Aplicación De La Energia Solar

INTRODUCCIÓN

El desarrollo industrial de Cuba, desde el punto de vista energético, se ha basado en una estructura económico - productiva excesivamente dependiente de las importaciones de petróleo, con tecnologías y esquemas de especialización caracterizados por indicadores de eficiencia inferiores a sus similares internacionales y con una elevada demanda. Es por ello, que desde 1989 a la fecha, ha atravesado por una etapa crítica a causa de la súbita pérdida de los suministros de petróleo que venía recibiendo establemente y a precios preferenciales. A este cuadro debe añadirse el recrudecimiento del embargo económico que el país ha venido enfrentando durante casi cuatro décadas. Esta situación provocó un intenso déficit de energía que impactó fuertemente en todas las estructuras productivas, de servicios y poblacionales del país (Aranda y col. 2002).

Como consecuencia en los últimos años, el cálculo y valoración de las disponibilidades energéticas así como las posibilidades de utilización de la energía se ha convertido en una premisa fundamental y debe realizarse de manera sistemática con el objetivo de minimizar los gastos por este concepto así como conocer de la forma más “precisa” posible su incidencia en el costo y precio de los productos (Blanco, 2011).

El análisis del potencial energético disponible así como la forma en que es utilizado en una industria debe basarse en 3 aspectos esenciales: las condiciones “óptimas” de combustión y uso de la energía eléctrica, aislamiento “óptimo”, así como eliminación de fugas directas de vapor y combustible y las condiciones “óptimas” de operación en el proceso. Hay que señalar que no se debe perder de vista el uso de los portadores energéticos en operaciones o servicios que aunque no forman parte del proceso productivo si son imprescindibles para el desarrollo adecuado del mismo; por ejemplo: limpieza, iluminación, transportación, etc. (Gandón, 2007).

El potencial que representan hoy las energías renovables tiene una relevancia creciente de cara a la búsqueda de una concepción energética que nos conduzca hacia un desarrollo pleno y armónico con el medio ambiente. En algunos países, el aprovechamiento de la energía solar viene difundiéndose desde hace algunos años, motivado en parte por los altos costos del petróleo y también debido a criterios de conservación del medio ambiente. Tomando en consideración lo planteado anteriormente se acometió el presente trabajo, cuyo objetivo fue estimar el calor requerido para las operaciones con agua caliente y definir en qué lugares y equipos es posible utilizar la energía solar en la Planta de carne del IIIA

MATERIALES Y MÉTODOS

Para el cálculo de los consumos energéticos se tomó como base de cálculo 1 tonelada de producto terminado, tanto para el área de sacrificio como empacadora. Se utilizaron los datos reportados recientemente por la planta piloto de carne del IIIA (informes de control de producción y datos técnicos de los equipos). Para determinar los consumos de vapor se aplicaron balances de masa y energía conjuntamente con el uso de las denominadas ecuaciones de diseño, y en los casos necesarios se realizaron mediciones directas y sus cálculos complementarios siguiendo la metodología de cálculo descrita por Gandón (2007).

Cálculos para determinar consumo de vapor en el Área de Sacrificio

Dentro del área de sacrificio, el escaldado de los cerdos, que se realiza sumergiéndolos en un tanque (Fig. 1) con agua caliente para ablandar la unión de las cerdas con los folículos de la piel y favorecer su posterior depilado, es la única operación donde se consume vapor.

Fig.1. Tanque para el escaldado de cerdos durante el sacrificio

• Tanque de escaldado

Para hacer los cálculos del consumo energético del tanque de escaldado, se determinaron los kilogramos de vapor consumidos para calentar el agua, la masa de cerdo, el equipo y las pérdidas que ocurren durante el proceso, siguiendo la metodología siguiente:

Q total = Q cerdos + Q agua + Q equipos + Q perdido

Donde:

Qtotal: Consumo energético del tanque de escaldado

Qproducto: Consumo energético para calentar los cerdos

Qagua: Consumo energético para calentar el agua

Qequipos: Consumo energético para calentar el tanque

Qperdido: Pérdidas de calor por convección, radiación y conducción

Cálculo del consumo de vapor:

mvapor = QT / H

Donde:

mvapor = Masa del vapor en el tanque de escaldado

Qtotal = Consumo energético del tanque de escaldado

ΔH = Variación de entalpía del vapor

Cálculos para determinar consumo de vapor en el Área de Empacadora

En esta área los principales consumos de vapor se producen durante el tratamiento térmico a que son sometidos los productos en su etapa final.

• Tachos de cocción

Los tachos (Fig. 2) se utilizan fundamentalmente para la elaboración de masas para conformar como la croqueta.

Fig. 2 Tacho para la cocción de masas

Se estableció una base de cálculo de 1 batch de 44 Kg el calor requerido para la cocción de la masa y se determinó como:

Q1 = m* Cp * T

Donde:

m: masa de la masa de croqueta a elaborar

Cp: calor específico estimado del alimento conociendo el valor de humedad

Cp = 0.837 + 3.349*w

T = Ti - Tf

El calor perdido por evaporación desde la superficie se calculó como:

Q2 = magua evaporada* H

Donde:

H: calor latente del agua a presión atmosférica.

magua evaporada: masa entra – masa sale

El calor utilizado para calentar el tacho de acero inoxidable se calculó mediante la siguiente ecuación:

Q3 = mtacho*Cpacero inoxidable*T

Donde:

mtacho : masa que se calculó a partir del conocimiento del volumen que ocupa este equipo y la densidad del material de construcción empleado.

Cp acero inoxidable: calor específico del acero inoxidable

mtacho = V * 

V tacho = 2*S*(2 *  * Ri * H +  * R2)

acero inoxidable: densidad del acero inoxidable

T = Tv – Ts

TS: es la temperatura en la superficie del material (27 ºC).

Tv: es la temperatura del vapor (126.11 ºC).

Para el cálculo de las pérdidas del equipo se empleó la siguiente ecuación:

Q4 = ha * At * T

Donde:

ha es el coeficiente de tranferencia de calor igual a 8.4 + 0.06 * T

T = TS – Ta

TS: es la temperatura en la superficie del material, se considera igual a la temperatura del vapor (126.11 ºC).

Ta: es la temperatura del aire en el área de cocción (30 ºC).

At = 2 *  * Rext * L +  * R2ext

Las pérdidas al medio ambiente en las tuberías se calcularon como:

Q5 = ha * At * T

Donde:

ha = 8.4 + 0.06 (TS – Ta)

At = 2 *  * R * L

T = TS – Ta

TS: es la temperatura en la superficie del material, se considera igual a la temperatura del vapor (126.11 ºC).

Ta: es la temperatura del aire en el área de cocción (30 ºC).

Para un tiempo de cocción total de 38 min que equivale a 0.63 h

El vapor total requerido para este proceso estará determinado por la siguiente ecuación:

QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

La masa de vapor consumida es:

MV = QT / H

Donde:

QT: vapor total requerido para el proceso

H: calor latente a 2.4 bar = 521.55 kcal/ kg

• Hornos

Los hornos (Fig. 3) se utilizan fundamentalmente para la cocción de piezas ahumadas.

Fig. 3 Horno para la cocción de productos cárnicos

En la planta se emplean hornos con tratamientos combinados que incluye:

1. Cocción en aire caliente y seco mediante el empleo de resistencias eléctricas

2. Ahumado mediante la pirólisis de virutas de madera combinado con aire caliente y seco y,

3. Cocción con vapor directo saturado. Esta es la etapa de interés para cumplimentar el objetivo del presente trabajo, por tanto la ecuación a utilizar para el cálculo del consumo energético en el horno es la siguiente:

QT = Q1 + Q2

Donde:

Q1: calor requerido para la cocción de los productos

Q2: pérdidas del equipo

Q1 = m* Cp*T

Donde:

m: masa de los productos a elaborar

Cp: calor específico estimado del alimento conociendo el valor de humedad

Cp = 0.837 + 3.349*w

T = Ti - Tf

Q2 = ha * At * T

Donde:

ha es el coeficiente de transferencia de calor igual a 8.4 + 0.06 * T

T = TS – Ta

TS: es la temperatura en la superficie del material, se considera igual a la temperatura del horno cuando se inicia la fase de cocción con vapor

Ta: es la temperatura del aire en el área de cocción

At = 2 * a * h + 2 * h * p + a * p

El cálculo del consumo de vapor es:

MV = QT / H

Donde:

QT: consumo energético del horno

H: calor latente a 2.4

...