Optimización de variables energéticas en función de la productividad y competitividad de la industria láctea y caracterización energética y tecnológica del sector

Abstract

Debido a la competitividad del mercado y a la incertidumbre de los empresarios industriales por la sostenibilidad de las empresas manufactureras en Colombia, la eficiencia energética se convierte en una de las herramientas principales para el progreso y el no estancamiento de su desarrollo tecnológico y económico. Por ello se debe incentivar a los empresarios para la búsqueda de soluciones y alternativas que giren en torno a la eficiencia energética de sus procesos. Algunas de ellas se desarrollan en el presente trabajo de investigación y apuntan hacia la optimización de los recursos energéticos presentes en su proceso productivo. Para el alcance que tenía como objetivo realizar un análisis más profundo acerca de la información energética y tecnológica del sector lácteo, se realizaron 18 visitas de campo previo una selección muestral de 63 empresas con registros aportados por los gremios y actores de toda la cadena de valor incluidos los proveedores de servicios y maquinaria. A todo ello se suma las encuestas virtuales que complementarían la información primaria de las empresas analizadas; de ésta forma, se consolida una aproximación acertada que caracteriza el comportamiento energético y tecnológico del sector lácteo en Colombia. La matriz energética caracterizada para el sector lácteo a partir de la muestra, identifica el Gas natural como líder en consumo de energéticos con el 62% (Unos 417 Gwh/año), su consumo se asocia a maquinaria para la generación de vapor y aire caliente como calderas pirotubulares y calentadores cerrados, mientras que la energía eléctrica con el 25% (168 Gwh/año) es utilizada para la generación de Aire comprimido, refrigeración, torres de enfriamiento, homogenizadores, centrifugas clarificadoras, sistemas de bombeo de agua recuperada, CIP, motores de Inducción, variadores de frecuencia e iluminación. Todos ellos usados para la producción de lácteos y que además demandan un significativo consumo de energéticos para la transformación de la leche. La cifra expuesta por el DANE que refiere el consumo de energía eléctrica para sector lácteo en Colombia al año 2012 (1), indica un consumo de 268 Gwh/año, respecto a los 168 Gwh/año de la muestra. De lo anterior se puede concluir que el uso de la energía eléctrica de las empresas visitadas, representa el 63% del gasto total de energía eléctrica que utiliza el sector lácteo nacional para su proceso productivo. También es importante resaltar que fue recopilada la información del sector lácteo en cuanto a distribución de empresas lácteas por tamaño, producción de leche en Colombia por departamentos, aporte al PIB y su matriz energética, la cual se presenta mediante un balance que consolida la información en unidades equivalentes de energía en Tcal. Este balance energético también se consolidó de manera transversal para toda la industria de manufactura del país incluido el sector lácteo, apoyado en consumos energéticos presentados por la UPME al año 2011, los cuales se presentan en el Capítulo 3.4 del presente documento. Durante el desarrollo de la caracterización energética y tecnológica del sector, también se identificaron los procesos intensivos en el consumo de energéticos para el procesamiento de leche. Estos procesos lo conforman las plantas de pasteurización y las plantas de pulverización, que en ocasiones también incluyen derivados lácteos. Las plantas de producción que solamente se dedican a la producción de derivados lácteos como la fermentación de Yogurt, la elaboración de: mantequilla, arequipe, helados, y el prensado para la elaboración de quesos, no son representativas en cuanto a volúmenes de producción para el sector y tampoco en cuanto a consumo de energéticos, todo ello se sustenta y se puede evidenciar en los diagramas de sankey que fueron utilizados para la caracterización tecnológica de las plantas de procesamiento desarrollados en el ítem 4.2.3, por lo tanto, no se incluyen como destacadas en el presente trabajo de investigación. En el Anexo 5, se describe los diferentes procesos intensivos en el consumo de energéticos y que además procesan gran parte de la materia prima que ingresa a una planta de producción de lácteos. A partir de esta información, se presenta la aplicación para la optimización de variables energéticas inmersas en el proceso productivo, mediante la presentación de indicadores que correlacionan el consumo de energía vs. Producción equivalente en litros para una planta de procesamiento de leche o derivados lácteos. Como consecuencia, la utilización de esta herramienta junto con las estrategias de optimización de variables energéticas, deriva en ahorros para la producción, que a la postre contribuye con la mitigación de tipo ambiental y rentabilidad financiera, es decir, que por los ahorros energéticos obtenidos para el sector, éste será más competitivo, aportando a la mitigación del cambio climático por dejar de consumir combustibles fósiles, derivando una política dentro del sector como una estrategia de sostenibilidad. Se desarrolla un indicador que integra los procesos productivos en cuanto al consumo de energéticos y materia prima de forma equivalente, este se presenta como el consumo de energía específico CEesp, y se calcula en función de la totalidad de productos derivados y procesados a partir de la leche junto con el total de energéticos utilizados para la transformación de éstos productos. Este coeficiente se presenta como un indicador que mide el consumo total de energéticos en wh necesarios para producir un litro de leche equivalente en una planta de procesamiento de lácteos. Para concretar el análisis del comportamiento de la producción en la industria y la importancia del sector lácteo a nivel mundial, se construyeron indicadores macro que nacen a partir de una línea base tomada de registros de producción de cada planta. La herramienta utilizada para el desarrollo de éstos indicadores se llama “Benchmarking”; este concepto evalúa los puntos de comparación que se tiene respecto a otros países en cuanto a la competitividad, y puede ser una referencia muy fuerte cuando se quiere determinar si una planta de lácteos se encuentra lista para competir tanto interna como externamente en un mercado que cada vez se torna más exigente y competitivo, en general, esta herramienta reúne y compara aspectos de tipo energético y productivo de una empresa respecto a los líderes o competidores más fuertes del mercado en el mundo (2). De esta forma se obtuvo una línea base que relaciono la producción y el consumo de energéticos para establecer los aspectos de mayor importancia en la competitividad del sector para Colombia en el Capitulo 5.5. Además se plantean soluciones de tipo tecnológico para el sector, que apuntan a la optimización de las variables energéticas inmersas dentro del proceso de transformación de la leche y que cuantifican las pérdidas del proceso productivo, estas soluciones fueron basadas en la perdida de producto por los empujes de leche al inicio y al final de producción, y en la pérdida de esterilidad de los equipos de proceso que ocasiona un CIP forzado porque los equipos son sensibles ante perturbaciones de tensión vulnerando su sistema estéril. Estas soluciones se describen en detalle incluido su análisis financiero en el numeral 5.3 del presente documento. Finalmente se contextualizan los indicadores energéticos de productividad y competitividad que miden el desempeño energético dentro de la producción, los cuales se encuentran altamente ligados a los consumos energéticos, a la materia prima e insumos utilizados para el procesamiento de la leche. Estos indicadores finalmente servirán como herramienta al empresario en la búsqueda de alternativas de choque para hacer más productivo y eficiente su proceso, es así como la eficiencia energética de los procesos, se convierte en un aliado estratégico del empresario para el eficaz desarrollo de la productividad y la competitividad del sector en Colombia y en el mundo.

Abstract. Due to market competitiveness and the uncertainty of the industrial entrepreneurs about the sustainability of the manufacturing companies in Colombia, energy efficiency becomes in one of the main tools for the progress and not stagnation of its technology and economic development. Therefore, it is important to encourage company owners to look for solutions and alternatives with regard to energy efficiency of their processes. Some of these alternatives are developed in this research work, aiming at the optimization of energy resources in their productive processes. For the scope that aimed to develop a deeper analysis about energy and technology information in the dairy sector, 18 field visits were made prior to a sample selection of 63 companies with records provided by the business communities and actors across the value chain including service and machinery suppliers. To all of these is added the virtual survey that would complement the primary information of the analyzed companies. In this way, a successful approach that characterizes the energy and technology behavior of the dairy sector in Colombia is consolidated. The energy matrix, characterized from the sample for the dairy sector, identifies natural Gas as the leader in energy consumption with the 62% (about 417 Gwh/year), its consumption is associated with machinery for the generation of steam and hot air such as fire-tube boilers and closed heaters; while the electric energy with the 25% (168 Gwh/year) is used for generating compressed air, refrigeration, cooling towers, homogenizers, clarifier centrifuges, pump system of recovered water, CIP, induction motors, frequency variators and lighting. All of these are used for the production of dairy products and they also demand meaningful energy consumption for the transformation of milk. The figure presented by DANE, referring the consumption of electric energy for the dairy sector in Colombia to the year 2012(1), indicates a consumption of 268 Gwh/year compared to the 168 Gwh/year from the sample. Due to all of the above, it can be concluded that the use of electric energy in the visited companies represents the 63% of the total expenses of electric energy that the national dairy sector uses for its productive process. It is also important to highlight that the information of the dairy sector was gathered regarding the distribution of dairy companies by size, milk production in Colombia in departments, contribution to the GDP and its energy matrix which is presented through a balance sheet that consolidates information in equivalent units of energy in Tcal. This energy balance is also consolidated in a cross way for all the manufacturing industry of the country including the dairy sector, supported by energy consumption presented by the UPME for the year 2011, which are introduced in the 3.4 Chapter of this document. During the development of the characterization of the energy and technology sector, intensive processes in the consumption of energy for milk processing were also identified. These processes comprise pasteurization and pulverized plants that in some cases also include milk derivatives. Production plants only engaged in the production of milk derivates like Yogurt fermentation, the production of : butter, arequipe, ice cream and the pressing for the cheese production that are not representative in terms of volume of production for the sector nor regarding the consumption of energy; all of this is supported and can be demonstrated in the sankey diagrams that were used for the technological characterization of the processing plants developed in the item 4.2.3; therefore, it is not included as distinguished in this research work. In the appendix 5, it is described the different intense processes in the consumption of energy and that also process most of the raw material that enter to a production plan of dairy products. From this information, it is presented the application for the optimization of energy immersed in the productive process through the presentation of indicators that correlate the consumption of energy vs. the production equivalent in liters for a processing plant of milk products and its dairy derivates. As a result, the use of this tool, along with the strategies for optimizing energy variables, derivates in savings for the production that contributes to the mitigation of environmental type and financial profitability; that is, that thanks to the energy savings obtained by the sector, it will be more competitive, contributing to the mitigation of the climate change as it stops consuming fossil fuels, originating a policy inside the sector with a strategy of sustainability. It is developed one indicator that integrates the productive processes regarding the consumption of energy and raw material in an equivalent manner; this is presented as the specific energy consumption CEesp, and it is calculated based on the total derivate and processing products from milk together with the total energy used for transformation of these products. This coefficient is presented as an indicator that measures the total energy consumption in wh required to produce a liter of milk equivalent in a processing plant of dairy products In short, the behavior analysis of production in the industry and the importance of the dairy sector worldwide were built through macro indicators that were born from a base line taken from production records from each plant. The tool used for the development of these indicators is called “Benchmarking”; this concept evaluates the comparison points regarding other countries in terms of competitiveness and can be a very strong reference when you want to determine whether a plan of dairy products is ready to compete both internally and externally in a market that each time is more demanding and competitive; in general, this tool gathers and compares aspects of energy and productive type of a company regarding the strongest leaders or competitors of the market in the world (2). Thus, a base line that connected the energy production and consumption was obtained to establish aspects of importance in the competitiveness of the Colombian sector in Chapter 5.5. Besides, some solutions of technology type are considered for the sector that look for the optimization of the energy variables immersed in the transformation process of milk and that quantifies the losses of the productive process. These solutions were based on product loss due to the pressure of milk at the beginning and end of production, and in the loss of sterility of the equipment of process that causes a forced CIP because the equipment is sensitive to voltage disturbances violating its sterile system. These solutions are described in detail including its financial analysis in the numeral 5.3 in this document. Finally, energy indicators of productivity and competitiveness that measure energy performance in production are contextualized, which are highly linked to energy consumption, raw material and goods used for milk processing. These indicators finally will be used as a tool for the business owners in the search of shock alternatives to make its process more productive and efficient, this is how energy efficiency of processes become in an strategic ally for the business entrepreneurs for the effective development of the productivity and competitiveness of the sector in Colombia and in the world.