Material elaborado en el marco del Proyecto FOMIN-CONAPROLE:
Promoción de la Mejora de la Eficiencia Energética y Uso de Energías Renovables en Pequeños y Medianos Establecimientos Lecheros.
Tambo y Energía
Eficiencia Energética y Energías Renovables
CUADERNO 1 Energía eléctrica en el Tambo Instalación Eléctrica Conexión a la Red Eléctrica
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¡Mejorar la Eficiencia Energética del establecimiento
aumenta
su rentabilidad!
Unidad Ejecutora * Ing. Agr. Gabriel Oleggini, MSc. Jefe de Proyecto * Bach. Ing. Federico Arismendi, Asistente de Proyecto * Dr. Ing. Pablo Darscht, Coordinador de Proyecto Se agradece la revisión y colaboración técnica de Eficener - UTE Diseño: El Paso Comunicación+Resultados Octubre 2015
Tambo y Energía
Eficiencia Energética y Energías Renovables
@EnergiaTambos /EficienciaEnergeticaTambos /energiatambos
www.energia.eleche.com.uy
EN COORDINACIÓN CON: Fondo Multilateral de Inversiones Miembro del Grupo BID
Tambo y Energía
Eficiencia Energética y Energías Renovables
Temario Cuaderno 1 • Energía Eléctrica en el Tambo • Instalación Eléctrica • Contrato de Suministro de Energía Eléctrica.
Velar por la vida, ver por las personas, los recursos, el trabajo y valorar el esfuerzo que realizamos en el tambo es una razón imperativa por la que leer e implementar el contenido de estas fichas. Encontrándonos con técnicos, electricistas y tamberos, en la experiencia de este proyecto, hemos aprendido a detectar las medidas más sencillas y accesibles que hacen del tambo un lugar seguro y más rentable. A través de cientos de experiencias, hemos medido y verificado que hay importantes esfuerzos y recursos que se pierden en forma invisible.
PROYECTO BID-FOMIN ATN/ME-13114-UR: Promoción de la Mejora de la Eficiencia Energética y Uso de Energías Renovables en Pequeños y Medianos Establecimientos Lecheros
Estas fichas coleccionables son una guía paso a paso para recorrer juntos el camino de ser mejores y más eficientes en el uso de la energía y por tanto más competitivos.
El objetivo del proyecto es contribuir a incrementar la competitividad del sector lechero uruguayo, a través de facilitar el acceso a los productores rurales a energías limpias y eficientes. El proyecto es ejecutado y cofinanciado por CONAPROLE y una donación del Fondo Multilateral de Inversiones del Banco Interamericano de Desarrollo (BID-FOMIN). Comenzó a ejecutarse en 2012 y se extenderá hasta el 2016.
EN COORDINACIÓN CON: Fondo Multilateral de Inversiones Miembro del Grupo BID
Iluminación
¿Por dónde empezar?
Sustituir las luminarias incandescentes por tecnología de bajo consumo puede implicar una rebaja importante en el gasto en iluminación. Emplear sensores tipo fotocélulas, automatiza el % encendido y apagado.
…Por lo más fácil y de mucho impacto
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. 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.
Más rentabilidad, bajando los costos. Mayor vida útil del equipamiento. Seguridad en la instalación eléctrica. Una correcta cosecha y conservación de la leche. Uso responsable de los recursos naturales.
Bomba de vacío
Tanque de frío
REFERENCIAS SOLUCIÓN
Depósito de agua
INEFICIENCIA AHORRO POTENCIAL EN EL SISTEMA
Agua reutilizada para diferentes usos
Duración excesiva del proceso de ordeñe
60
Enfriado de leche Sala de frío Diseño de instalaciones inadecuado.
La leche sale de la vaca a 37˚C y va directamente al tanque de frío, donde debe alcanzar los 4˚C en 2 horas.
Se busca lograr una correcta aislación térmica del lugar donde se encuentra el tanque y ventilación apropiada para los condensadores. 10
Intercambiador de Placa. Al extraer calor de la leche previo a su ingreso al tanque se acelera el enfriado y disminuye el consumo de energía.
Vacío no utilizado Las ordeñadoras en uso generan vacío durante todo el proceso de ordeñe, inclusive en momentos no necesarios.
%
Calentamiento de agua Calentar agua únicamente con energía eléctrica es caro.
Otras opciones (*) no siempre se alcanzan temperaturas necesarias hay que complementar con otra. Calefón
Calderetas a gas Recuperador * Colectores Solares*
30
30
%
%
%
Iluminación ineficiente.
Recibidor de leche
Agua para lavado de equipos
¿Qué puedo lograr?
75
Ordeñe
Enfriador de placas
70
%
40
%
* Con respecto a tarifa de horario simple
Flujo de leche
Depósito de agua
Flujo de agua hacia el enfriador Bomba de pozo Debe procurarse la máxima eficiencia energética en las viviendas del establecimiento
Agua reutilizada para lavado de corrales Bomba de efluentes
Agua reutilizada para riego
Tratamiento de efluentes Agua reutilizada
Instalación eléctrica
Toma
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 un tablero que centralice la llave diferencial junto con las térmicas, además debe tener un 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. Llaves térmicas
Entrada
Esquema de conexión del cuadro eléctrico Fase Neutro
Tablero general Interruptor general Interruptor diferencial
Instalación sin descarga a tierra
Caño de plástico corrugado Nivel de suelo 20 cm.
Recinto inspeccionable 20 x 20 cm. 5 cm.
Salidas a los circuitos
¿Para qué sirve la llave diferencial?
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,
Toma
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 húmedas) entonces circulará una corriente a través de esa persona, hacia tierra. En cambio 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 salir del paso, se toma el atajo de eliminar o puentear la llave diferencial, para lograr la continuidad del servicio. Esta acción suprime una medida de seguridad que puede salvar vidas, además de encubrir fugas de corriente que representan un consumo inútil de energía.
Tener una instalación eléctrica sin llave diferencial es como circular en moto a alta velocidad y sin casco.
Instalación con descarga a tierra
Puesta a tierra de la instalación Toma a tierra Conductor de puesta a tierra verde y amarillo"
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.
Tanque de frío
Tanque de frío
altura mínima 2o0 cm.
diámetro mínimo 14 mm.
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.
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, como se explicó antes. 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, 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.
La potencia contratada UTE cobra por cada kilowatt de potencia contratada y cobra recargos y/o pone llaves limitadoras para que no se exceda el consumo. Por tanto, es necesario realizar una buena estimación de la potencia que requerirá el tambo. Al contratar solo la potencia que necesitamos, evitamos costos innecesarios. Pero si contratamos menos potencia que la necesaria, es probable que “salte la térmica” en los momentos de máximo consumo. También puede suceder que la UTE nos permita excedernos de la potencia máxima contratada, pero nos penalice en el precio de la energía (ver recuadro adjunto). El punto clave está en considerar todo el equipamiento que se utiliza simultáneamente, como se explica con el ejemplo de la página siguiente, y asegurarse que ese valor sea menor que la potencia contratada. De no cumplirse esta condición debe realizarse un ajuste de potencia. Para ello es importante averiguar cómo se factura esa potencia, consultando en la oficina comercial de UTE si la potencia se va a medir o se va a limitar. Si se limita, entonces mensualmente se abonará el 100% de la potencia contratada. En cambio si se mide entonces se pagará lo consumido siempre y cuando la medición esté entre el 50 y el 100% de lo contratado. De estar por encima se cobrarán multas por excederse y de estar por debajo se cobrará como mínimo el 50%.
Ejemplos de contratación de potencia A continuación se muestran 3 contrataciones diferentes de potencia realizadas en establecimientos lecheros. Las columnas verdes indican la potencia facturada por UTE (las lecturas son reales en todos los casos), la franja azul indica la potencia contratada por el establecimiento. Error frecuente:
Pago de potencia excedentaria
Como se puede observar en este caso, la potencia utilizada en el tambo supera ampliamente la contratada (19KW). El productor paga todos los meses una multa por ese motivo. Medida correctiva: Solicitar aumento de carga a 60 KW.
Evolución del registro de potencia (KW) 70 60 47,6 45,5 44,3 50 42,1 42,6 41,5 39,2 41,7 37,8 35,1 39,5 35,7 40 30 20 10 0 jun jul ago sep oct nov dic ene feb mar abr may Registrada
Contratada
Sugerida
¿En qué momento se demanda más potencia eléctrica en el tambo? La potencia a contratar a UTE está determinada por el momento de máxima demanda de potencia. En el tambo, esta demanda se produce cuando están funcionando simultáneamente el tanque de frío, la máquina de ordeñe y el calefón, como se indica en el diagrama de abajo.
En este caso se puede apreciar que aún en el mes de consumo pico no se alcanza siquiera el 50% de la potencia contratada. Se debe tener en cuenta que aunque se consuma muy poca energía el pago de potencia nunca será inferior al 50%. Medida correctiva: disminución de potencia contratada a 25 KW.
Aquí tenemos un caso claro donde la contratación de potencia se encuentra dentro de los limites correctos. La potencia contratada es de 35 KW y el promedio ronda los 28 KW por lo que el productor paga exactamente por la potencia que realmente consumió.
* Podría usarse un timer para demorar el encendido del calefón hasta que termine el lavado de la máquina de ordeñe, evitando de este modo el pico de consumo de 8,5 kW.
Tanque de Frío
Calentador de Agua
Durante 3 horas.
Encendiendo 30 minutos luego de iniciado el ordeñe, y apagándose una hora luego de finalizado (leche a 4˚C).
Desde media hora antes que se termina el ordeñe, con una duración de 2,5 horas.
(2.5 KWh)
(1.5 KWh)
(4 KWh)
Evolución del registro de potencia (KW) 50 40 30 20 10 0
20,4 8,4
8,4
9,1
9,1
11,8
11,3 11,2 10,8
HORAS 9,8 10,3 10,6
oct nov dic ene feb mar abr may jun jul ago sep Registrada
Contratada
MAQUINA DE ORDEÑE
TANQUE DE FRÍO
CALENTADOR DE AGUA
CONSUMO (KW) 1,5 KW
5
Cobrada
1,5 KW
4 Ejemplo de correcta contratación de potencia
ser menor a la potencia contratada para evitar pago de recargo o –en el caso de tambos chicos- para que no se accione la llave térmica instalada junto al medidor.
Máquina de Ordeñe
Error frecuente:
Contratación excesiva de potencia.
En el caso ilustrado en la figura, el máximo consumo tiene lugar al finalizar el ordeñe y comenzar a lavar la máquina. En efecto, la máquina está encendida, el tanque también y el calefón comienza a reponer el agua caliente que se está consumiendo*. La suma de todas las potencias debe
6 KW 6 KW
Evolución del registro de potencia (KW) 35 30 31,0 30,0 30,5 30,3 25 25,8 25,4 25,1 25,7 27,6 28,7 24,7 20 15 10 5 0 mar abr may jun jul ago sep oct nov dic ene Registrada
Contratada
50% Contratada
3
PERÍODO DE MÁXIMO CONSUMO
8,5 KW 7 KW
2 1 0
7 KW 7 KW 7 KW 2,5 KW
Tarifas multihorario
Ordeñe habitual del tambo GRAFICO A
29%
Distribución de consumo correspondiente
66%
5%
GRAFICO B 5%
punta (18 a 22 hs.) valle (00 a 07 hs.)
54%
Cambio de horario propuesto
llano (07 - 18 y 22 - 24 hs.)
41%
llano (07 - 18 y 22 - 24 hs.) punta (18 a 22 hs.) valle (00 a 07 hs.)
El tambo consumía unos 6.183 KWh y abonaba en promedio $ 30.6175. El ahorro producido por este cambio fue de $2.105. Es importante elegir correctamente la tarifa con la que UTE facturará la energía que consuma el tambo ya que esta elección tendrá un impacto directo en el costo mensual que se abone por este servicio. En este sentido, la decisión principal está entre elegir una tarifa “Plana”, es decir que el costo de la energía no depende de la hora donde se consuma o contratar una tarifa “Multihorario”, donde el precio depende de la hora del día donde se consuma la energía. El factor más importante está basado en los horarios y la duración del ordeñe, por lejos son los que definen la conveniencia de una u otra tarifa, aunque la cantidad de ener-
gía consumida también juega su papel. En general, para casi cualquier horario de ordeñe es más conveniente la tarifa multihorario que la tarifa plana. No obstante, los mayores ahorros en el costo de la energía se obtienen evitando ordeñar en el horario de punta (*) , es decir entre las 18 y 22 horas, y desplazando el ordeñe hacia horarios de menor precio. A continuación se considera el ejemplo de un tambo que tenía contratada la tarifa Medianos Consumidores 1 (MC1), también conocida como Triple horario, cuyos ordeñes se daban a las 11 y a las 23hs como lo muestran los relojes del
gráfico A. Si bien tiene tan solo el 4,5% del consumo en el tramo más caro de la energía (Punta), tiene muy poco consumo sobre el tramo más barato (Valle). Por lo tanto luego de analizar la situación se encontró que la opción más beneficiosa para el productor no era el horario habitual, sino ordeñar a las 5 y a las 16hs (la duración del ordeñe era de 1 hora 30 min), como se puede ver en los relojes del gráfico B. (*) La decisión sobre cambio de horario de ordeñe debe tomar en cuenta todos los factores, además de la tarifa multihorario: la rutina de trabajo del personal del tambo, mermas en el ordeñe debidas al horario, etc.
Ventajas de la conexión trifásica 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.
Motores
Además de eliminar la restricción de la potencia contratada, permite utilizar cables de menor sección y motores más eficientes y de menor costo.
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).
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.
Un motor trifásico es en promedio 15% más eficiente que un motor monofásico de igual potencia.
Tambo y Energía
Compensación de reactiva La energía reactiva es aquella que se utiliza básicamente en la magnetización de los motores.
Eficiencia Energética y Energías Renovables
La misma no realiza ningún trabajo pero incrementa la corriente que circula por los cables tanto de UTE como de la instalación de los establecimientos, incrementando por tanto las pérdidas en las líneas. Por esa razón, UTE mide la reactiva a todos los suministros que tengan una potencia contratada mayor que 12 KW. Si detecta un consumo importante de energía reactiva, aplica una penalización. Pero afortunadamente no es difícil su corrección (aunque debe realizarlo un técnico autorizado). Para corregir ese consumo y evitar la penalización por parte de UTE se
deben instalar condensadores, los cuales aportan la energía reactiva necesaria para el correcto funcionamiento de la instalación. En los casos en que el establecimiento disponga de tarifa multihorario una correcta compensación no solo evita el pago de penalizaciones sino que puede obtenerse un beneficio extra, es decir, UTE devuelve en dinero un monto
relacionado con la cantidad de energía reactiva que compense la instalación. La instalación de condensadores para compensar la potencia reactiva es una medida de bajo costo y con frecuencia se desquita rápidamente.
1%
Consumo típico en un tambo uruguayo* % de la energía total consumida
Iluminación
9%
14%
Otros
Bombas de agua Agua caliente
*Mediciones en Tambos de Canelones, San José y Florida realizado en 2013.
16%
motores eléctricos eficiente
iluminación eficiente
26%
Mayor vida útil del equipamiento. Seguridad en la instalación eléctrica. Una correcta cosecha y conservación de la leche. Uso responsable de los recursos naturales.
ordeñe eficiente
Enfriamiento
Más rentabilidad, bajando los costos.
Convierta su tambo en modelo de ahorro y eficiencia energética
tambo modelo en eficiencia energética
Condensador
34%
Tambo y Energía
Comparando el desempeño energético de los Tambos
Eficiencia Energética y Energías Renovables
Intensidad Energética (KWh / 1000 litros de leche): Calcule su performance energética y compárese con otros tambos usando la “Etiqueta de Eficiencia Energética”. La tabla indica los rangos de intensidades correspondientes a cada color de etiqueta, según el tamaño del tambo. CANTIDAD DE TAMBOS AUDITADOS POR CATEGORÍA
3 86 173 63 6
MÁS EFICIENTE
Hasta 1000 lts. Diarios
A B C D E
Hasta 1000 y 3000 lts. Diarios
Más de 3000 lts. Diarios
< 20
< 20
20 - 59
20 - 39
20 - 29
60 - 99
40 - 59
30 - 39
100 - 140
60 - 80
40 - 60
> 140
> 80
> 60
A los efectos de informar de una forma sencilla al productor la situación comparativa de su tambo en relación a otros, se definió una escala de 5 franjas de Intensidad Energética. En el marco de las auditorías de eficiencia energética que lleva a cabo el programa Tambo y Energía de CONAPROLE, se utiliza una “Etiqueta
Es bueno aclarar que la Intensidad Energética no incluye los aspectos vinculados a la tarifa contratada ni la compensación de reactiva, que, como se ha visto, pueden ser factores de costo importante si no se manejan adecuadamente. Las Etiquetas de Eficiencia Energética se adhieren a los productos para brindar información a los consumidores sobre el desempeño energético del equipamiento. En Uruguay, su uso es obligatorio para lámparas
A continuación se presenta una serie de pautas que lo ayudarán a detectar posibles puntos de mejora de la eficiencia energética en el tambo y/o reducir el gasto $ en energía eléctrica. Para cada ítem 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.
< 20
de Eficiencia Energética del Tambo” para informar en qué franja se encuentra el establecimiento.
minutos
Guía rápida para la detección de ineficiencias en el tambo
MENOS EFICIENTE
A los efectos de indicar la eficiencia energética del tambo, es práctica común a nivel internacional expresar el consumo de energía como los kilowatts hora consumidos en promedio por cada 1000 litros de leche ordeñados. A este indicador lo llamamos Intensidad Energética.
10
Realice un chequeo de su instalación en
de bajo consumo y calentadores de agua eléctricos y aparatos de refrigeración eléctricos de uso doméstico.
Etiqueta de Eficiencia Energética para calentadores de agua.
SI
NO
SI
NO
CARGA, TIPO, TARIFA Y HORARIOS 1
Si tiene conexión trifásica, ¿todos los motores con consumo importante son trifásicos?
2
Si la potencia contratada a UTE es superior a 10 KW, ¿tiene instalados condensadores y logra evitar el pago de potencia reactiva?
3
¿Conoce claramente los horarios del multihorario y el costo del KW en cada uno de ellos?
4
Dentro de las posibilidades operativas del tambo, ¿el horario de ordeñe ha sido ajustado al más conveniente?
5
Si ha contratado tarifa multihorario, ¿tiene temporizadores para evitar que el calefón encienda dentro del horario de Punta?
LA INSTALACIÓN 6
¿La instalación cuenta con una puesta a tierra? ¿Fue revisada por un técnico electricista en los ultimos 2 años?
7
¿Los equipos están conectados a tierra (tanque de frío, motor ordeñadora, calefones, bombas de agua, otros equipos eléctricos)?
8
¿Existe un tablero central con llave diferencial, y la misma “salta” al oprimir el botón de prueba?
9
¿Están claramente identificadas las llaves diferenciales con el equipo o línea eléctrica que controlan (en cada pieza o plano de conexiones)?
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 o LED?