rematada a parte teórica do proxecto, levouse a cabo a construción dun prototipo no que poder ensaiar este novo sistema de aproveitamento da calor que evacúan os tanques de arrefriado para a conservación do leite.

            A innovación desta aplicación consiste, basicamente, en que o sistema é capaz de aproveitar toda a calor extraída do leite,  transferíndoa integramente á auga, por medio dun intercambiador de calor controlado por un conxunto de válvulas que impiden o funcionamento do condensador de aire mentres a auga non conquire a temperatura desexada.

 

             O interese desta aplicación vén provocado, no momento actual, pola consecución dos obxectivos a cumprir do protocolo de Kioto referente ao aquecemento global e á redución de emisións contaminantes procedentes do uso de combustibles fósiles. Neste obxectivo unha das alternativas é a produción das enerxías renovables e outra é a redución no consumo das enerxías convencionais.

            No noso contorno socioeconómico (ámbito de Galicia), un dos sectores con máis peso é o agropecuario. Na actualidade na nosa comunidade existen 14200 explotacións lácteas cunha produción anual de leite de 2.242.000 toneladas.

            Se ben na actualidade existen sistemas de aproveitamento desta calor residual, o novo sistema ofrece unhas melloras significativas respecto aos existentes, xa que estes:

  

            - Dificilmente conquiren temperaturas maiores de 30ºC na auga (o novo sistema pode quentar a auga ata os 55ºC).

            - Son de escasa rendibilidade para usar en calefaccións (o novo sistema permite instalacións mixtas de Auga Quente Sanitaria e calefacción de baixa temperatura).

            - O novo sistema permite reducir o consumo eléctrico do tanque de leite nun 15%.

1. HISTORIA DO PROXECTO

 

            Os primeiros estudos e cálculos foron realizados no último trimestre do ano 2006.

            No segundo trimestre do ano 2007  construíuse  o prototipo  da instalación nos talleres do IES As Mercedes, verificándose mediante diferentes ensaios o seu rendemento.

            Paralelamente, durante todo o ano 2007, desenvolvéronse e depuráronse os esquemas e cálculos correspondentes á hidráulica e á parte da eléctrica de control.

            A principios do ano 2008 presentouse o proxecto na delegación da Consellería de Medio Rural en Lugo,  mostrando  un  grande interese polo mesmo,  propoñendo financiar a súa posta en práctica nunha explotación leiteira que funcionase como experiencia piloto e poder, así,  divulgar esta aplicación entre as explotacións leiteiras.

            Durante o mes de Outubro de 2008 rematouse a montaxe desta primeira instalación piloto nunha explotación situada en Manán, pertencente ao concello de Sarria.

            Ao tempo, durante a realización do proxecto, fóronse presentando, en distintas datas, varias solicitudes de patente sobre o deseño industrial do conxunto e sobre partes concretas da instalación, estando pendentes na actualidade da súa concesión.

            En base aos resultados obtidos na primeira instalación, na actualidade (Xaneiro de 2009), estanse a realizar os cálculos necesarios para a aplicación deste sistema en varias explotacións leiteiras de Galicia e Asturias.

            Polo  que significa esta aplicación para o aforro enerxético, a redución de emisións de CO₂, e polo seu carácter innovador, tanto o  Instituto Enerxético de Galicia (INEGA) como a Consellería de Medio Rural, a través da Axencia Galega de Desenvolvemento Rural (AGADER), teñen anunciado o estudio dunha liña de axudas para fomentar a implantación deste sistema nunha gran parte das explotacións leiteiras de Galicia.

            Cos alumnos de Bacharelato Tecnolóxico, nas áreas de Física e Tecnoloxía empregouse este proxecto para a explicación práctica dos ciclos termodinámicos e a resolución de problemas con cálculos de calor, enerxía e rendemento; na área de Química serviu para motivar aos alumnos en problemas de cálculos estequiométricos e de balances de masa e enerxía con emisións de CO₂.

            Para os alumnos do ciclo superior de Mantemento e Montaxe de Instalacións de Edificio e Proceso, formulouse como unha experiencia didáctica tanto na aula como no taller.

 

2. PLAN DE DIFUSIÓN.

 

            O plan de difusión estivo baseado na construción dun prototipo co que se poidera ensaiar, así como na realización dunha primeira instalación nunha explotación leiteira para poder mostrar a outros granxeiros as vantaxes e aplicacións do proxecto nas explotacións agropecuarias.

            Dende o momento en que se fixo a presentación do proxecto no IES As Mercedes e na explotación de José Neira Cabanas en Sarria, foron moitas as explotacións leiteiras que se interesaron pola implantación deste  proxecto nas súas granxas.

            Debido a gran demanda de información suscitada, leváronse a cabo presentacións sobre o seu funcionamento, organizadas pola Axencia Galega de Desenvolvemento Rural, na feira da Semana Verde de Silleda, en Lugo, Ourense e Santiago de Compostela.

            A modo de reseña, destacar que a partir da presentación pública do proxecto foron moitos gandeiros os que visitaron a explotación de Sarria, sendo especialmente destacable, a visita de responsables de Consellerías doutras comunidades autónomas interesados no proxecto, para a súa implantación nas explotacións leiteiras das súas comunidades.

 

3. INTERESE PARA O SECTOR E POSIBLES BENEFICIOS.

 

            Podemos asegurar que o sector agropecuario mostra neste intre un interse notable pola redución de costes nas explotacións e ninguén dubida da melloría que supón nunha granxa a instalación deste sistema de aproveitamento de calor.

            A nivel galego supón contar aquí cunha tecnoloxía propia que permita afrontar nos próximos anos a optimización das instalacións agropecuarias , así como un sistema de aforro enerxético que axude a cumprir os compromisos do protocolo de Kioto.

            A modo de resumo podemos concluír como resultados finais os seguintes:

            - Mediante o sistema de recuperación de calor prodúcese un aforro do 100% da enerxía primaria que se gastaba na produción de A.Q.S e calefacción.

            - As emisións de gases efecto invernadoiro desaparecen.

            - O período de retorno da inversión no sistema de recuperación pódese considerar aceptable.

            - A instalación é sinxela e non require cambiar o tanque do leite nin modificacións importantes na instalación existente na explotación.

            - As aplicacións da auga preparada por este sistema poden extenderse tamén á calefacción por chan radiante ou fancoil.

            - Redución do consumo eléctrico no funcionamento do tanque de arrefriado.

            - Aforro no uso de combustibles convencionais.

            - Para acadar un bo resultado é necesario axustar as demandas de A.Q.S. e calefacción coa produción de leite.

4. XUSTIFICACIÓN DOS RESULTADOS.

 

  - Cálculo de emisións de CO₂:

            Tomando como cálculo medio unha produción de 500 L de auga  quente (dende 10 a 55 ºC)  por cada 1000 L de leite arrefriado dende 37 a 4 ºC:

            500x1x(55-10)=22500 kcal/1000L leite  

            Tomando como poder calorífico do gasoil: 10.000 kcal/kg:

            22500/10000=2,25 kg de gasoil aforrados/1000 L

            Factor de emisión do gasoil: 3,1 kg de CO₂/kg gasoil

            2,5x3,1=6,2 kg CO₂ non emitidos/1000 L Leite

            Produción anual de leite (2005) en Galicia: 2.258.117 Tn:

            2.258.117x6,2 = 14.000.325 kg CO₂/ano non emitidos

(equivalentes ás emisións duns 326.000 coches). A central térmica de As Pontes emite 10.500.000 Toneladas

  - Cálculo do aforro económico (Xullo de 2008):

            Partindo de: 2,5 kg gasoil aforrado por cada 1000 L de Leite

            densidade gasoil: 0,85 kg/litro

            coste do gasoil: 1 €/Litro:

            (2,5/0,85)x1,0 €/L = 3 Euros/1000 L de leite

 

- Balance económico para AQS+calefacción:

            O balance económico farase tendo en conta os custos de produción dunha instalación de calefacción de 10.000 Kcal/h funcionando 7 horas ao día durante 6 meses empregando Gasoil como enerxía primaria.

            Para AQS mantense o mesmo de antes.

            Para atender as necesidades de calefacción nun sistema de fancoil ou chan radiante precísase unha enerxía de 70.000 Kcal. Se este calor o producimos cunha caldeira de gasoil con un rendemento do 80%  e un PCI de 10.000 Kcal/kg precísanse aproximadamente  8,75 L/día.

            Tendo  en conta  que o prezo medio do Gasoil de calefacción é de 0,65 €/L temos uns custos anuais para produción de A.Q.S. e calefacción de: 1.735,75 €/anuais.

            - Para a montaxe do sistema de recuperación de calor e o acumulador de 500 L precísase dunha inversión aproximada de 3.958 €, tendo un período de retorno da inversión duns 4-5 anos.

            - Para a montaxe do sistema de recuperación de calor para A.Q.S.+Calefacción precísase dunha inversión aproximada de 12.000 €. Deste xeito temos que o período de retorno da inversión é de 7 anos.

            Estes períodos de retorno da inversión pódense reducir en función da produción de leite e das subvencións públicas que poida recibir.