L USO RAZIONALE DELL ENERGIA: STRATEGIE VINCENTI PER IL SETTORE ALIMENTARE Milano, 12 giugno 2009

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L’USO RAZIONALE DELL’ENERGIA:

STRATEGIE VINCENTI PER IL SETTORE ALIMENTARE

Milano, 12 giugno 2009

RICCARDO GUIDETTI (riccardo.guidetti@unimi.it)

VALENTINA GIOVENZANA (valentina.giovenzana@unimi.it)

Università degli Studi di Milano Dipartimento di Ingegneria Agraria

Dipartimento di Ingegneria Agraria (DIA) –Milano L’uso razionale dell’energia: strategie vincenti per il settore alimentare 12 giugno 2009

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Università degli studi di Milano

ingegneria

scienze e tecnologie alimentari

scienze agrarie

Dipartimento di

Ingegneria Agraria (DIA)

Analisi

energetica

a 360 gradi di aziende

agroalimentari

Ci occupiamo di energia dal 1970

Il gruppo di lavoro multidisciplinare è

composto da laureati in:

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Perché risparmiare energia?

I problemi ambientali causati dalle emissioni eccessive di gas serra avvenuti all’incirca negli ultimi trent’anni hanno causato gravi danni a

ecosistemi, alla salute umana nonchè costi rilevanti per certi settori maggiormente sensibili a condizioni climatiche

è per questi motivi che le aziende italiane

sia piccole sia grandi devono risparmiare energia!

Dipendenza energetica estera e conseguente vulnerabilità

a seguito delle continue oscillazioni di prezzo sempre molto alte che portano ad una riduzione di competitività industriale sul

mercato globale

•Forte produzione di energia elettrica da combustibili fossili che si riflette negativamente su emissioni di inquinanti

kg di CO2 emessa = energia **elettrica consumata kWh * 0.485 kgCO2/kWh**

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… alcuni impegni

Istituzioni Protocollo di Kyoto Consiglio Europeo

Anno 16 febbraio 2005 Primavera 2007

Obiettivo

Ridurre emissioni mondiali di CO

₂

entro il 2012 del 5% rispetto alla produzione del 1990, (all’Italia spetta il 6,5%). Recepito da 157

paesi

Riduzione del 20% le emissioni di gas-serra entro il 2020,portare al 10% l’impiego di biocarburanti utilizzati nei trasporti, riduzione dei

consumi energetici e promozione delle fonti rinnovabili. (In Italia impieghiamo il 5,2% (2005) di fonti rinnovabili e l’obiettivo è il 17% nel

2020)

Soluzioni

joint implementation o clean development mechanism (l’azienda può investire i propri

soldi per ridurre le emissioni in altri Paesi industrializzati o in via di sviluppo ad esempio

sostituendo vecchie centrali a carbone con un parco eolico oppure intervenendo su discariche di rifiuti per il recupero di gas naturali rilasciati

dalla decomposizione di sostanze organiche)

sono stati definiti sistemi di incentivazione e di agevolazione fiscale per promuovere l’adozione di

energie rinnovabili pulite e per migliorare l’efficienza energetica, sia a livello dei singoli cittadini, sia

a livello di imprese

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BAT Best Available Techniques

Ispirati alle richieste della direttiva europea 96/61/EC del 24 settembre 1996 in ambito di controllo e

prevenzione integrata dell’inquinamento “IPPC Directive”

(Integrated Pollution Prevention and Control) aggiornata dalla direttiva europea 2008/01/EC

del 15 gennaio 2008.

In particolare le BAT del settore alimentare:

FOOD, DRINK AND MILK INDUSTRIES

… le BAT

Un’analisi dell’efficienza energetica il piu’ possibile completa deve tenere conto di un insieme di dati, analizzati

e rielaborati, confrontati con valori di riferimento continuamente aggiornati.

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L’energia è un fattore produttivo e come tale deve essere valutato alla pari degli altri “ingredienti”

Come fattore produttivo è importante “conoscerlo” e “dosarlo” nel modo giusto in maniera tale da evitare inutili sprechi.

1 tep = 10^7 kcal

… il settore agroalimentare

Settore Incremento (1995-2005) Materiali da costruzione 41%

Alimentare 35%

Meccanico 32%

Chimico 21%

Crescita produttiva alimentare dell’11-13%

Trend italiano 1995-2005

La tendenza del mercato verso soluzioni eco-compatibili e la sensibilità dei consumatori e della società civile verso l’ambiente sta aumentando aprendo

quindi nuovi spazi di mercato per chi saprà coglierli.

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Dove si utilizza l’energia nelle produzioni agroalimentari?

Energia elettrica

Impianti frigoriferi 60%

Funzionamento impianti 40%

Energia termica Trattamenti termici

(pastorizzazione, sterilizzazione,ecc.)

Strumento di indagine:

l’analisi energetica di tutto il processo

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Scopo

•raccogliere, approfondire e diffondere alcune buone prassi correlate ai consumi energetici riconducibili al settore

agroalimentare

•Non si vuole insegnare, ne tanto meno imporre un nuovo metodo di lavoro alle aziende, ma solo proporre

interventi che possano apportare miglioramenti dal punto di vista energetico, valutandone gli aspetti

economici e la possibilità di finanziamento

E’ opportuno però ricordare che, l’applicabilità di particolari misure, e il limite di risparmio economico, dipendono dalla dimensione e dalla natura specifica del sistema in esame.

Soltanto una reale valutazione dei sistemi e dei bisogni dell’azienda (monitoraggio) può

determinare quali misure siano sia applicabili sia vantaggiose

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… metodologia di lavoro

• Individuare i costi energetici delle singole fasi produttive

• Valutare possibilità di risparmio e di recupero energetico

Panoramica del contesto aziendale grazie alla disponibilità degli operatori

Misure e stime dei consumi (energia, potenza, tempo) Diagramma di flusso

Identificazione e quantificazione degli ingressi di energia

Identificazione e quantificazione dell’ energia in uscita Elaborazione dei risultati dei dati raccolti e valutazione dello

stato energetico dell’azienda

Proposte concrete e realizzabili per un risparmio energetico

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Strumenti disponibili

ANALISI TEORICO

SPERIMENTALE

Valutazione dei dati di targa e stima dei tempi di

funzionamento

EFFET T IVO IMPIEGO DEL COMPRESSORE DI UN FRIGORIFERO

6 8 10 12 14 16 18

gennaio febbraio

marzo aprile

maggio giugno

luglio agosto

settem bre

ottobre novembre

dicem bre

h/giorno

1) valutazione dei tempi

2) valutazione dei consumi energetici 3) Livelli di potenza

ANALISI

SPERIMENTALE

consumo energetico elettrico kWh

(Uboldi)

0 10000 20000 30000 40000 50000

Gennaio Febbraio

Marzo Aprile

Maggio Giugno

Luglio Agosto

Settembre Ottobre

Novem bre

Dicem bre kWh

livello di potenza kW (Uboldi)

0 20 40 60 80 100 120

Gennaio Febbraio

Marzo Aprile

Maggio Giugno

Luglio Agosto

Settembre Ottobre

Novembre Dicembre kW

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• Flow sheet di processo con i dati energetici (impianti di processo)

• Flussi energetici (processo e servizio)

• Disequilibri energetici (punti critici)

• Suddivisione dei consumi tra i reparti

• Contabilizzazione del “valore energetico”

del prodotto.

Elemento di controllo: la bolletta energetica

Risultati: l’analisi

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DISPACCIAMENTO gestione dei flussi di energia sulla rete di distribuzione

in quanto l’energia non si può immagazzinare

POTENZA ATTIVA

e’ la potenza che compie lavoro [W]

che porta alla generazione di energia attiva [kWh]

POTENZA REATTIVA

è la potenza necessaria per creare i campi magnetici [V*A]

che genera energia reattiva [kVAR]

POTENZA APPARENTE

e’ la potenza che l’azienda erogatrice fattura ovvero il totale dei due consumi energetici (energia attiva + energia reattiva)

FATTORE DI POTENZA = cos φ = cos FI

per legge cos φ > 0,9 altrimenti si incorre in un’ ammenda a carico dell’utilizzatore

… qualche definizione

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manca voce energia reattiva

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cos φ < 0.9

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Recupero flussi di calore

Uso più razionale delle macchine di processo e di servizio (studio delle curve di carico, impiego di tecnologie più

adeguate, ecc.)

Rispetto ed ottimizzazione dei contratti

Interventi sugli impianti (tecnologie sostenibili) e sulla struttura (contenimento termico)

Introdurre un Referente per l’energia (Energy Manager)

Recupero sostenibile degli scarti

Risultati: le proposte

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Recupero calore

•Da acque di scarico dei cicli di lavaggio e di

risciacquo

•Dai gas di scarico di essiccatoi e delle

caldaie a vapore

•Dalle condense del vapore, dai forni di cottura

•Dall’aria degli ambienti di lavoro

Proposta

Recupero flussi di calore

RISCALDAMENTO ACQUA

ACQUA

ENTRANTE DI RETE

ACQUA USCENTE RAFFREDDATA ACQUA

ENTRANTE PRERISCALDATA

ACQUA USCENTE

CALDA

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Proposta

PRINCIPALI CONSUMI ELETTRICI

NELLE INDUSTRIE MOTORI ELETTRICI

74%

ALTRO 22%

ILLUMINAZIONE 4%

Inoltre si deve considerare che il

costo di un motore nella propria vita è

dovuto per il 98,4% al consumo dell’energia

elettrica e solo per l’1,6% alle spese per

l’acquisto e manutenzione.

COSTI DI ACQUISTO E DI ESERCIZIO

DI UN MOTORE ELETTRICO

_CONSUMO

ENERGIA ELETTRICA

98,4%

ACQUISTO 1,3%

MANUTENZIONE 0,3%

impiego di tecnologie più adeguate

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Confronto efficienza motori, standard e ad alta efficienza

fattore di carico 75%

0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

potenza motore (kW)

re n d im e n to m o to re (% )

eff1 eff2 eff std

eff std eff1

Aumento del costo di acquisto del 30- 40%

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Risparmi energetici sostituendo un motore standard con uno ad alta efficienza (EFF1)

confronto eff1/eff std confronto eff2/eff std

0 1500 3000 4500 6000 7500 9000 10500 12000 13500 15000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

potenza motore (kW) E n e rg ia e le tt ri c a ri s p a rm ia ta ( k W h /a )

2000 h/a 4000 h/a 7680 h/a 2000 h/a 4000 h/a 7680 h/a

Progetto Motor Challanger - EU Utenza da 30 kW: 2000 h/anno

Risparmio: circa 1000 kWh – 170 Euro

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Proposta

efficienza potenza durata costo risparmio

tipo di lampada (lm/Watt)

lampada (W)

vita (ore)

lampada (€/unità)

rispetto a lampada a incandescenza

(€/anno)

incandescenza 12 100 1000 1 -

alogena 15.5 100 2000 2 161

fluorescenti compatte

elettroniche 60 20 10000 7 524

fluorescenti

tubolari 100 32 10000 12 598

Progetto greenlight EU

iniziativa promossa dalla Commissione Europea ad installare sistemi di illuminazione efficienti da un punto di vista energetico ed economico,

mantenendo o migliorando la qualità dell’illuminazione

impiego di tecnologie più adeguate

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SOLARE TERMICO

impianti per riscaldamento

di acqua o aria

a bassa temperatura: 100-120°C I costi dell’impianto e messa in opera

vanno da 500 a 1500€/mq e grazie alle

agevolazioni fiscali del 55%

si ammortizzano in 4-6 anni PANNELLI FOTOVOLTAICI

gli impianti sono costituiti materiali semiconduttori in grado di generare elettricita’ se sottoposti a radiazione

luminosa. I costi d’impianto vanno da 5000 e 8000€/mq ammortizzabili in 9-12 anni grazie alle

agevolazioni fiscali del Conto Energia

Proposte

RECUPERO BIOMASSE Interventi sugli impianti e sulla struttura

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Esempi servizi erogati

• Sono tutte piccole/medie aziende con un numero di addetti che va

da un minimo di 3 ad un massimo di 10

• la tensione di consegna è pari a 380 V per tutte le aziende

• La potenza elettrica impegnata varia da 100 a180 kW

nello specifico …

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1° applicazione: salumificio

Potenza

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Gennaio Febbraio

Marzo Aprile

Maggio Giugno

Luglio Agosto

Settembre Ottobre

Novembre Dicembre

kW

Consumo energia elettrica kWh

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

kWh

Detiene la denominazione di origine protetta

(Legge 30 maggio 1989, n. 224 – GURI n. 133, 8 giugno 1989)

L’emissioni di biossido di carbonio sono 573 kg CO

₂

/ t di salame

Potenza massima contrattuale 154 kW

valore comunque leggermente alto rispetto ai dati europei

Il consumo di energia elettrica dell’azienda è 3800 kWh/t valore alto dai

parametri di riferimento (BAT = 1000 kWh/t)

ipotesi di produttività a pieno regime

pari a due volte quella attuale quindi con

un consumo di 1694 kWh/t

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LEGATRICE- CLIPPATRICE 12,58 kWh/giorno STOCCAGGIO MP

183 kWh/giorno (E) 772 kWh/giorno (T)

TRITA CARNE 99,54 kWh/giorno

SPARGITRICE 12,40 kWh/giorno

STOCCAGGIO SL 183 kWh/giorno (E) 772 kWh/giorno (T) IMPASTATRICE

30,72 kWh/giorno

INSACCATRICE 56,32 kWh/giorno TAGLIA CARNE

19,6 kWh/giorno

SALE ED ALTRI INGREDIENTI

BUDELLO

STOCCAGGIO IN CELLE DI STAGIONATURA 2316 kWh/giorno (T)

548 kwh/giorno (E) SALAME

Applicazione di inverter

alle celle di asciugatura e prestagionatura

modulare il passaggio del flusso del freddo in funzione della reale

necessità

soprattutto nel caso di una produzione poco

costante

Analisi del processo produttivo:

individuazione dei punti critici energetici

(26)

grazie al monitoraggio aziendale

Analisi più approfondita del processo produttivo: grazie al monitoraggio aziendale

L’azienda è dotata di due compressori da 45 kW del gruppo frigorifero

utilizzati per raffreddare le diverse celle di stagionatura dei salami

I compressori funzionavano in parallelo, ma al 50% del carico potenziale (un motore

non sfruttato al massimo consuma di più)

È stato suggerito di far funzionare in modo alternato i 2 compressori a pieno regime in modo tale di non lasciare un

motore completamente inutilizzato

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* Ipotizzando il costo dell’energia elettrica = 0.16 €/kWh

Lampadine ad incandescenza Tubolari fluorescenti

Efficienza (lm/W) 12 100

Potenza lampada (W) 100 32

Vita (h) 1000 10000

Costo (€/unità) 1 12

n° lampadine 50 19

Energia necessaria (kWh/anno) 5000 608

Costo acquisto (€/anno) 50 23

Consumo energetico annuo €/anno 800* 97*

Risparmio annuo (€/anno) - 703(energia)+ 27(acquisto)

Essiccatoio costituito da 3 celle di essiccazione da 14 m

²

ciascuna necessitano un impianto luminoso da 60000 lumen (unità di misura del flusso luminoso)

funzionante per 1000 h/anno

2° applicazione: razionalizzazione degli

impianti di illuminazione di un essiccatoio

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3° applicazione: azienda produttrice di trippa

Emissione di biossido di carbonio pari a circa 105 kg CO

₂

/t di trippa

Il consumo energetico per tonnellata prodotta è pari a circa 209 kWh/t

Potenza impegnata da contratto 110 kW

Potenza

0 20 40 60 80 100 120

Gennaio Febbraio

Marzo Aprile

Maggio Giugno

Luglio Agosto

Settembre

mesi kW

energia elettrica consumata

0 10000 20000 30000 40000

Gennaio Febbraio

Marzo

Aprile

Maggio

Giugno Luglio

Agosto Settembre

mesi kWh

(29)

STOCCAGGIO MP 124.32 kWh/giorno(E)

COTTURA 19614 kWh/giorno (T)

STOCCAGGIO PF 186.48 kWh/giorno (E)

RAFFREDDAMENTO/

ABBATTIMENTO DI CALORE

186.48 kWh/giorno(E)

CONFEZIONAMENTO 18.65 kWh/giorno (E)

TAGLIO TRIPPA 18.65 kWh/giorno (E)

SURGELAZIONE 302.4 kWh/giorno (E)

SCONGELAMENTO

23 kWh/giorno (E) Dal 60 al 90%

dell’energia assorbita dai gruppi frigoriferi è

disponibile sotto

forma di calore

grazie a scambiatori di calore è possibile recuperare il contenuto termico dissipato

dal gruppo frigorifero per generare flussi

d’acqua calda a 50 - 60 °C Recupero

flusso di calore

Analisi del processo produttivo:

individuazione dei punti critici energetici

(30)

La proposta

Si consiglia di recuperare il calore di condensazione derivante dal gruppo frigorifero utilizzato per la surgelazione per preriscaldare l’acqua di cottura da 12°C

a 50°C

Interventi sugli impianti e sulla struttura: recupero di calore

ACQUA DI

RETE A 12°C ACQUA

RAFFREDDATA ACQUA PRE-

RISCALDATA A 50°C

ACQUA CALDA

VASCA COTTURA

Gruppo frigorifero

L’azienda per scaldare 11200 litri di acqua da 12°C a 100°C necessita di 985600 kcal, con un ∆T = 50°C

anziché 88°C risparmia 425600 kcal = 495 kWh e

**quindi 34,65* €/giorno di 73** m

³

di metano

*il rendimento della caldaia = 0,9

prezzo di 1 kWh termico = 0,07 €

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4° applicazione: caseificio

Incremento di energia in corrispondenza dei mesi estivi, in seguito all’incremento del funzionamento dei gruppi frigoriferi per mantenere la cella di stagionatura alla

temperatura desiderata circa 16°C

Potenza impegnata da contratto 126 kW

potenza assorbita

0 20 40 60 80 100 120

gennaio febbraio

marzo aprile

maggio giugno

luglio agosto

settembre ottobre

novembre dicembre

mesi

kW

L’azienda produce formaggio stagionato, emissione di CO

₂

pari a 400 kg CO

₂

/t di formaggio

Il consumo energetico elettrico è pari a 835 kWh/t in linea con le BAT

energia elettrica consumata energia elettrica consumata energia elettrica consumata energia elettrica consumata

0 200 400 600 800 1000 1200

gennaio febbraio

marzo aprile

maggio giugno

luglio agosto

settembre ottobre

novembre dicembre

mesi kWh

k Dipartimento di Ingegneria Agraria (DIA) –Milano L’uso razionale dell’energia: strategie vincenti per il settore alimentare 12 giugno 2009

Potenza assorbita

0 20 40 60 80 100 120 140

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324

ore giornaliere

kW

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Recupero calore

DEPURAZIONE FISICA 2,2 kWh/giorno

PANNA

DI AFFIORAMENTO TRASFERIMENTO IN CALDAIA

15 kWh/giorno (E)

AGGIUNTA SIERO-INNESTO 3,1 kWh/giorno

COTTURA 7430 kWh/giorno (T) AGITAZIONE 0,44 kWh/giorno (E)

COAUGULAZIONE

ROTTURA CAGLIATA manuale

ESTRAZIONE E RIPOSO IN FORMA

manuale SALATURA 2,6 kWh/giorno

Latte della sera

STAGIONATURA 502 kWh/giorno Latte

del mattino

REFRIGERAZIONE 18 kWh/giorno

Siero

REFRIGERAZIONE 36 kWh/giorno SCREMATURA

27 kWh/giorno

Analisi del processo produttivo

PANNA

DA SIERO

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5° applicazione: riseria

Consumo energetico elettrico

0 5000 10000 15000 20000 25000

Gennaio Febbraio

Marzo Aprile

Maggio Giugno

Luglio Agosto

Settem bre

Ottobre Novem

bre Dicembre

kWh

Acquista risone da agricoltori della zona, lo lavora e commercializza riso convenzionale e biologico

Produce biossido di carbonio pari circa a 5,5 kg CO

₂

/t di prodotto

Il consumo energetico

per tonnellata

di riso prodotta è pari a 11.38 kWh/t

Potenza assorbita

0 20 40 60 80 100 120 140 160

kW

Potenza massima impegnata 180 kW

ridurre il contratto a 160kW?

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Impiego della lolla per

produrre energia da

biomassa

azienda non impiega calore

benefici fiscali

RISONE ESSICCATO

PULITURA A SECCO 112 kWh/giorno

SBRAMATURA 20,64 kWh/giorno

SEPARAZIONEDELLA LOLLA

160,26 kWh/giorno RISO INTEGRALE

SBIANCATURA 256 kWh/giorno

LOLLA

GERME

E

CRUSCA RISO

BIANCO CLASSIFICAZIONE

27,43 kWh/giorno

CONFEZIONAMENTO 219,67 kWh/giorno

LUCIDATURA 38,83 kWh/giorno

RISO LAVORATO

Introduzione di fotocellule o

lampadine a maggior efficienza

struttura molto alta

una volta avviato l’impianto non serve

manodopera

maggiore controllo

dell’illuminazione inverter

Analisi del processo produttivo:

individuazione dei punti critici energetici

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Lavorazione: 1600 tonnellate di risone annue

20% è lolla 320 tonnellate all’anno PCI _lolla = 4060 kcal/kg U % _lolla = 10 %

Energia prodotta annua = 1338 MWh η = 50% (bruciatore meno efficiente)

Interventi sugli impianti e sulla struttura: recupero da

biomassa

Energia prodotta annua = 669000 kWh Costo energia termica = 0.07€

46830 €/anno

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Il settore delle produzioni alimentari costituisce un ambito molto

interessante per l’applicazione dei concetti dell’analisi energetica in quanto gia’ “abituato” a ragionare per processi e per filiera.

L’individuazione di valori specifici di consumo può favorire la

consapevolezza di determinati punti critici energetici tipici del processo.

Le proposte tecniche che l’analisi suggerisce hanno un impatto sia sui consumi energetici sia sulla sostenibilità delle produzioni.

Migliorare l’efficienza energetica è un percorso lungo che richiede competenza, metodo e

consapevolezza;

un buon risultato si ottiene come somma di tante azioni che, se prese singolarmente, potrebbero

essere considerate di poco conto, ma nel loro insieme portano a risultati interessanti.

Conclusioni

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Servizio offerto: audit energetico

1°fase : ANALISI DOCUMENTALE

2°fase : ANALISI AZIENDALE

3°fase : REPORT

4°fase : ASSISTENZA

ALL’IMPLEMENTAZIONE

TECNOLOGICA

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Servizio offerto: audit energetico

ANALISI DOCUMENTALE

raccolta dati: bolletta elettrica, consumi di combustibili e di acqua, dati di produttività, compilazione di una check list

ANALISI AZIENDALE

incontro con personale in grado di illustrare il processo produttivo, le potenze e tempi di utilizzo delle utenze elettriche

REPORT

inquadramento e confronto dell’azienda in ambito europeo, determinazione dei consumi ed emissione di biossido di carbonio

per tonnellata prodotta, suggerimenti utili e concreti per risparmiare energia

ASSISTENZA ALL’IMPLEMENTAZIONE

TECNOLOGICA l’ affiancamento all’azienda per un’analisi delle proposte tecniche, acquisto di motori, interventi alla struttura aziendale

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Prezzi concorrenziali

Numero addetti azienda

< 10 10 < n °< 50 > 50

€ ⁸⁰⁰ ¹⁰⁰⁰ ¹²⁰⁰

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Servizio offerto: audit energetico

Referente tecnico

Università degli studi di Milano (www.unimi.it)

Dipartimento di ingegneria agraria (DIA)

(www.dia.unimi.it) RICCARDO GUIDETTI tel. 0250316870 (riccardo.guidetti@unimi.it)

VALENTINA GIOVENZANA

tel. 0250316866 (valentina.giovenzana@unimi.it)

Responsabile progetto

Agrimercati ( www.agrimercati.it) ALESSANDRO MERLO

tel. 02/85154323 Fax 02/85154478

(merlo.alessandro@mi.camcom.it )

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