Development of a water-to-water heat pump worked with biogas for using in process of heating and cooling in milk production systems

A geração de energia térmica é de grande importância na agroindústria de laticínios para conservação e qualidade do leite. Como a energia elétrica é a fonte principal utilizada para geração de energia térmica, o setor leiteiro enfrenta atualmente, dois problemas: um relacionado ao custo da energia elétrica, onerando a produção; o outro, relacionado à distância das propriedades rurais das redes de energia elétrica, limitando a utilização de sistemas de refrigeração que contribuiriam para uma melhoria significativa na qualidade do leite produzido, evitando-se perdas por falta de tratamento térmico adequado. Devido à baixa qualidade da energia elétrica rural, com grandes oscilações de tensão, é freqüente, em propriedades leiteiras, acontecer a queima prematura do equipamento de refrigeração. Neste caso, além do prejuízo com o equipamento, o produtor ainda tem que amargar o prejuízo com a perda da produção. Nos laticínios produtores de leite tipo ?A?, além da necessidade da geração de ?frio? para resfriamento do leite, é necessário também, a produção de água quente em torno de 50 ºC a 60 ºC para limpeza das instalações e equipamentos de ordenha e processamento. Em geral é utilizado aquecimento elétrico com emprego de resistências, aumentando ainda mais o consumo de energia elétrica. Os aquecedores elétricos são de grande potência e elevado consumo. Diante do problema levantado e a necessidade de buscar alternativas mais econômicas, foi desenvolvida uma bomba de calor água-água para produção simultânea de gelo ou solução gelada para resfriamento do leite e água quente para limpeza e desinfecção das instalações e equipamentos. Para acionamento desta bomba de calor foi utilizado um motor à combustão convertido para gás, permitindo o uso do biogás proveniente da digestão anaeróbia dos dejetos bovinos, proporcionando assim uma fonte barata e renovável de energia, além do tratamento correto dos dejetos presentes em grande quantidade nestas instalações e, também, em contrapartida, a produção de biofertilizante de ótima qualidade. Foram montados três protótipos, onde dois foram instalados em laboratório e um a campo para testes com biogás. Os resultados obtidos mostraram um potencial de economia com a redução dos custos com energia da ordem de 92% quando comparado o desempenho econômico da bomba de calor a biogás em relação ao equipamento de refrigeração e ao aquecedor elétrico. O potencial de economia da bomba de calor quando acionada com energia elétrica foi da ordem de 65 %The generation of thermal energy is of great importance in the dairy industry for its conservation and quality of the milk. As the electric energy is the main source used for generation of thermal energy, the dairy industries faces now, two problems: one related at the cost of the electric energy, elevating the production cost; the other, related with the distance of the rural properties to the electricity gird, limiting the use of refrigeration systems. Due to the low quality of the rural electric energy, with great tension oscillations, it is frequent, in dairy farm, premature refrigeration equipment of refrigeration damage. In this case, besides the damage with the equipment, the producer still has the loss associated with the production. In the production milk type " A", besides the need of the generation of " cold " effect, is also necessary, the production of hot water (around 50 ºC to 60 ºC) for cleaning of the facilities and processing equipments. In general electric heating is conducted with resistances, increasing the loss and the bill paid by the producers. The electric heaters are of great power and high consumption. Due to the present problem and the need to look for economics alternatives, a water-to-water heat pump was developed for simultaneous production of ice or water frozen for cooling of the milk and hot water for cleaning and disinfection of the facilities and equipment. For operation of the developed heat pump a gas converted engine motor was used, allowing the use of the biogas produced by cow manure biodigestion, this provides a low cost source of rewable energy, besides the adequate treatment of the animal wastes and the production of bio-fertilizer of great quality. Three prototypes were assembled, two were installed in the laboratory and one in the field, for tests with biogas. The obtained results showed a potential of economy of the order of 92% when compared the refrigeration equipment and the electric heater. When compared with electric energy, the potential of economy of the heat pump still was in the order of 65