El uso de energía solar en el sector de la leche de cabra

Los productos derivados de la leche de cabra son un pilar fundamental de nuestra alimentación. Ya sea queso o leche, la pasteurización es el proceso principal en su producción. El calor necesario para este proceso se genera actualmente con combustibles fósiles, cuando un sistema solar podría generar la misma energía de manera limpia y gratuita. En este artículo se examina una ejemplo práctico de una industria cordobesa.

La leche de cabra en España

E España ocupa el segundo puesto Europeo en producción de leche de cabra, por detrás de Grecia. Durante el 2016, el sector español produjo más de 460 Millones de toneladas de leche de cabra, principalmente para producción de quesos y cuajadas. Casi la mitad de la producción viene de Andalucía, seguida de Castilla la Mancha, Murcia y Extremadura.

En España existen 6.938 explotaciones (1 Enero 2017) de caprino para producción de leche. Y el censo del sector sitúa el número total de cabras de ordeño cercano a 1.2 millones, lo que supone un aumento del 27.5% respecto al año anterior. Entre las CCAA con mayor incremento destaca Extremadura con un incremento del 211%.

El consumo energético en el sector

Para la leche, el coste energético aproximado supone un 1,8% de media, mientras que para el queso supone un 2,3% de la producción bruta. El consumo de energía térmica es mayor que el de energía eléctrica, tanto en la producción de queso como en la de leche. La fabricación de queso requiere más energía por tonelada que la de leche, debido a los consumos energéticos en el proceso del tratamiento del suero. La pasteurización, la esterilización, la concentración en evaporadores, el secado y la generación de vapor constituyen los principales procesos consumidores de energía en las industrias lácteas y queseras.


Producto elaborado Unidad Energía eléctrica (kWhe) Energía térmica (1000*kWht)
Leche pasteurizada m3 25-30 833-942
Yogur m3 50-55 5.175-5.350
Leche en polvo Tonelada 425-450 66.391-67.450
Queso Tonelada 265-285 45.357-48.720

Ref: Plan de asistencia energética al sector quesero - ENER

Proceso Rendimiento Consumo
Pasteurización 73.5 % 102,8 kJ/l leche
Esterilización 63,7 % 133,8 kJ/l leche
Concentración en evaporadores 53,7 % 502 kJ/kg agua evaporada
Secado en torres de atomización 28,0 % 836 kJ/kg agua evaporada
Generación de vapor 83,4 % 334,4 kJ de fuelóleo/t de vapor

Ref: Plan de asistencia energética al sector quesero - ENER

Integración de la energía solar

Con un simple vistazo al plano mostrado a continuación, puede comprobarse que las comunidades autónomas con mayor producción de leche de cabra son también las regiones con mayor radiación solar de la península. El hecho además de que el consumo energético en los procesos sea mayoritariamente térmico, hace que la aplicación de energía solar sea especialmente atractiva para este sector. Dado que principalmente se necesita vapor, la tecnología solar más apropiada son los sistemas de concentración.


fábrica de quesos solar

Ejemplo de aplicación

Para el ejemplo a continuación, vamos a suponer la utilización de un sistema de concentración solar, para generar vapor para la pasteurización y el tratado de sueros de una fábrica en Córdoba, cuya producción principal es el queso de cabra. Para ello vamos a utilizar el simulador solar ressspi (Red de Sistemas Solares Simulados en Procesos Industriales).

Fabrica de quesos artesanales
fábrica de quesos solar
  • Localización: Córdoba
  • Sistema actual: Caldera de gasoil
  • Fluido térmico: Vapor saturado a 4 bar
  • Retorno de condensado: 90ºC
  • Tipo de conexión: Directo a proceso
  • Perfil de consumo diario: 2 turnos
  • Perfil de consumo semanal: Toda la semana salvo sábado y domingo
  • Perfil de consumo anual: Todo el año
  • Tipo de sistema solar: Concentrador solar con óptica fresnel
  • Ubicación: Cubierta de la fábrica

  • Los sistemas solares de concentración solar permiten producir vapor de manera directa. Para este ejemplo de aplicación, el sistema solar producirá vapor a las mismas condiciones que la caldera existente. El vapor solar se introducirá en la red de la fábrica reduciendo la cantidad de vapor que la caldera debe generar, y por tanto reduciendo la factura de combustible. El esquema del proceso puede verse en la figura siguiente.

    Resultados de la simulación


    Los resultados mostrados a continuación son un extracto del fichero de resultados proporcionado por ressspi. Los resultados completos pueden descargarse aquí (si al abrir el pdf en el visor no aparecen las imágenes, descarga el fichero directamente)


    Resumen de resultados:

    Factura actual: 182.400 €
    Ahorro año 1: 59.535 €/año
    % Ahorra: 32.6%
    Inversión: 211.369 €
    Ahorro futuro: 96.590 €/año (valor medio)
    Retorno: Año 4

    Campo solar: 1080 m2
    Producción energía: 835.586 kWh/año


    Instalación solar

    La instalación solar está formada por un número determinado de colectores, agrupados en filas. En las filas los colectores se unen en serie. Las series se conectan en paralelo. El número de colectores por fila se ha diseñado para que en una fila se alcance el salto de temperatura de diseño (45 ºC). El número de filas depende de la demanda de energía de la industria.

    modulo fresnel solatom

    Tipo de óptica: Fresnel lineal
    Peso del captador: 900 kg/módulo (25kg/m2)
    nº total de colectores: 24 (superficie total de 1080 m2)
    Disposición: (2x14) 12 colectores en serie en 2 filas
    Tipo de ubicación: Cubierta
    Necesidades de cimentación: No existen
    Tipo de esquema: A proceso directo
    Volumen de almacenamiento: 0 litros

    Producción solar durante un año

    Produccion solar fábrica de quesos solar

    Energía solar en la ubicación: 2169.4 kWh/año

    Producción solar anual: 835.586 kWh
    Demanda de energía de la industria: 3.200.000 kWh
    Ratio entre energía solar producida y demanda total: 26.11%

    Producción solar en kWh por mes:
    Mes Producción Ratio Mes Producción Ratio Mes Producción Ratio
    Ene 32.788 12.1% Feb 34.902 14.2 Mar 63.551 23.4%
    Abr 75.118 28.6% May 93.793 34.5% Jun 105.152 40%
    Jul 132.936 48.9% Ago 102.911 37.9% Sep 80.990 30.8%
    Oct 50.644 18.6% Nov 37.365 14.2% Dic 25.431 9.4%

    Detalle de la producción solar en Invierno y Verano

    Las gráficas mostradas a continuación representan el comportamiento de la instalación solar durante la primera semana de Enero (que corresponde al rango de horas 0 y 167 del año) y la primera de Junio(que corresponde al rango de horas 3620 y 3791 del año).

    El esquema hidraúlico seleccionado no dispone de almacenamiento. En este caso, si la energía solar producida es mayor que la demanda de la industria, esa energía sobrante no puede ser utilizada. La línea azul representa la energía útil que finalmente se suministra a la industria. Cuando hay un exceso de energía, el sistema solar se desenfoca automáticamente.

    produccion solar invierno quesos
    producción solar verano quesos

    Resultados económicos

    Año Cash Flow acumulado Ahorro solar + CO2 Factura energética industria
    Año 0 (211369.0) € 0 € 182400 €
    Año 1 (154329.0) € 59535 € 182400 €
    Año 2 (93717.0) € 63107 € 193344 €
    Año 3 (29534.0) € 66679 € 204288 €
    Año 4 38222.0 € 70251 € 215232 €
    Año 5 109550.0 € 73824 € 226176 €
    Año 6 184451.0 € 77396 € 237120 €
    Año 7 262923.0 € 80968 € 248064 €
    Año 8 344967.0 € 84540 € 259008 €
    Año 9 430584.0 € 88112 € 269952 €
    Año 10 519773.0 € 91684 € 280896 €
    Año 15 1019298.0 € 109545 € 335616 €
    Año 20 1608127.0 € 127406 € 390336 €
    Modelo de negocio: Llave en mano
    Inversión total: 211.369 €
    Amortización: 4 años
    TIR para el cliente: 32.6 %

    finance proyecto quesos solar

    Hipótesis tenidas en cuenta durante el estudio económico:

    - Precio instalación por m2: 293.57 € [Incluye: colectores, instalación de conexión y sistema de monitorización]. Incremento anual del precio de combustible fósil: 3.5 % [Ref: Forecast to 2022 IEA]. Incremento anual del IPC: 2.5 % [Ref: Instituto Nacional de Estadística]

    Producción solar durante un año

    Produccion solar fábrica de quesos solar
    Distribución de la producción de energía ANUAL en el sistema:

    1) Radiación solar: 2169 kWh/m2
    La radiación solar es la energía disponible en la ubicación seleccionada que llega desde el sol

    2) Energía sobre superficie: 1561 Mwh
    Radiación solar que puede ser reflejada por los espejos

    -> 2.1) Energía no concentrada: 715 kWh/año
    Radiación que geométricamente no puede concentrarse en el receptor y por tanto se pierde

    -> 2.2) Energía no utilizada: 0 MWh
    Radiación solar que llega al receptor pero no puede ser utilizada por la industria (ya que no existe almacenamiento o la industria no necesita energía cuando hay producción solar)

    -> 2.3) Energía perdida al ambiente: 10 MWh
    Pérdidas térmicas del sistema al ambiente

    3) Energía transmitida a la industria: 835 MWh
    Energía solar que finalmente se suministra a la industria

    Conclusiones

    La leche de cabra es una fuente extradinaria de nutrientes. Además de ser buena para nuestra salud, también su proceso puede ser sostenible con el medio ambiente sin por ello restar competitividad. En el ejemplo descrito se utiliza una instalación solar de concentración montada en la cubierta de la fábrica, para producir el 26% del vapor necesario para los procesos de pasteurización y tratamiento de sueros. Esta instalación genera un ahorro anual medio de 96.590 €. La inversión necesaria es de 211.369 siendo recuperada en 4 años.

    Los resultados del caso práctico mostrado en este artículo son aplicables al ejemplo particular descrito. Es posible cambiar cualquier parámetro de la simulación y recalcular los resultados desde ressspi haciendo click aquí.