Uso de tecnología solar en actividades agropecuarias de la Región Huetar Norte de Costa Rica (Parte I y II)

Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2021Este manual se pretende mostrar los resultados de la aplicación de esta energía en sistemas de producción agropecuaria en la Región Huetar Norte de Costa Rica. Para ello se ha montado varios sistemas térmicos y uno fotovoltaico y se ha determinado su volumen de producción a través de un sistema computarizado de registro de datos. La primera parte del manual “Uso de tecnología solar en actividades agropecuarias de la Región Huetar Norte de Costa Rica. Manual Técnico” fue el resultado de los primeros proyectos de investigación y extensión desarrollados entre 2014 y 2017 por Grupo de Investigación en Sistemas Térmicos Solares para la Agricultura del Programa de Doctorado en Ciencias Naturales para el Desarrollo del Programa de Doctorado en Ciencias Naturales para el Desarrollo (Campus Tecnológico Local San Carlos, Instituto Tecnológico de Costa Rica), cuyos integrantes comenzaron a trabajar en la aplicación de la tecnología térmica solar en otras actividades agrícolas (secado, escaldado, entre otros) a partir de 2017. Esta segunda parte está compuesta por un compendio de artículos publicados en diferentes medios científicos, técnicos, divulgativos y memorias de eventos científicos y, también incluye algunos otros resultados producto del registro, la evaluación de los datos del funcionamiento de estos equipos y los planos de cada uno de los sistemas (Cuadro 1). El proyecto que dio inicio a la aplicación de sistemas solares en unidades de producción agrícola, especialmente en ganadería, se denominó “Implementación de tecnologías solares en actividades económicas agropecuarias en la zona Huetar Norte de Costa Rica. Programa local piloto”, el cual estuvo inscrito en el Programa de Regionalización Universitaria (PUR-CONARE) y que inició en 2014 en el Campus Tecnológico Local San Carlos (ITCR) y contó con un financiamiento de 10 millones de colones aportados por el ITCR. Ese proyecto, así como la experiencia generada por los investigadores, abrió la puerta para la ejecución de otros proyectos relacionados (cuadro 2) que lograron atraer más de 200 millones de colones de fondos externos (MAG- FITTACORI, INDER, Fundación CRUSA) para la utilización de energía solar en las actividades de pequeños y medianos productores agropecuarios y agroindustriales, comunidades, así como a cooperativas y asociaciones de productores legalmente constituidos principalmente en la región Huetar Norte de Costa Rica (Cuadro 3). Estos proyectos han permitido mejorar la calidad de los procesos de producción, tanto agrícola como agroindustrial, en los procesos de esterilización, pasteurización, secado y escaldado, el uso de sistemas limpios de producción y la mejora de las condiciones ambientales, por la reducción de la huella de carbono y de la emisión de gases de efecto de invernadero gracias a la transferencia de esta tecnología avanzadas a los procesos de producción rural del país, por lo que los productores de otras zonas del país (Dota, Zarcero, Pérez Zeledón y zona Sur, entre otras) reclamen la aplicación de estos sistemas. Esta vinculación academia-sector productivo-gobierno (instituciones públicas) han permitido la participación tanto de estudiantes costarricenses como de diferentes países, entre ellos España y México y, por medio de una propuesta robusta, solucionar problemas concretos de la práctica productiva de las pequeñas y medianas empresas o asociaciones, lo que constituye clave del éxito de estos proyectos. El grupo de investigación fue galardonado con el premio “National Energy Globe”, de la Fundación Energy Globe (Austria) en 2018 y 2019 por los proyectos “Sistemas solares térmicos para operaciones agrícolas” (Thermal solar systems for farming operations) y “Utilización de energía solar en el proceso de secado de productos agrícolas” (Use of solar energy in the drying process of agricultural products), respectivamente, con los cuales representaron al ITCR. Esperamos que el mismo sea de utilidad para técnicos, ingenieros, productores, empresas, y el sector público

Using solar energy in agriculture and livestock: cleaner production and energy efficiency

Actualmente se busca nuevas opciones de energías limpias para mitigar el efecto de invernadero y lograr sistemas de producción verdaderamente sostenibles; entre éstas, la energía solar y el uso de biomasa y otras fuentes renovables se han recomendado particularmente  para lograr la captura local de carbono y la adaptabilidad al cambio climático. Este artículo presenta el diseño de un sistema térmico y fotovoltaico, y los resultados preliminares obtenidos tras su instalación en lecherías y plantas procesadoras de lácteos ubicadas en la Región Huetar Norte de Costa Rica, con datos que demuestran la potencialidad de la producción energética a partir de la energía solar en actividades agropecuarias. Estos resultados preliminares han permitido comprobar que mediante estos sistemas se logra producir alrededor del 30% de la energía necesaria para estas actividades, contribuyendo de esta forma a disminuir los costos de producción, la emisión de gases de efecto invernadero y por ende, la huella de carbono.New clean energy alternatives to mitigate the greenhouse effect and achieve real clean production are currently being sought. Among these alternatives, solar energy and use of biomass and other renewable sources have been recommended for their effectiveness in adaptability to climate change and local carbon sequestration.This paper presents the design and preliminary results of a thermal system installed in a milk factory and dairy processing plants located in the North Huetar Region of Costa Rica. The generated data show the potentiality of energy production by solar energy systems in agricultural activities. These preliminary results have shown that these systems make it possible to produce about 30% of the energy needed for these activities, thereby allowing reduce production costs, emission of greenhouse gases and, consequently,  carbon footprint

Familias térmicas solares para procesamiento de productos agropecuarios y agroindustriales en la región Huetar Norte de Costa Rica: programa local piloto

Different energy sources are applied in the operations used for processing and preserving food and other agricultural products. The Technology Institute of Costa Rica and the agricultural sector of Costa Rica has supported the Local Pilot Program for the use of solar energy in the Northern Huetar Region of Costa Rica for the application and evaluation of different solar thermal systems in small and medium-sized agricultural units to replace the traditional methods of energy generation for clean production systems, reduce the local carbon footprint and improve production conditions. For this reason, in the Northern Huetar Region of Costa Rica, hybrid solar thermosiphonic systems with an auxiliary electric system have been designed and evaluated for the sterilization of milking equipment; hybrid solar thermal systems with water and LP gas for sterilization and pasteurization of milk; hybrid forced solar thermal systems with water, hot air and LP gas and a passive solar dryer for different types of agricultural products. The results of the evaluation of these systems were obtained by setting thermocouples in key places inside the systems and they were stored in the cybernetic space to facilitate their access through any electronic device. These results has allowed verify the decrease in operating costs related to energy bills, the efficiency improvement of the different processes and the carbon footprint decreasing of these farms, which would represent a competitive advantage in the regional, national and international markets.En las operaciones de procesamiento y conservación de productos agropecuarios se aplica diferentes fuentes de energía, cuyo precio ha aumentado en los últimos años. Con el apoyo del programa local piloto de uso de energía solar en la región Huetar Norte, en conjunto con el Instituto Tecnológico de Costa Rica y el Sector Agropecuario, se ha evaluado la aplicación de diversos sistemas térmicos solares en pequeñas y medianas explotaciones agrícolas para sustituir los métodos tradicionales de generación de energía por sistemas limpios para mejorar las condiciones productivas y disminuir la huella de carbono local. Por esta razón, se ha diseñado y evaluado sistemas termosifónicos solares híbridos con un auxiliar eléctrico para la esterilización de equipos de ordeño, así como sistemas térmicos solares forzados híbridos con agua y gas LP para la esterilización y pasteurización de leche o para el secado de productos agrícolas con agua, aire caliente y gas LP y un secador solar pasivo para diferentes tipos de productos agrícolas. Los resultados de la evaluación de estos sistemas se obtuvieron por medio de la ubicación de termopares en lugares claves dentro de los sistemas y fueron almacenados en el espacio cibernético para facilitar su acceso mediante cualquier dispositivo electrónico. Estos resultados han permitido comprobar la disminución de los costos operativos relacionados con las facturas energéticas, el mejoramiento de la eficiencia de los diferentes procesos y la disminución de la huella de carbono de estas explotaciones, lo que representaría una ventaja competitiva en el mercado regional, nacional e internacional

Familias térmicas solares para procesamiento de productos agropecuarios y agroindustriales en la región Huetar Norte de Costa Rica: programa local piloto

Different energy sources are applied in the operations used for processing and preserving food and other agricultural products. The Technology Institute of Costa Rica and the agricultural sector of Costa Rica has supported the Local Pilot Program for the use of solar energy in the Northern Huetar Region of Costa Rica for the application and evaluation of different solar thermal systems in small and medium-sized agricultural units to replace the traditional methods of energy generation for clean production systems, reduce the local carbon footprint and improve production conditions. For this reason, in the Northern Huetar Region of Costa Rica, hybrid solar thermosiphonic systems with an auxiliary electric system have been designed and evaluated for the sterilization of milking equipment; hybrid solar thermal systems with water and LP gas for sterilization and pasteurization of milk; hybrid forced solar thermal systems with water, hot air and LP gas and a passive solar dryer for different types of agricultural products. The results of the evaluation of these systems were obtained by setting thermocouples in key places inside the systems and they were stored in the cybernetic space to facilitate their access through any electronic device. These results has allowed verify the decrease in operating costs related to energy bills, the efficiency improvement of the different processes and the carbon footprint decreasing of these farms, which would represent a competitive advantage in the regional, national and international markets.En las operaciones de procesamiento y conservación de productos agropecuarios se aplica diferentes fuentes de energía, cuyo precio ha aumentado en los últimos años. Con el apoyo del programa local piloto de uso de energía solar en la región Huetar Norte, en conjunto con el Instituto Tecnológico de Costa Rica y el Sector Agropecuario, se ha evaluado la aplicación de diversos sistemas térmicos solares en pequeñas y medianas explotaciones agrícolas para sustituir los métodos tradicionales de generación de energía por sistemas limpios para mejorar las condiciones productivas y disminuir la huella de carbono local. Por esta razón, se ha diseñado y evaluado sistemas termosifónicos solares híbridos con un sistema auxiliar eléctrico para la esterilización de equipos de ordeño, así como sistemas térmicos solares forzados híbridos con agua y gas LP para la esterilización y pasteurización de leche o para el secado de productos agrícolas con agua, aire caliente y gas LP y un secador solar pasivo para diferentes tipos de productos agrícolas. Los resultados de la evaluación de estos sistemas se obtuvieron por medio de la ubicación de termopares en lugares claves dentro de los sistemas y fueron almacenados en el espacio cibernético para facilitar su acceso mediante cualquier dispositivo electrónico. Estos resultados han permitido comprobar la disminución de los costos operativos relacionados con las facturas energéticas, el mejoramiento de la eficiencia de los diferentes procesos y la disminución de la huella de carbono de estas explotaciones, lo que representaría una ventaja competitiva en el mercado regional, nacional e internaciona

Uso de la energía solar en sistemas de producción agropecuaria: producción más limpia y eficiencia energética

New clean energy alternatives to mitigate the greenhouse effect and achieve real clean production are currently being sought. Among these alternatives, solar energy and use of biomass and other renewable sources have been recommended for their effectiveness in adaptability to climate change and local carbon sequestration.This paper presents the design and preliminary results of a thermal system installed in a milk factory and dairy processing plants located in the North Huetar Region of Costa Rica. The generated data show the potentiality of energy production by solar energy systems in agricultural activities. These preliminary results have shown that these systems make it possible to produce about 30% of the energy needed for these activities, thereby allowing reduce production costs, emission of greenhouse gases and, consequently,  carbon footprint.Actualmente se busca nuevas opciones de energías limpias para mitigar el efecto de invernadero y lograr sistemas de producción verdaderamente sostenibles; entre éstas, la energía solar y el uso de biomasa y otras fuentes renovables se han recomendado particularmente  para lograr la captura local de carbono y la adaptabilidad al cambio climático. Este artículo presenta el diseño de un sistema térmico y fotovoltaico, y los resultados preliminares obtenidos tras su instalación en lecherías y plantas procesadoras de lácteos ubicadas en la Región Huetar Norte de Costa Rica, con datos que demuestran la potencialidad de la producción energética a partir de la energía solar en actividades agropecuarias. Estos resultados preliminares han permitido comprobar que mediante estos sistemas se logra producir alrededor del 30% de la energía necesaria para estas actividades, contribuyendo de esta forma a disminuir los costos de producción, la emisión de gases de efecto invernadero y por ende, la huella de carbono

Evaluación de sistemas térmicos y fotovoltaicos solares en unidades de producción agropecuaria, Región Huetar Norte, Costa Rica

The dependence on fossil fuels urges society to seek for clean energy alternatives, in order to mitigate the effects of climate change. The objective of this study was to determine the potential of solar energy used for water heating and electricity generation. The study was conducted at the dairy of the Technology Institute of Costa Rica, San Carlos Headquarter, from May 15 to April 2016. The data related to the amount of the electricity produced and the temperature reached by water was obtained from the installed photovoltaic and thermal systems, the data was recorded by a computerized register. The obtained information about electricity production allowed researchers to calculate the amount of carbon dioxide equivalent that was not emitted into the atmosphere, and also the acquired economic saving on consumption. The use of these systems allowed the production unit have a self- sufficient source of electrical energy percentage, actually around 30 to 40% of the total electrical consumption. According to the energy production, the solar thermal system was capable to increase water temperature between 20 to 37 °C, temperature that represents more than 70% of the energy needed in order to reach the required water temperature (70 °C) for cleaning and sanitizing the milking equipment, and also an economical saving around $90 per month was achieved. The results showed that these systems allow to improve the economical and productive efficiency of agricultural production units in the Northern Huetar Region of Costa Rica.La dependencia por los combustibles fósiles insta a buscar alternativas de producción más limpias que contribuyan a mitigar los efectos del cambio climático. El objetivo del presente trabajo fue determinar el potencial del uso de la energía solar para el calentamiento de agua y generación de energía eléctrica. El estudio se desarrolló en la lechería de la Sede Regional San Carlos, Instituto Tecnológico de Costa Rica, entre mayo de 2015 y abril de 2016. Se determinó la cantidad de electricidad producida y las temperaturas alcanzadas, por medio de los sistemas fotovoltaicos y térmicos instalados mediante un registro computarizado. También se calculó la cantidad de dióxido de carbono equivalente que se dejó de emitir a la atmósfera y, el ahorro energético y económico de su consumo. El uso de los sistemas de energía solar permitió lograr un autoabastecimiento de energía eléctrica entre 30 y 40$90 mensuales. Estos sistemas contribuyeron a disminuir la dependencia de los combustibles fósiles, al mejorar la eficiencia económica y productiva en unidades de producción agropecuaria en la Región Huetar Norte de Costa Rica

Evaluación de sistemas térmicos y fotovoltaicos solares en tres plantas procesadoras de leche de la región Huetar Norte, Costa Rica

Fossil fuels, which currently contribute close to 85% of the primary energy consumed, will continue to be the main source to cover the energy demand of the coming years. Given this perspective, and within a framework of global climate change, renewable energy should take a greater role as sources of clean energy. Costa Rica, like most developed countries, is highly dependent on fossil fuels, mainly oil. However, unlike other areas of the planet, the potential solar energy in this country is quantified as 10 000 MW, enough energy for use in different production systems. Therefore, this work has evaluated a new application of solar thermal collector technologies and photovoltaic panels in the agricultural sector, as it is one of the most important sectors in terms of emission of greenhouse gases, which aggravates the problem of climate change. Five solar thermal and photovoltaic systems (hybrid thermosiphons, hybrid forced and PV) were designed and built in two dairies and two milk-processing plants in the Huetar Norte region of Costa Rica  in 2015. In all of them, computerized data logging systems were located and variables were measured; measurements of three years were evaluated, namely: time in hours, days, months; inlet and outlet temperatures; kWh; carbon equivalence, and economic savings. The results showed that energy consumption was reduced and, notably, greenhouse gas and carbon equivalent emissions, thanks to the use of solar energy. In addition, environmental pollution was lessened by the reduction of smoke due to the burning of firewood; greater independence was generated at the energetic level in associations and companies, and their products could eventually be certified as organic products.Los combustibles fósiles, que actualmente aportan cerca del 85% de la energía primaria consumida, seguirán siendo la principal fuente para cubrir la demanda energética de los próximos años. Ante esta perspectiva, y dentro de un marco de cambio climático global, las energías renovables deben tomar un mayor protagonismo como fuentes de energía limpia. Costa Rica, como la mayoría de los países desarrollados, presenta una alta dependencia de los combustibles fósiles, principalmente del petróleo. Sin embargo, a diferencia de otras zonas del planeta, la energía solar potencial en este país está cuantificada en 10 000 MW, aunque su uso es mínimo. Dado que el sector agroindustrial produce una alta emisión de gases de efecto invernadero, responsables de la problemática del cambio climático, se decidió realizar una investigación con el objetivo de evaluar la aplicación de la tecnología térmica solar y fotovoltaica en este sector. La tecnología térmica solar y fotovoltaica se instaló en tres plantas procesadoras de leche de la región Huetar Norte de Costa Rica. El análisis de los resultados obtenidos permitió observar la reducción del consumo de energía y, de una forma muy notable, de las emisiones de gases de efecto invernadero, gracias al aprovechamiento de una fuente totalmente limpia y renovable como la energía solar. Además, se ha generado una mayor independencia en las empresas en el  nivel energético y sus productos podrían adquirir la categoría de ecológicos, lo que representaría una ventaja competitiva en el mercado regional, nacional e internacional

Evaluación de sistemas térmicos y fotovoltaicos solares en tres plantas procesadoras de leche de la región Huetar Norte, Costa Rica

Fossil fuels, which currently contribute close to 85% of the primary energy consumed, will continue to be the main source to cover the energy demand of the coming years. Given this perspective, and within a framework of global climate change, renewable energy should take a greater role as sources of clean energy. Costa Rica, like most developed countries, is highly dependent on fossil fuels, mainly oil. However, unlike other areas of the planet, the potential solar energy in this country is quantified as 10 000 MW, enough energy for use in different production systems. Therefore, this work has evaluated a new application of solar thermal collector technologies and photovoltaic panels in the agricultural sector, as it is one of the most important sectors in terms of emission of greenhouse gases, which aggravates the problem of climate change.Five solar thermal and photovoltaic systems (hybrid thermosiphons, hybrid forced and PV) were designed and built in two dairies and two milk-processing plants in the Huetar Norte region of Costa Rica in 2015. In all of them, computerized data logging systems were located and variables were measured; measurements of three years were evaluated, namely: time in hours, days, months; inlet and outlet temperatures; kWh; carbon equivalence, and economic savings. The results showed that energy consumption was reduced and, notably, greenhouse gas and carbon equivalent emissions, thanks to the use of solar energy. In addition, environmental pollution was lessened by the reduction of smoke due to the burning of firewood; greater independence was generated at the energetic level in associations and companies, and their products could eventually be certified as organic productsLos combustibles fósiles, que actualmente aportan cerca del 85% de la energía primaria consumida, seguirán siendo la principal fuente para cubrir la demanda energética de los próximos años. Ante esta perspectiva, y dentro de un marco de cambio climático global, las energías renovables deben tomar un mayor protagonismo como fuentes de energía limpia. Costa Rica, como la mayoría de los países desarrollados, presenta una alta dependencia de los combustibles fósiles, principalmente del petróleo. Sin embargo, a diferencia de otras zonas del planeta, la energía solar potencial en este país está cuantificada en 10 000 MW, aunque su uso es mínimo. Dado que el sector agroindustrial produce una alta emisión de gases de efecto invernadero, responsables de la problemática del cambio climático, se decidió realizar una investigación con el objetivo de evaluar la aplicación de la tecnología térmica solar y fotovoltaica en este sector.La tecnología térmica solar y fotovoltaica se instaló en tres plantas procesadoras de leche de la región Huetar Norte de Costa Rica. El análisis de los resultados obtenidos permitió observar la reducción del consumo de energía y, de una forma muy notable, de las emisiones de gases de efecto invernadero, gracias al aprovechamiento de una fuente totalmente limpia y renovable como la energía solar. Además, se ha generado una mayor independencia en las empresas en el nivel energético y sus productos podrían adquirir la categoría de ecológicos, lo que representaría una ventaja competitiva en el mercado regional, nacional e internacional