Ahorro energético en las fábricas de leche, queso y helados

¿Qué importancia tienen la leche y los productos lácteos para este país? Según la senadora estadounidense Diane Feinstein, de California:

"La leche producida por los 65.000 productores lácteos de Estados Unidos representa la segunda mayor industria de productos básicos agrícolas de Estados Unidos por valor. La leche supuso unos 27.000 millones de dólares de ingresos en efectivo para los productores en 2005. Los estadounidenses beben más de 6.000 millones de galones de leche al año, y otros 10.000 millones de galones de leche se utilizan para producir queso."

La leche, la mantequilla y otros productos lácteos son alimentos básicos en casi todos los hogares estadounidenses. La mayoría de los consumidores consideran que la leche y otros productos lácteos son alimentos esenciales, y el estadounidense medio consume unas 276 libras de leche líquida y productos lácteos al año. Esto no significa, sin embargo, que los precios de los productos lácteos sean invulnerables a las fuerzas externas del mercado, como las recesiones de la economía, la sobreproducción y los excedentes y las reducciones ocasionales de la demanda global de los consumidores.

En épocas de bonanza, los clientes pueden mantenerse fieles a una determinada marca de mantequilla o helado, pero cuando el desempleo aumenta o la inflación disminuye el poder adquisitivo de los consumidores, los cabezas de familia tratan de estirar sus presupuestos. Esto incluye seleccionar marcas competidoras menos caras y reducir su consumo de los tipos de productos lácteos considerados de lujo, como el helado y el yogur. El precio que un consumidor está dispuesto a pagar por un litro de leche no es algo que pueda controlar una central lechera, ni toda la industria láctea. Sin embargo, los productores de leche, queso y helado pueden tomar una serie de medidas para mejorar la eficiencia de sus centrales lecheras, proteger los márgenes de beneficio y mantener su ventaja competitiva.

Ahorro de aire comprimido para la industria láctea

Entre las soluciones que los ganaderos y las empresas de transformación de leche han utilizado para reducir costes y aumentar la eficiencia figuran las siguientes:

• Recurrir a fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica, para reducir la dependencia de los proveedores de energía tradicionales.

• Comprar futuros de cereales para compensar las fluctuaciones del precio de los piensos. (El precio de los piensos suele subir con el aumento de los precios de la energía, lo que a veces repercute negativamente en las explotaciones lecheras en dos frentes de costes).

• Modernización de bombas, intercambiadores de calor, compresores de aire y demás maquinaria necesaria para refrigerar, pasteurizar y procesar productos lácteos.

Los jefes de planta son conscientes de la necesidad de grandes cantidades de electricidad en las centrales lecheras modernas. Por ejemplo, para garantizar la calidad y seguridad de la leche y los productos lácteos, los productores deben utilizar máquinas para enfriar rápidamente la leche cruda una vez recogida de la vaca. Este enfriamiento rápido es una de las mayores áreas de consumo de energía eléctrica en una central lechera. Cuando se bombea por primera vez, la leche tiene una temperatura de entre 95 y 99 grados Fahrenheit, muy próxima a la temperatura de las ubres de la vaca. La leche sin procesar debe refrigerarse y condensarse rápidamente para evitar la proliferación de bacterias y mantenerla fresca.

Parte de este proceso de refrigeración implica el uso de compresores de aire, así como de otros tipos de maquinaria. Como fabricantes de muchos de los compresores de aire industriales de alta calidad utilizados por las centrales lecheras en la producción de leche, queso y helado, recomendamos a los ingenieros de las centrales lecheras que presten mucha atención a los consumos de energía y a la eficiencia de todos los equipos utilizados en el proceso de refrigeración. Las operaciones lácteas que buscan la máxima rentabilidad a menudo pueden encontrar ahorros sin explotar en los nuevos sistemas de aire comprimido de alta eficiencia.

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Cómo se utilizan los compresores de aire en las centrales lecheras

Aunque los usos del aire comprimido son aparentemente ilimitados, las aplicaciones en granjas lecheras y plantas de procesado de leche son muy específicas:

• Compresión del gas refrigerante durante el proceso de refrigeración de la leche

• Limpieza de las bombas y tuberías que transportan la leche por las instalaciones

• Creación de la succión de vacío en algunos tipos de ordeñadoras

• Creación de una corriente de aire para eliminar los residuos y el polvo de la maquinaria delicada

Hay tres tipos de compresores de aire de refrigeración utilizados en este proceso: alternativos, scroll y de tornillo rotativo. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes en términos de coste, mantenimiento, eficacia e idoneidad para las centrales lecheras. Aunque los compresores de aire alternativos han dominado las centrales lecheras durante décadas, muchas empresas del sector están sustituyendo sus antiguas unidades alternativas por otras más modernas, o por modelos de tornillo rotativo más silenciosos y eficientes energéticamente.

Funcionamiento de los compresores de aire

Es importante que cualquiera que esté a cargo de la compra de compresores de aire para lecherías conozca los tipos de compresores de aire, sus mecanismos, eficiencias y clasificaciones. Por desgracia, no existen compresores de aire "universales" o de "talla única". La selección del compresor de aire apropiado para la miríada de tareas en torno a una explotación lechera requiere un conocimiento específico tanto del trabajo como de las opciones de compresor. En este artículo, hemos asumido un conocimiento básico de los compresores de aire. Si necesita más ayuda, póngase en contacto con uno de nuestros asesores profesionales.

Compresores de aire de desplazamiento positivo - Estas unidades desarrollan aire a presión atrapándolo en un espacio y reduciendo después el volumen. Un ejemplo sencillo de desplazamiento positivo de aire comprimido sería el tipo de bomba manual que se utiliza para llenar una canasta de baloncesto. La bomba tiene un único pistón unido a un émbolo. Cuando el usuario extiende el mango del émbolo, el aire entra en el cilindro gracias al vacío creado por el pistón. Cuando el usuario empuja el émbolo hacia abajo, el pistón reduce el volumen del cilindro que tiene delante y el aire presurizado entra en el balón de baloncesto. Los compresores de aire alternativos y de tornillo rotativo, tratados en su propia sección, utilizan el desplazamiento positivo para crear gas a presión.

Compresores de aire de desplazamiento no positivo - Debido a que los compresores de aire de desplazamiento no positivo no funcionan expandiendo el volumen de una cámara de aire, generalmente no se denominan de "colocación negativa", lo que implicaría que hacen lo contrario de lo que hacen los compresores de desplazamiento positivo. Los compresores de aire de colocación no positiva mueven el aire atrapado a través de canales mediante bobinas entrelazadas o tornillos giratorios. Los compresores scroll son ejemplos de unidades de desplazamiento no positivo.

Compresores de aire alternativos - Este compresor de aire de desplazamiento positivo se basa en cilindros y pistones para reducir el volumen y empujar el aire al depósito. Al igual que una bomba de bicicleta o de mano, el aire entra en el cilindro cuando el pistón retrocede y crea un vacío. A continuación, el pistón lo empuja a través de una válvula unidireccional y lo conduce al depósito de almacenamiento de aire. Los compresores alternativos pueden tener un cilindro o varios cilindros en un cigüeñal. Este aspecto del compresor es similar al de un motor de automóvil, que convierte la gasolina líquida en vapor combustible más o menos de la misma manera.

Al igual que el motor de un coche, los compresores de aire alternativos desprenden una cantidad considerable de calor y dependen de sistemas de refrigeración y lubricantes para evitar el sobrecalentamiento. Los cilindros de compresión alternativos pueden ser de simple o doble efecto. En los cilindros de doble efecto, el pistón utiliza el volumen del cilindro tanto en el extremo delantero como en el trasero del pistón para comprimir el gas durante las dos carreras del ciclo.

Los términos "de una etapa" y "de dos etapas", que no deben confundirse con los de acción simple y acción doble, se refieren a si la máquina comprime el gas una o dos veces antes de introducirlo en el depósito. Los compresores de aire alternativos de una etapa utilizan el proceso de pistón descrito anteriormente para lograr la compresión. Los compresores de aire alternativos de dos etapas utilizan el mismo proceso, pero el aire se enfría antes de la compresión final. El aire caliente se expande, por lo que al enfriar el aire comprimido, la unidad es capaz de forzar una cantidad aún mayor de aire en un volumen más pequeño. El aire enfriado se comprime aún más con un segundo cilindro más pequeño. Por lo general, los compresores de aire de dos etapas pueden alcanzar una mayor potencia (Hp) que sus homólogos de una sola etapa, pero también suelen ser más caros de adquirir. Al ser unidades más complejas, tienen costes de mantenimiento más elevados.

Compresores de aire scroll - Los compresores de aire scroll, también denominados compresores de aire "rotativos", son una innovación mucho más reciente que utiliza la tecnología desarrollada por el ingeniero francés Léon Creux hace más de cien años. Aunque el aspecto exterior y el funcionamiento de los compresores de aire scroll pueden parecerse a los de un compresor de tornillo alternativo o rotativo, la mecánica es completamente diferente. En lugar del pistón que se encuentra en el compresor de aire alternativo, el compresor scroll utiliza dos piezas entrelazadas de metal en espiral (las voluta) que comparten el mismo centro. Las piezas están esencialmente dentro o envueltas una alrededor de la otra.

Una espiral suele estar fija mientras que la otra se mueve para crear puntos de contacto que atrapan el aire. Cuando la espiral móvil toca a la fija, el aire se desplaza hasta llegar a un depósito presurizado. Además de su uso en compresores de aire, la tecnología rotativa scroll puede encontrarse en pequeños sistemas de calefacción y refrigeración y en algunos sistemas de aire acondicionado de automóviles. Sin embargo, no son tan comunes en la industria láctea. Aunque los compresores de aire scroll pueden ser silenciosos y eficientes energéticamente, son difíciles de reparar sobre el terreno, lo que los hace inadecuados para algunas industrias.

Compresores de aire de tornillo rotativo - Los compresores de aire de tornillo rotativo son un tipo mucho más común de unidad de compresión industrial. Un compresor de aire de tornillo rotativo es un sistema de compresión de desplazamiento positivo que utiliza un par de tornillos helicoidales coincidentes. Los tornillos giran en concierto, creando un canal de aire y dando lugar a un vacío. El aire se introduce en la unidad a través de un filtro, que elimina las impurezas que pueden interferir en el buen funcionamiento de la máquina. El aire filtrado se desplaza por el canal creado por las roscas de los tornillos. El aire termina en una cámara que disminuye de tamaño, creando presión. En igualdad de condiciones, los compresores rotativos suelen ser más silenciosos y eficientes que los compresores de aire alternativos. Algunas unidades dependen en gran medida del aceite para sellar y lubricar los tornillos. También hay compresores de tornillo rotativo sin aceite para situaciones que requieren aire comprimido de clase zerp.

¿Cómo puede ahorrar dinero su explotación láctea actualizando sus compresores de aire?

En Estados Unidos, el Compressed Air & Gas Institute (CAGI ) es la principal organización responsable de probar y clasificar los compresores de aire comerciales. Junto con su homólogo europeo PNEUROP, la Asociación Europea de Fabricantes de Compresores, Bombas de Vacío, Herramientas Neumáticas y Equipos de Tratamiento de Aire y Condensados, el CAGI ha desarrollado normas de comprobación del rendimiento de las unidades de aire comprimido. El Programa de Verificación del Rendimiento de CAGI evalúa las unidades en función de los siguientes criterios:

• Tipo de unidad - Si el compresor es alternativo, scroll o de tornillo rotativo.

• Número de etapas: simple o doble. (Las unidades de doble etapa comprimen el aire refrigerado en un segundo cilindro antes de conducirlo al depósito).

• Tipo de refrigeración: por aire o por agua. (Las unidades de una etapa suelen estar refrigeradas por aire; las de dos etapas, por agua).

• Inyección de aceite - Algunas unidades requieren inyección de aceite, otras no. (Esto puede ser una consideración importante en la muy regulada industria láctea).

• Capacidad nominal a plena presión de funcionamiento: medida por pies cúbicos reales por minuto (acfm), que es el volumen de caudal de aire en condiciones reales.

• Presión de funcionamiento a plena carga - Por plena carga se entiende el punto en el que una unidad funciona a plena velocidad con una entrada y una descarga totalmente abiertas que suministran el máximo caudal de aire. El número correspondiente se mide en psig o libras por pulgada cuadrada.

• Presión máxima de funcionamiento a pleno caudal - Es la presión máxima alcanzable (también medida en psig) cuando la unidad está a pleno caudal.

• Potencia nominal del motor de accionamiento - Medida en caballos de potencia, es la potencia nominal que el fabricante asigna al motor del compresor de aire. Este número se puede utilizar para determinar la potencia máxima de salida de la unidad.

• Eficiencia nominal del motor de accionamiento: es una medida de conservación (o pérdida) de potencia, calculada por la potencia de salida dividida por la potencia de entrada multiplicada por 100. Cuanto mayor sea la eficiencia nominal del motor de accionamiento, mayor será la eficiencia energética del motor de la unidad. Es importante recordar que en algunas unidades, el motor puede no ser la única parte del compresor que consume energía. (Véase Eficiencia nominal del motor del ventilador).

• Potencia nominal del motor del ventilador - Es la potencia nominal de los ventiladores de refrigeración de las unidades de aire comprimido refrigeradas por ventilador.

• Eficiencia nominal del motor del ventilador - Mide la eficiencia energética con respecto específicamente al ventilador en compresores equipados con uno.

• Potencia de entrada total del paquete a caudal cero - También denominada "potencia sin carga". Esta es una medida (en kilovatios) del consumo de energía tomada cuando la válvula de entrada está cerrada.

• Potencia de entrada total del paquete a capacidad nominal y presión de funcionamiento a plena carga: también medida en kilovatios, es la potencia de entrada necesaria cuando la unidad de aire comprimido funciona a la capacidad nominal del fabricante.

• Potencia de entrada específica del paquete a capacidad nominal y presión de funcionamiento a plena carga: se trata de una medida de eficiencia que evalúa la capacidad de una unidad para generar aire comprimido, calculada dividiendo la potencia de entrada por 100 cfm (pies cúbicos por minuto). La potencia de entrada específica del paquete a capacidad nominal y presión de funcionamiento a plena carga se mide en kW/100 cfm, y es una de las mejores formas de determinar la eficiencia energética entre unidades. Cuanto menor sea la cifra, menor será el coste por cfm.

Las mediciones y clasificaciones CAGI permiten a los compradores de aire comprimido y a los analistas de eficiencia realizar comparaciones entre una gran variedad de unidades de aire comprimido. Por ejemplo, si una central lechera tuviera que elegir entre dos modelos de compresor, en igualdad de condiciones, sería más eficiente elegir el que tuviera la potencia de entrada específica más baja a capacidad nominal y presión de funcionamiento a plena carga. Con tantas variables independientes, la selección entre dos unidades rara vez se reduce a un solo factor, pero sin el conocimiento de las métricas más técnicas de la máquina de aire comprimido, una consideración perdida podría ser muy costosa con el tiempo.

Factores a tener en cuenta al elegir un compresor de aire

La mayoría de los responsables de compras de equipos para centrales lecheras tienen que sopesar el ahorro de costes a largo plazo frente al ahorro a corto plazo cuando se plantean comprar nuevos equipos, especialmente para sustituir maquinaria obsoleta o modernizar diversos aspectos de sus instalaciones. Esto se aplica a todo tipo de equipos, incluidos los compresores de aire. A veces, la selección de un compresor de tornillo rotativo más caro puede suponer un ahorro en el consumo de energía a lo largo de un periodo. Y aunque tanto los gastos iniciales como los costes variables son factores importantes, hay otras consideraciones importantes que también deben sopesarse.

• Unidades con inyección de aceite frente a unidades sin aceite - Esta es una consideración importante para el procesamiento de alimentos como la pasteurización de la leche. Muchos sistemas de doble tornillo utilizan aceite como lubricante, sellador y refrigerante. En algunos casos, esto puede introducir fluidos en el suministro de aire, ya que puede haber sangrado de lubricante. La Administración de Alimentos y Medicamentos aborda la contaminación de la leche a través de compresores de aire en su Manual de Equipos y Procedimientos de Pasteurización.

• Nivel de ruido - Si los compresores se van a utilizar en el ámbito ganadero -el aire comprimido se utiliza a veces para crear succión de vacío en las máquinas de ordeño-, una unidad de tornillo rotativo más silenciosa puede ser la mejor opción.

• Capacidad de salida de la unidad frente a la demanda requerida - Las diversas tareas en torno a una explotación lechera requieren diferentes salidas de pies cúbicos por minuto (acfm). Algunos trabajos pueden requerir un compresor potente, mientras que para otros usos puede ser suficiente una unidad más pequeña.

• Costes potenciales - El coste de los filtros de entrada de aire, además del mantenimiento de las unidades.

• Reparación in situ frente a reparación por el fabricante: si el compresor de aire puede repararse in situ o debe devolverse al fabricante. Esto también incluye lo que cubre la garantía.

• Espacio, tamaño y uso - El tamaño físico y el peso de la unidad de compresión y su carcasa, así como cualquier consideración de espacio que pueda afectar a la portabilidad y el almacenamiento. Además, ¿se utilizará el compresor de aire de forma ocasional, regular o las 24 horas del día?

• Necesidades previsibles de aire comprimido: ¿con el tiempo tendrá que funcionar la unidad a una capacidad mayor?

¿Cuándo es el momento de sustituir un compresor de aire?

A veces puede resultar difícil determinar cuándo ha llegado el momento de sustituir un compresor de aire antiguo e ineficiente. Con un mantenimiento y una revisión adecuados, tanto los compresores alternativos como los de tornillo pueden funcionar con altos niveles de eficiencia durante años. No obstante, a medida que evolucione el sector de las máquinas de aire comprimido, los compresores de aire seguirán siendo más silenciosos, más potentes, más eficientes y menos costosos de mantener. A la hora de decidir la sustitución de un compresor de aire, el director de operaciones lácteas o el ingeniero deben plantearse las siguientes preguntas:

• ¿Las unidades actuales siguen cumpliendo los requisitos del puesto?

• ¿Supondría la sustitución de la unidad actual una disminución del consumo de energía? Compare la potencia de entrada del paquete específico a la capacidad nominal y la presión de funcionamiento a plena carga de la unidad con la de los modelos más nuevos.

• ¿El compresor de aire está cerca del final de su vida útil o la ha superado?

• ¿Sigue en garantía la unidad de aire comprimido?

• ¿Sería más adecuada para este trabajo una unidad con un nivel de ruido reducido?

• ¿Cuántas unidades de aire comprimido habrá que sustituir simultáneamente en distintas partes de la central lechera?

Establezca una relación con el fabricante y los proveedores de su compresor de aire

Si ha experimentado un aumento del consumo de energía que no se corresponde con los niveles de producción de leche y los precios de la energía, puede que haya llegado el momento de realizar una auditoría de eficiencia energética en sus equipos. Si sus compresores de aire y otras máquinas son cada vez menos eficientes, puede ser el momento de reemplazarlos. Fabricantes como Quincy Compressors a menudo ofrecen evaluaciones y consultas para guiar el proceso. Este puede ser un paso poderoso si está planeando reemplazar un gran número de compresores de aire o si está expandiendo sus operaciones. Si su intención es ir eliminando las unidades antiguas a medida que resulten demasiado caras de reparar o dejen de funcionar, puede plantearse la actualización a una unidad más silenciosa y eficiente desde el punto de vista energético. En función del uso previsto, la diferencia de coste suele compensarse durante la vida útil de la unidad.

Conocer a la persona correcta para hablar sobre las necesidades de compresores de aire de su operación puede mejorar su negocio y producción. En Quincy Compressor, nos esforzamos por desarrollar relaciones con nuestros clientes en el sector lácteo y en otras industrias. En muchos casos, eso significa mostrar a los gerentes e ingenieros de planta formas de reducir los costos de energía y asegurar un menor costo de propiedad a lo largo del tiempo. Póngase en contacto con nosotros hoy mismo y estaremos encantados de ayudarle a elegir las soluciones adecuadas.