La compañía española Queizuar, especializada en la producción de queso, ha logrado una significativa reducción en su consumo energético gracias a la implementación de un sistema Powerstar MAX, desarrollado por Powerstar España. Este sistema optimiza el voltaje, adaptando la tensión de suministro a las necesidades específicas de la instalación, lo que resulta en una mejora del suministro eléctrico y una disminución del desperdicio de energía.
Desde sus inicios en 1987, Queizuar ha experimentado un crecimiento considerable, pasando de procesar 110.000 litros de leche al año a más de 12.000.000 litros anualmente. Comprometida con la protección del medioambiente, la empresa ha buscado activamente la sostenibilidad a través de la aplicación de tecnologías responsables. Un ejemplo de ello es la instalación de una caldera de biomasa combinada con energía solar térmica para reducir su consumo energético. En su estrategia de mejora continua, y dada la gran cantidad de equipamiento eléctrico utilizado en su proceso de producción, Queizuar identificó la optimización del voltaje como una solución viable para minimizar aún más el consumo eléctrico, reducir los costes operativos y disminuir las emisiones de CO2.
La Solución de Optimización de Voltaje
El análisis completo realizado por Powerstar España reveló que el voltaje de entrada a la instalación de Queizuar era inestable y superior al necesario para el funcionamiento del equipamiento. Este sobrevoltaje generaba una cantidad significativa de energía desperdiciada y provocaba un desgaste excesivo de la maquinaria, acortando su vida útil. Como respuesta, Powerstar España recomendó la instalación de un sistema Powerstar MAX de 400 kVA. Esta solución electrónica de optimización de voltaje acondiciona y estabiliza la tensión suministrada por la red eléctrica, ajustándola en tiempo real a la fluctuante tensión de entrada y dentro de parámetros previamente acordados.
La operación fue desarrollada por el distribuidor regional de Powerstar para España y Portugal, Powerstar España. La instalación se llevó a cabo como un proyecto de prueba de concepto (PoC), ofreciendo una solución libre de riesgo para el cliente, ya que el pago se realiza tras la Verificación de Medición y Ahorro (M&V) independiente y la confirmación de los ahorros garantizados. Actualmente, el Powerstar MAX está reduciendo el voltaje entrante de Queizuar en un promedio de 16.1V.
Resultados y Beneficios
El análisis completo de M&V confirmó que se superó el ahorro de consumo anual garantizado del 8%, logrando un ahorro anual de energía de 98.000 kWh. Según Stuart Clegg, director comercial de Powerstar, este tipo de soluciones se adaptan específicamente a las necesidades de cada empresa, minimizando las interrupciones en las operaciones durante la instalación.
El Director General de Queizuar, Benigno Pereira, expresó su satisfacción con la eficacia de la instalación: "Además de los ahorros de energía, enfatizamos que tanto el funcionamiento como la instalación no interfirieron con nuestro proceso de fabricación. Fue simple y eficiente".
Investigación sobre Variables Eléctricas en Quesos
Paralelamente, se ha desarrollado y evaluado un prototipo electroquímico (PEQ) para la medición de variables eléctricas (voltios, amperaje, resistencia y potencia) en soluciones que contienen NaCl y su aplicación en quesos frescos. El circuito del PEQ consta de dos electrodos (ánodo de aluminio y cátodo de cobre), un multímetro y una resistencia. Los parámetros experimentales establecidos incluyen la distancia entre electrodos y la presencia de resistencia.
Se evaluaron siete tratamientos con diferentes concentraciones de NaCl (0-12 g/100 ml de agua) y dos tipos de quesos: uno comercial (control) y otro "light" (bajo en calcio, sodio y grasa). Los resultados indicaron que a mayores concentraciones de NaCl, el voltaje y la resistencia disminuyeron, mientras que el amperaje y la potencia aumentaron. El análisis de regresión mostró que un modelo cuadrático ofrecía el mejor ajuste para el PEQ.
Factores que Influyen en las Propiedades Eléctricas de los Alimentos
Los hábitos alimentarios inadecuados y la adulteración de la leche conllevan serias consecuencias para la salud y la industria láctea. La industria ha implementado pruebas químicas y físicas, a menudo costosas, para determinar la composición de los productos. Se han aplicado diversas técnicas basadas en circuitos eléctricos para evaluar la calidad de la leche, los efectos de la conductancia de sus componentes, la presencia de adulterantes y el contenido de grasa.
Las propiedades de conducción eléctrica de un material, que representan su capacidad para interactuar en una corriente eléctrica, dependen de su composición química, los parámetros de medición y las condiciones experimentales. Los alimentos que contienen electrolitos, moléculas cargadas y macromoléculas cargadas son capaces de transmitir una corriente eléctrica. La fuerza de esta corriente está determinada por la resistencia eléctrica de la muestra, que limita el flujo de corriente.
La ley de Ohm [I = (1/K)*U; ó I = G * U] establece la relación lineal entre el voltaje (V), la corriente (A) y la resistencia eléctrica (R). La leche, al ser un electrolito con alto contenido de agua y minerales, se caracteriza por su conductividad iónica. Para su caracterización se consideran las mediciones de corriente (voltaje, frecuencia, forma del pulso, tipo de corriente), la composición química (contenido de agua, iones, materia seca) y las condiciones experimentales (temperatura).
Desarrollo y Evaluación del Prototipo Electroquímico
El objetivo del estudio fue desarrollar y evaluar un prototipo electroquímico (PEQ) constituido por una célula galvánica experimental, dos electrodos (cobre y aluminio) y un conductor iónico (soluciones de NaCl y quesos comerciales frescos). Los ensayos se llevaron a cabo en el Laboratorio de la Remediación Ambiental y Análisis de Suelos, Agua y Plantas de la Facultad de Agronomía de la Universidad Autónoma de Nuevo León.
El prototipo incorporaba electrodos de aluminio y cobre cuyas dimensiones eran de 4.5 cm x 4.5 cm x 0.15 cm. Las condiciones experimentales para la evaluación del PEQ incluyeron la distancia de separación (0.5 y 4.0 cm) entre los electrodos y la presencia o ausencia de una resistencia en el circuito. Estas condiciones se establecieron para medir la variable de voltaje (V). Se insertó una resistencia en el circuito eléctrico para medir el amperaje (A), y se utilizaron las variables V y A para estimar la R, basada en la ley de Ohm. La potencia (P) en vatios se midió con la ecuación P = V * I.
El PEQ se comprobó utilizando 400 g de queso comercial fresco (estándar y ligero). Se midieron las variables eléctricas (V, A, R y P) en cada queso según las condiciones determinadas. Los electrodos se introdujeron a una profundidad de 1.5 cm en los quesos y se colocaron a dos distancias (0.5 y 4.0 cm). La variación de la distancia entre electrodos tuvo como objetivo validar la distancia óptima, determinar si la resistencia era requerida para medir el amperaje y establecer las condiciones óptimas para medir las variables eléctricas y sus variaciones en el queso.
Resultados del Estudio con NaCl y Quesos
Los resultados mostraron que la distancia entre electrodos (0.5 o 4.0 cm) y la presencia de resistencia no influyeron significativamente (P>0.05) en las variables eléctricas evaluadas en las soluciones de NaCl. Esto indica que se puede utilizar cualquiera de las dos distancias en el diseño del PEQ para medir estas variables sin alterar sus valores.
Las concentraciones de 2, 4 y 6 g de NaCl/100 ml de agua produjeron los valores de voltaje más altos, mientras que el control (0 g de NaCl/100 ml de agua) produjo el valor más bajo (P<0.05). Las concentraciones más altas de NaCl (incluyendo 6 g/100 ml) mostraron valores altos de amperaje y potencia, pero los valores más bajos para la resistencia. Estos hallazgos son consistentes con estudios previos sobre variables eléctricas en jugo de limón a diferentes concentraciones de NaCl.
El análisis de regresión de la validación del PEQ indicó un efecto significativo (P<0.05) para un comportamiento lineal, siendo un modelo cuadrático el que mejor se ajustaba a las variables eléctricas. Para el voltaje, el PEQ detectó una disminución de -0.0003 V por cada aumento en la concentración de NaCl, mientras que para la resistencia hubo una reducción de -19 Ω. En contraste, por cada incremento unitario en las concentraciones de sodio, el valor de amperaje aumentó más de 0.17 y el de potencia más de 107.
En cuanto a los quesos, la distancia entre electrodos afectó al voltaje (P<0.05). El queso control mostró los valores más altos para V, A y P, pero los valores más bajos para R y pH. El voltaje a 4 cm fue más alto que a 0.5 cm. Estos resultados podrían estar relacionados con la composición del queso control, que tiene un mayor contenido lipídico y, consecuentemente, una mayor presencia de ácidos grasos disponibles en el sistema, influyendo sobre la oxidación en el ánodo.
El prototipo electroquímico detectó diferencias en las variables eléctricas (voltios, amperios, resistencia y potencia) entre los quesos según su composición química. Se concluyó que el voltaje y la resistencia son variables medibles con el PEQ, mostrando una disminución en concentraciones más altas de NaCl, mientras que el amperaje y la potencia aumentaron. Las distancias entre electrodos y la presencia de resistencia en el circuito no influyeron en los niveles de las variables eléctricas, pero la distancia es necesaria para determinar los datos de resistencia.
¿Qué es la Eficiencia Energética?
Sostenibilidad y Energías Renovables en la Industria Quesera
Los procesos industriales consumen grandes cantidades de energía y contribuyen significativamente a las emisiones de gases de efecto invernadero. En países como México, la energía solar térmica, que aprovecha la energía del sol para producir calor, ya es competitiva en costes. La quesería mexicana Lácteos Mojica ha apostado por esta tecnología.
Por cada tonelada de leche cruda procesada, la industria láctea genera entre 0.4 y 60 m³ de efluentes. La producción de 1 libra de queso genera aproximadamente 9 libras de suero de leche. La eliminación de suero de leche y otros residuos lácteos es típicamente costosa y el cumplimiento de las regulaciones ambientales puede ser difícil. Algunas empresas filtran la lactosa y el azúcar del suero de leche para venderlo o utilizarlo como alimento para el ganado, pero el coste del proceso puede ser elevado.
El uso de suero de leche para generar energía alivia muchos de estos problemas y ayuda a compensar las necesidades energéticas de las operaciones. Una instalación de conversión de residuos en energía permite recuperar la energía contenida en este subproducto en forma de biogás, eliminando al mismo tiempo el 90% de la carga orgánica. La gran fábrica de yogur griego Fage en Johnstown, Nueva York, canaliza su suero ácido a través de una planta de tratamiento de efluentes municipales que utiliza un digestor anaeróbico para crear biogás. Los digestores anaeróbicos consumen la carga orgánica del suero de leche, y al enviar el suero y el agua de lavado al digestor, se convierten en un negocio generador de energía neta.
Fluence cuenta con experiencia en la entrega de soluciones de conversión de residuos en energía, adaptando los paquetes de tratamiento a los flujos de efluentes y entornos regulatorios de cada cliente, con un historial probado de actualización de operaciones sin interrupción en la producción.
Optimización Energética en el Curado del Queso
En el proceso industrial de curado del queso se requiere el máximo ahorro de energía. Una solución implementada consiste en una enfriadora de agua con recuperación parcial o total de calor. Una unidad de 530 kW de potencia frigorífica, utilizando refrigerante ecológico R-1234ze y dos compresores de tornillo de alta eficiencia energética, permite la recuperación del calor residual de condensación, generando agua caliente hasta 35°C para el proceso de curado.
El proyecto "Un queso elaborado con energía solar", financiado con fondos del Ministerio Alemán de Medio Ambiente, Conservación de la Naturaleza, Construcción y Seguridad Nuclear, busca animar a las empresas industriales a utilizar la energía solar térmica. Este proyecto, que incluyó análisis de mercado y talleres, se enfoca en la instalación de paneles de energía fotovoltaica para reducir el impacto medioambiental de la fabricación de quesos.
Tecnologías de Refrigeración y Calentamiento para la Industria Láctea
La tecnología probada de refrigeración y calentamiento puede adaptarse para ofrecer soluciones innovadoras y robustas, ideales para procesos como la pasteurización en centrales lecheras. Las instalaciones de agua helada de GEA cubren diversas aplicaciones, incluyendo queso, leche en polvo, yogur y helado.
Cualquier fábrica de alimentos o bebidas puede reducir sus costes energéticos instalando una bomba de calor. Estas bombas de calor, al integrarse en procesos que requieren refrigeración (como torres de atomización o pasteurizadores), generan ahorros significativos en costes operativos, creando un proceso circular y en cascada que reutiliza los recursos energéticos. GEA colabora con sus clientes para asesorarles sobre cómo construir una economía más circular, reutilizando y utilizando la energía en cascada en los procesos de producción.
