Pierderi de energie ascunse în industria laptelui

Introducere – de ce tocmai industria laptelui?

Industria laptelui este unul dintre cei mai importanți consumatori de energie termică din industria alimentară. Cea mai mare parte a energiei utilizate provine din aburul și apa fierbinte produse prin arderea combustibilului, care deservesc pasteurizarea, sterilizarea, precum și ciclurile continue de spălare CIP (Clean In Place). Utilajele, răcirea și iluminatul reprezintă doar o mică parte din consum; tratamentul termic, în special pasteurizarea, este una dintre etapele de procesare cele mai intensive din punct de vedere energetic. [6] [7] Majoritatea fabricilor își produc energia termică în propria centrală termică, astfel încât fiecare gigajoule economisit înseamnă o reducere directă a consumului de gaze naturale și a emisiilor de CO₂.

Tronsoanele drepte ale conductelor care transportă agenți la temperatură ridicată sunt izolate aproape peste tot. Problema apare la elementele cu geometrie complexă, precum vanele, flanșele, filtrele, pompele și schimbătoarele de căldură. Acestea trebuie întreținute, curățate și înlocuite periodic, motiv pentru care izolația clasică, rigidă, din vată minerală cu înveliș dur nu este practică pentru ele – la fiecare reparație trebuie demontată, iar apoi reconstruită de către specialiști. În practică, prin urmare, aceste elemente rămân pur și simplu neizolate și, an de an, cedează căldură în mediul înconjurător.

Experiența noastră nu este singulară: în ultimii ani am realizat inspecții termografice complete ale sistemului și proiecte de izolare în numeroase fabrici de lactate din Ungaria – printre altele la Jásztej, Kuntej, Alföldi Tej și Abaújtej. Măsurătorile arată, în mod constant, că, dată fiind natura tehnologiei din industria laptelui, în fiecare fabrică se acumulează pierderi semnificative, care pot fi eliminate în mod economic, atât pe partea caldă, cât și pe partea rece.

Potrivit studiului din 2021 al Federației Europene a Izolațiilor Industriale (EiiF), industria europeană irosește anual aproximativ 160 TWh de energie și emite 40 de milioane de tone de CO₂ din cauza izolației necorespunzătoare – în valoare de peste 10 miliarde de euro. O parte considerabilă din aceasta provine exact din astfel de suprafețe ușor de tratat, dar neglijate. Vestea bună este că izolarea acestora se numără printre investițiile de eficiență energetică cu cea mai rapidă recuperare.

Figura 1. Aceeași armătură de abur DN100, înainte și după izolare.

Particularitățile termotehnicii din industria laptelui

În fabricile de lactate întâlnim două tipuri de pierderi, de sens opus, iar împotriva ambelor merită să izolăm – doar că prin tehnologii diferite:

Partea caldă – armăturile sistemului de abur și condens, precum și rețeaua de apă caldă. Aici suprafața fierbinte radiază și transferă căldura prin convecție către mediul înconjurător, provocând o pierdere directă de energie. Temperatura de funcționare este de regulă de 90–160 °C, iar soluția este izolația termică.

Partea rece – sistemul de apă glacială și apă de răcire, cu un agent având de regulă 0–2 °C. Aici nu căldura este cea care se pierde, ci exact invers: căldura aerului cald și umed din hală se îndreaptă spre suprafața rece, pe care se condensează vaporii de apă. Soluția este izolația tehnologică pentru frig, cu barieră de vapori.

Funcționarea continuă mărește și mai mult miza: procesarea laptelui se desfășoară de regulă pe tot parcursul anului, uneori peste 8 000 de ore de funcționare anual, spre deosebire, de exemplu, de industria conservelor, care este sezonieră. Cu cât numărul de ore de funcționare este mai mare, cu atât este mai mare energia anuală pierdută printr-o singură armătură neizolată – și cu atât mai rapidă este recuperarea investiției în izolare.

În fine, protecția muncii este de asemenea un aspect important. Suprafețele metalice neizolate cu temperaturi de peste 50 °C prezintă risc de arsuri și afectează confortul termic al lucrătorilor; pe partea rece, în schimb, vaporii condensați creează suprafețe alunecoase, care generează risc de coroziune și risc microbiologic. O izolație corespunzătoare elimină ambele probleme.

Figura 2. Același grup de armături din sistemul de abur (filtru și vană de reglare), înainte și după execuție: suprafața metalică fierbinte, neizolată, este înlocuită de o izolație cusută, tip saltea.

Partea caldă: izolarea sistemului de abur, condens și apă caldă

Cea mai mare pondere în bilanțul energetic al fabricii de lactate o are partea caldă: conductele și armăturile sistemelor de abur, condensat și apă caldă. Sistemul de abur funcționează de regulă la 110–160 °C, iar sistemul de condensat la 90–100 °C, astfel încât pe partea caldă întâlnim suprafețe într-un interval de temperatură de 90–160 °C. Pe aceste suprafețe, energia părăsește sistemul ca pierdere directă, prin radiație termică și convecție. Tehnologia adecvată nu este însă aceeași peste tot: soluția potrivită diferă pentru tronsoanele drepte de conductă față de armăturile cu geometrie complexă, care necesită întreținere periodică.

Tronsoane drepte și rezervoare: izolație din vată minerală cu înveliș dur

Conductele drepte și rezervoarele au fost prevăzute cu izolație clasică din vată minerală cu înveliș dur. Aici suprafața este plană sau cilindrică și rareori trebuie demontată, astfel încât izolația fixă, protejată cu tablă, este soluția ideală și economică: durabilă, estetică, potrivită atât pentru exterior, cât și pentru interior, și utilizabilă într-un interval de temperatură ridicat, de până la 550 °C. Produsele industriale din vată minerală fac obiectul standardului EN 14303. [12] Învelișul rigid protejează totodată materialul izolant împotriva deteriorării mecanice și a umidității.

Armăturile: de ce nu este practică izolația fixă, clasică?

O mare parte a pierderii nu apare însă pe tronsoanele drepte, ci la vane, flanșe, filtre, pompe și schimbătoare de căldură – pentru acestea, în schimb, nu este recomandabilă izolația clasică, rigidă. Pe de o parte, din cauza geometriei lor articulate, cu multiple fațete, învelișul rigid și tabla din vată minerală pot fi conformate doar cu dificultate, cu numeroase îmbinări, ceea ce crește și costurile. Pe de altă parte – și acesta este aspectul decisiv – aceste elemente trebuie întreținute, curățate și înlocuite periodic: un înveliș fix construit rigid trebuie demontat la fiecare intervenție și apoi reconstruit de un specialist. În practică, prin urmare, aceste armături rămân pur și simplu neizolate și, an de an, cedează căldură în mediul înconjurător. Izolarea aici nu este deci doar o chestiune termotehnică, ci și una operațională: pe termen lung funcționează doar soluția care nu împiedică întreținerea.

Soluția: izolație reutilizabilă, sub formă de saltea cusută

Pentru armăturile de pe partea caldă folosim, prin urmare, o saltea izolantă cusută, demontabilă, cu umplutură din fibră de sticlă tip E. Aceasta are două proprietăți decisive. Pe de o parte, salteaua este croită pe geometria specifică a armăturii și poate fi montată și demontată în câteva minute, cu șnur și bandă velcro – la întreținere, izolația poate fi îndepărtată intactă și apoi repusă la loc, astfel încât protecția nu „dispare” la prima reparație.

Pe de altă parte, umplutura saltelei este fibră de sticlă tip E, cusută mecanic, adică un textil tehnic de temperatură ridicată, țesut dintr-un fir continuu, realizat fără liant organic. Chiar și în contact permanent cu o suprafață fierbinte de 90–160 °C, aceasta funcționează cu o degradare neglijabilă. Tocmai aceasta este cheia menținerii economiei calculate pe întreaga durată de viață a izolației; vom reveni asupra diferenței dintre fibra de sticlă tip E și vata de sticlă utilizată în instalațiile pentru clădiri, la calculul recuperării investiției.

Partea rece: sistemul de apă glacială și izolația tehnologică pentru frig

În industria laptelui, răcirea este la fel de critică precum tratamentul termic: sistemul de apă glacială menține reci tehnologia și produsul finit, cu ajutorul unui agent la 0–2 °C. Izolarea conductelor și armăturilor reci este însă o sarcină cu totul diferită față de partea caldă și un domeniu ușor de interpretat greșit.

De ce nu este suficientă – ba chiar dăunătoare – vata minerală aici?

Vata minerală (și, în general, materialul izolant fibros) este excelentă pe partea caldă, dar nu este potrivită pentru tehnologia de pe partea rece. Temperatura suprafeței de 0–2 °C se situează mult sub punctul de rouă al aerului umed din hală. Prin structura deschisă, permeabilă la aer, a materialului fibros, vaporii de apă difuzează nestingheriți, apoi se condensează și îngheață pe suprafața rece a conductei. Materialul izolant umed își pierde practic capacitatea izolatoare – conductivitatea termică a vatei minerale îmbibate crește de mai multe ori –, iar umiditatea persistentă duce, în plus, la coroziunea conductei (CUI, coroziune sub izolație) și la probleme de igienă. [5] Fenomenul este autoîntreținut: cu cât izolația devine mai umedă, cu atât suprafața ei rămâne mai rece, așa că se condensează tot mai mulți vapori pe ea.

Figura 3. Vană din sistemul de apă glacială, cu izolație din cauciuc cu celule închise; conductele din jur au primit manta din tablă de aluminiu.

Soluția: izolație din cauciuc cu celule închise

Pentru partea rece folosim, prin urmare, izolație din cauciuc sintetic (elastomer) cu celule închise. Exploatăm cele două proprietăți decisive ale acesteia: prima este că, datorită structurii cu celule închise, materialul însuși constituie un strat integrat de barieră de vapori (cu o rezistență la difuzia vaporilor de obicei µ ≥ 10 000), astfel încât vaporii de apă nu pătrund în izolație și nu ajung la suprafața rece a conductei. [4] A doua proprietate este elasticitatea, datorită căreia armăturile cu geometrie complexă pot fi izolate fără rosturi, ca o manta continuă cu barieră de vapori – ceea ce este condiția de bază a protecției împotriva condensului, întrucât un singur rost sau o singură îmbinare nelipită este suficientă pentru ca vaporii să „respire” înăuntru și să condenseze acolo.

În cadrul proiectului, armăturile sistemului de apă glacială au fost izolate cu acest cauciuc cu celule închise, iar izolația finită a fost prevăzută cu manta din aluminiu. Pe partea rece, învelișul rigid nu are, în primul rând, un rol termotehnic, ci unul de protecție: acesta apără cauciucul, relativ moale, de deteriorarea mecanică, iar în exterior, de radiația UV și de uzura din timpul întreținerii. Un strat de barieră de vapori perforat sau desprins lasă imediat să pătrundă vaporii, astfel încât, pe partea rece, integritatea izolației este cel puțin la fel de importantă ca grosimea ei – iar mantaua din aluminiu este exact cea care menține această integritate pe termen lung.

Fizica pierderii de căldură – pe înțelesul tuturor

Orice suprafață mai caldă decât mediul înconjurător cedează căldură. Această cedare de căldură are loc pe două căi: aerul aflat în contact cu suprafața se încălzește și se ridică (convecție), respectiv suprafața emite radiație termică (radiație). Cele două procese se descriu, împreună, printr-un singur așa-numit coeficient de transfer termic rezultant (notat U, cu unitatea de măsură W/m²°C). Puterea termică cedată este, astfel, un produs simplu:

Puterea termică (W) = U × A × ΔT

unde A este mărimea suprafeței care cedează căldură (m²), ΔT este diferența de temperatură dintre suprafață și mediul înconjurător (°C). Pierderea anuală se obține înmulțind această putere cu numărul de ore de funcționare anuale. Această abordare este forma simplificată, folosită în practica inginerească, a standardului ISO 12241:2022. [1] Din formulă reies imediat cei trei factori principali de influență: diferența de temperatură, dimensiunea suprafeței și durata de funcționare.

Esența izolației constă în introducerea unui strat cu conductivitate termică scăzută între suprafața fierbinte și aer. Aceasta reduce drastic temperatura superficială exterioară și, odată cu ea, și cedarea de căldură. Coeficientul de transfer termic rezultant al unei suprafețe metalice neprotejate este de aproximativ 14 W/m²°C; o saltea izolantă de 25 mm grosime reduce această valoare la o fracțiune, deoarece fluxul de căldură trebuie acum să străbată stratul de material izolant, cu conductivitate termică scăzută (0,04–0,05 W/m°C). (Aceeași logică este valabilă, în sens invers, și pe partea rece: acolo încetinim nu fluxul de căldură care iese, ci pe cel care pătrunde spre interior.)

Figura 4. Imagine termografică realizată la fața locului: flanșele și armăturile neizolate apar ca suprafețe fierbinți, la o temperatură apropiată de 160 °C.

Instrumentul de investigare este camera termică. Elementele fierbinți, neizolate, devin imediat vizibile pe imaginea termoviziunii (a se vedea figura 4), astfel încât se poate stabili precis unde și pe ce suprafață apare pierderea, respectiv cu ce temperatură superficială trebuie să se calculeze.

Calculul din spatele recuperării investiției – pe exemplul unei armături

Să analizăm formula de mai sus pe un element real. Una dintre vanele de închidere cu flanșe, DN100, din cadrul proiectului, funcționează cu următorii parametri: sistem de abur, temperatură de funcționare 160 °C, mediu ambiant 30 °C, mișcare a aerului 0,5 m/s, 3 744 ore de funcționare pe an. Suprafața liberă (neizolată) care cedează căldură, împreună cu flanșele și corpul vanei, este de 0,7 m².

Pasul 1 – pierderea neizolată

Suprafața metalică neizolată are o temperatură aproape identică cu cea a agentului, astfel încât ΔT ≈ 160 − 30 = 130 °C. Coeficientul de transfer termic rezultant la această temperatură este de aproximativ 14 W/m²°C. Puterea termică este, prin urmare: 14 W/m²°C × 0,7 m² × 130 °C ≈ 1 276 W. Înmulțind acest rezultat cu durata anuală de funcționare (3 744 de ore), obținem o pierdere de căldură anuală de aproximativ 17,2 GJ – doar pentru o singură vană.

Pasul 2 – pierderea izolată

Calculul a fost efectuat cu propria noastră saltea izolantă din fibră de sticlă tip E, a cărei conductivitate termică, conform fișei tehnice, este de aproximativ 0,049 W/m°C la un agent de 150 °C. După montarea unei saltele cusute, reutilizabile, cu grosimea de 25 mm, temperatura superficială exterioară a vanei scade la aproximativ 42 °C. Deoarece fluxul de căldură trebuie acum să străbată acest strat cu conductivitate termică scăzută, pierderea rămasă este de doar 1,9 GJ/an. Diferența dintre cele două stări reprezintă economia:

Tabelul 1. Pierderea de căldură a unei singure vane de închidere DN100, înainte și după izolare.

Economia de 15,3 GJ/an corespunde, prin ea însăși, la aproximativ 4 250 kWh. La un preț industrial mediu al aburului de 23,24 €/GJ, aceasta înseamnă o economie anuală de aproximativ 356 € – pentru o singură armătură. Într-o fabrică se găsesc câteva sute de elemente similare, iar de aici rezultă ordinul de mărime al potențialului la nivel de proiect.

De ce fibră de sticlă tip E și de ce nu vata de sticlă din instalațiile pentru clădiri?

Este important de subliniat că rezultatul depinde de materialul izolant al saltelei. Materialul de umplutură al saltelei noastre cusute este fibră de sticlă tip E, cusută mecanic, adică un textil tehnic de temperatură ridicată, țesut dintr-un fir continuu, fără liant organic, astfel încât funcționează durabil la 160 °C, cu o degradare neglijabilă. [11] În schimb, vata de sticlă cunoscută de mulți, destinată izolării clădirilor, este realizată cu liant din rășină fenolică, care arde la temperatură ridicată, materialul se prăbușește și se tasează, iar conductivitatea sa termică crește – cu alte cuvinte, își pierde performanța exact acolo unde ar fi cea mai mare nevoie de ea. O izolație realizată dintr-un astfel de material necorespunzător scopului se degradează semnificativ în câteva luni. [11] [12]

Acest lucru are și o consecință economică directă: economia obținută printr-o soluție care se degradează, nedurabilă, nu poate fi justificată tehnic și nu este durabilă, prin urmare nu poate fi nici certificată, nici contabilizată în sistemul EKR. Recuperarea investiției în câteva luni, menționată mai sus, poate fi garantată, așadar, doar cu materialul potrivit scopului – salteaua din fibră de sticlă tip E, calificată pentru temperatură ridicată.

Studiu de caz: o fabrică de lactate din Ungaria

Am realizat inspecția sistemului aplicând metodologia de mai sus la nivelul întregii fabrici. În toamna anului 2025 și la începutul anului 2026, în cadrul a trei vizite, am cartografiat prin termografie armăturile sistemelor de abur, condensat, apă caldă și apă glacială. În total, la 19 amplasamente, am inventariat 244 de elemente neizolate, cu o suprafață de izolat de aproximativ 485 m², dintre care o mare parte aveau o temperatură de funcționare de 160 °C. Fiecare element a fost evaluat individual, conform standardului ISO 12241:2022, iar apoi elementele cu cel mai mare potențial au fost comandate și izolate.

Rezultatele confirmate, obținute cu elementele izolate, sunt următoarele:

Tabelul 2. Rezultatele cumulate ale proiectului (conform ISO 12241:2022).

Recuperarea investiției în 3,7 luni este extrem de avantajoasă chiar și în condițiile unui preț mixt al energiei, considerat moderat (23,24 €/GJ pentru abur, respectiv 60,63 €/GJ pentru costul energiei electrice al sistemului de apă glacială). Companiile industriale preferă, de regulă, proiectele care se recuperează în cel mult 5 ani – prin comparație, proiectele de izolare se recuperează într-o fracțiune din acest interval. Execuția, împărțită în două etape – lucrări cu înveliș rigid și lucrări cu saltele izolante –, s-a încheiat înainte de termenul contractual.

Figura 5. Tipurile de izolație aplicate în proiect, la fața locului: sistemul de frig cu izolație din cauciuc cu celule închise, cu manta din aluminiu, și armăturile sistemului de abur cu izolație reutilizabilă, cusută, tip saltea.

Finanțare: cum devine investiția autofinanțabilă?

Dincolo de economia de energie, reglementarea din Ungaria îmbunătățește și mai mult indicatorii economici ai proiectului. Baza legală a Sistemului de Obligații de Eficiență Energetică (EKR) a fost creată prin Legea nr. LVII din 2015 privind eficiența energetică, [8] iar funcționarea sa este supravegheată de Autoritatea Maghiară de Reglementare a Energiei și Utilităților Publice (MEKH). Esența sistemului este că marii comercianți și distribuitori de energie (entitățile obligate) trebuie să demonstreze, an de an, o cantitate determinată de economii de energie la utilizatorii finali – iar această economie o obțin sau o cumpără, prin investiții de eficiență energetică, precum proiectele de izolare, de la clienții care le realizează.

Economia poate fi contabilizată doar dacă a fost certificată: o organizație de audit înscrisă în registrul MEKH confirmă economia obținută prin investiție, aceasta devenind astfel economie de energie certificată (HEM). Regulile de raportare și decontare pentru certificare sunt stabilite prin Ordinul MEKH nr. 17/2020 (XII. 21.), [9] iar entitățile obligate decontează HEM obținut, în contul lor EKR, până la 31 martie al anului următor celui de referință. Registrul actualizat al auditorilor autorizați și legislația aferentă sunt disponibile pe portalul de eficiență energetică al MEKH. [10] Tocmai de aceea, întregul calcul al proiectului se bazează pe standardul ISO 12241:2022 și este realizat pe elemente individuale, documentat: astfel, economia poate fi auditată și contabilizată în sistemul EKR.

Valoarea de piață a economiei depinde de prețul curent al HEM. Calculând cu prețul de piață actual, relativ scăzut, al economiei de energie certificate (HEM), de aproximativ 10 €/GJ, economia anuală de 6 771 GJ reprezintă un venit unic din EKR de aproximativ 67 700 € – acesta singur poate acoperi aproape 90% din costul investiției de 76 551 €. (În jurul anului 2024, prețul HEM a atins chiar și 20 €/GJ; chiar și la prețul mai scăzut de acum, proiectul rămâne excepțional de avantajos.) La aceasta se poate adăuga și facilitatea aplicabilă din impozitul pe profit (TAO). În practică, așadar, un proiect de izolare bine pregătit devine, în multe cazuri, aproape autofinanțabil, în timp ce economia de energie se manifestă continuu timp de 15 ani, pe întreaga durată de viață a izolației. Venitul EKR prezentat aici este o estimare; valoarea finală depinde de prețul curent al HEM și de catalogul EKR aplicabil la momentul respectiv.

Mai mult, datorită calculului standardizat și documentat, proiectul se integrează bine în obiectivele ESG ale companiei și în cerințele de politică europeană aferente, întrucât reducerea emisiilor de CO₂ (aici 240,8 t/an) poate fi demonstrată în mod credibil.

Concluzii

Industria laptelui – datorită funcționării sale continue, la temperatură ridicată, și a numeroaselor armături care necesită întreținere – dispune de un potențial remarcabil în materie de izolare termică, atât pe partea caldă, cât și pe partea rece a tehnologiei. Proiectul prezentat arată clar că, în spatele pierderilor invizibile cu ochiul liber, dar clar identificabile cu camera termică, se ascunde o economie de energie și de costuri semnificativă și cuantificabilă: 6 771 GJ de energie anual, aproape 200 000 m³ de gaze naturale și 240 de tone de CO₂, cu o perioadă de recuperare de doar 3,7 luni.

Alegerea tehnologiei potrivite este o chestiune-cheie: pentru armăturile de pe partea caldă, soluția potrivită este izolația reutilizabilă, demontabilă, sub formă de saltea cusută, cu umplutură din fibră de sticlă tip E; pentru tronsoanele drepte și rezervoare, vata minerală cu înveliș rigid; iar pentru partea rece, cauciucul cu celule închise, cu barieră de vapori – protejat cu manta din aluminiu –, în timp ce vata minerală trebuie evitată în mod expres pe partea rece. Prin implicarea sistemelor EKR și TAO, investiția poate fi făcută, adesea, autofinanțabilă. Se recomandă, prin urmare, o inspecție termografică completă a fiecărei fabrici de lactate – potrivit experienței noastre, în marea majoritate a instalațiilor industriale din Ungaria se găsesc pierderi semnificative, care pot fi eliminate în mod economic.

Bibliografie

[1] ISO 12241:2022 – Thermal insulation for building equipment and industrial installations – Calculation rules. International Organization for Standardization, Geneva, 2022.

[2] European Industrial Insulation Foundation (EiiF): Industrial Insulation Study 2021 – The energy and CO₂ savings potential of industrial insulation in the EU. www.eiif.org

[3] EN 17956:2023 – Thermal insulation products for buildings and industrial installations – Insulation Energy Efficiency Classes (EEC) for technical installations. CEN, 2023.

[4] National Insulation Association (NIA): Proper Use and Application of Flexible Closed-cell Insulation. Insulation Outlook Magazine. insulation.org

[5] North American Insulation Manufacturers Association (NAIMA): Mineral Fiber Pipe Insulation for Chilled Water Piping (Pub. No. CI227). insulationinstitute.org

[6] Walmsley, T. G. et al.: A review of pasteurisation process monitoring to support energy efficiency in the dairy industry. eceee Industrial Summer Study Proceedings, 2018. www.eceee.org

[7] Galitsky, C., Worrell, E., Ruth, M.: Energy Efficiency Improvement and Cost Saving Opportunities for the Dairy Processing Industry. Lawrence Berkeley National Laboratory, 2005.

[8] Legea nr. LVII din 2015 privind eficiența energetică. Magyar Közlöny, Budapesta, 2015.

[9] Ordinul MEKH nr. 17/2020 (XII. 21.) privind raportarea datelor referitoare la economiile de energie ale utilizatorilor finali. Autoritatea Maghiară de Reglementare a Energiei și Utilităților Publice (MEKH), 2020. njt.hu

[10] Autoritatea Maghiară de Reglementare a Energiei și Utilităților Publice (MEKH): Sistemul de Obligații de Eficiență Energetică – registrul auditorilor și legislația aferentă. enhat.mekh.hu

[11] National Insulation Association (NIA): The Right Stuff – Material Considerations. Insulation Outlook Magazine. insulation.org

[12] EN 14303:2009+A1:2013 – Thermal insulation products for building equipment and industrial installations – Factory made mineral wool (MW) products. CEN.