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eeee l ITG Agrícola viene insistiendo en lanecesidad de que las instalaciones deinvernaderos reúnan un mínimo decaracterísticas técnicas que permitan la

creación de un clima adecuado para los cultivos. Peroestá claro que ello exige una serie de dotaciones quefaciliten un adecuado manejo y que a su vez laspropias estructuras lo justifiquen. Y en este sentidosiempre destacamos la enorme ventaja de las capillassobre los túneles. Las capillas pueden justificarlas, lostúneles no.

Pero para ello todas las explotaciones de invernaderos,capillas o túneles, necesitan una fuente de energía eléc-trica. Y frecuentemente su ubicación se encuentra leja-na para realizar una toma razonable. Esto condiciona enmuchos casos la calidad de las estructuras deinvernadero que se vienen montando, lo que constituye

un contratiempo serio para el desarrollo del sector.El ITGA decidió estudiar el empleo de energíasalternativas y renovables para solucionar el problemade esas explotaciones y, para ello, estableciócontactos con el Departamento de Proyectos eIngeniería Rural de la Escuela de Ingenieros Industrialesde la UPNA, y más concretamente con su director D.Paulino Martínez Landa. Finalmente, el estudio lo hallevado a cabo D. Ignacio Sánchez Manero, comoproyecto fin de carrera, mediante un convenio decolaboración entre estas dos entidades, y en él se hanobtenido interesantes resultados.El presente artículo aborda de manera resumida estetema, con las primeras conclusiones del estudio quepueden aplicarse no sólo a los invernaderos sino tam-bién a otros tipos de explotaciones agrícolas yganaderas.

La energía solar y losinvernaderos en Navarra

AApplliiccaacciióónn ddee eenneerrggííaass rreennoovvaabblleess

Ignacio Sánchez Manero(INGENIERO TÉCNICO INDUSTRIAL ELÉCTRICO E INGENIERO INDUSTRIAL

POR LA UNIVERSIDAD PÚBLICA DE NAVARRA)

EEn el centro y sur de Navarra el númerode días soleados es alto. Tenemos ade-

más zonas con vientos persistentes y, en al-gunos supuestos, explotaciones cercanas acursos de agua. Y esto nos ha hecho pen-sar desde hace tiempo, en las energías alter-nativas y en su posibilidad de aplicación alas explotaciones de invernaderos, o decualquier otro tipo, agrícola o ganadera.

Conscientes de la situación, desde el ITGAgrícola, y en concreto el Área de Inverna-deros estableció contacto con la Escuelade Ingenieros Industriales de la UPNA, con-cretamente con D. Paulino Martínez Landadel Departamento de Proyectos e Ingenie-ría Rural, con el fin de que dicho estudiopudiera ser realizado mediante un conve-nio de colaboración entre ambas partes.

Como resultado de estas conversaciones ydirigido por el profesor Martínez Landa, elalumno de dicha Escuela, Ignacio SánchezManero, realiza un estudio denominado"Aplicación de energías renovables a inver-naderos", y del que entresacamos los si-guientes objetivos:

■■ conocer si mediante energías de carác-ter renovable se pueden lograr inverna-deros autosuficientes desde el punto devista energético,

■■ y comprobar si dicha posibilidad es via-ble para llevarla a cabo con las solucio-nes técnicas que existen en la actuali-dad. En definitiva se trata de dotar a lasexplotaciones de invernaderos de ener-gía eléctrica procedente de fuentes deenergía alternativa, en este caso ener-gía solar, que resulte aconsejable tantotécnica como económicamente.

Otros objetivos del estudio son:

■■ Tener una base de conocimientos parallevar a cabo los pasos necesarios queconduzcan a mejorar la solución del pro-

blema planteado,logrando mejorarla eficiencia tantotécnica comoeconómica de losrecursos disponi-bles en cada lu-gar de ubicación.

■■ Dicho estudio de-be servir comopunto de partidapara el desarrollo posterior de tales apli-caciones y otros estudios encaminados ala consecución de energía en puntos ale-jados de la red eléctrica.

En este sentido, el objetivo se ha logradoplenamente ya que el estudio concluyecon diversas opciones posibles, perodeja cimentadas las bases para la reali-zación de nuevos y específicos trabajos.

Creemos obligado dar a conocer, a travésde la revista Navarra Agraria, la existenciade dicho estudio, que naturalmente obraen poder de la Escuela de Ingenieros Indus-triales de la UPNA y en el ITG Agrícola.

Por último divulgar también que, según el es-tudio, existen ayudas oficiales para estetipo de instalaciones. En concreto "La eje-cución de proyectos que desarrollen instala-ciones de aprovechamiento de energías re-novables está premiado tanto con ayudasdel Gobierno de Navarra, como del Institutode Diversificación y Ahorro Energético(IDAE). Ambas ayudas son compatibles.

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Razones del ITGA parapromover el estudioRazones del ITGA parapromover el estudio

LL as características atmosféricas quese presenten en cada lugar, condicio-

nan qué tipo de fuente de energía renova-ble se puede utilizar en cada explotación,ya que de ellas dependerá el sistema ainstalar, para su captación y su posteriorgeneración de energía eléctrica de formaautónoma.

Las fuentes de energía re-novables que se han considerado enel estudio son: la energía solar (sólo seha utilizado la energía solar fotovoltaicaque es aquella que produce energía eléc-trica directamente, prescindiendo de laenergía solar térmica que es aquella que

nos genera calor), la energía eólica proce-dente del viento y la energía hidráulicaprocedente de un salto de agua próximo.

Entre éstas tres fuentes de ener-gía, se ha escogido la energía solar fo-tovoltaica para este caso en particular,ya que es la que mejor se ajusta a lascondiciones que se presentan para nues-tro caso y para el lugar donde se ubica elinvernadero.

La explotación del recurso eóli-co se desestimó, una vez comprobadaslas medidas de velocidad del viento del lu-gar, que resultan inferiores a la mínima

que requiere un aerogenerador para fun-cionar. Esto puede deberse a que el in-vernadero se encuentra en un valle y lafuerza con la que sopla el viento no es lasuficiente como para realizar una instala-ción eólica que resulte eficiente.

La energía hidráulica proce-dente de un salto de agua no se ha consi-derado, debido a que aguas arriba del in-vernadero ya existe una minicentral hi-dráulica que aprovecha la diferencia de al-turas existentes en el cauce del Ebro.

La energía solar térmica,aquella que nos genera calor y que nos

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PP LANTEAMIENTO

EE l ITG Agrícola y más concretamente su departamentode invernaderos deseaba realizar un primer estudio

acerca de la posible implantación de energías renovablesen los invernaderos existentes en Navarra. Sus técnicos,en su trabajo diario, recogen la necesidad de los inverna-deristas de disponer de suministro energético en puntosalejados de la red eléctrica, con el fin de satisfacer los con-sumos existentes en dichas explotaciones. Dichos puntosde consumo pueden ser:

●● Motores para ventanas.

●● Motores para pantallas térmicas.

●● Programadores para el control climático.

●● Calefactores de aire. Quemadores.

●● Sistema de riego.

●● Sistema de hidroponía.

●● Sistemas de humidificación: fog, cooling.

●● Iluminación del invernadero o de instalacionesanexas.

●● Posibilidad de aplicación de CO2.

●● Otros...

Ante la gran cantidad de consumos expuestos, elITG Agrícola ha estimado que en un primer momento seanconsideradas las necesidades energéticas procedentes delas siguientes actuaciones: motores de ventanas, motoresde pantallas térmicas, sistemas de humidificación y siste-mas de riego.

El estudio se ha desarrollado en un invernaderoubicado en la finca experimental de Sartaguda, unacapilla de tres naves y dedicado al cultivo hidropónico, conuna superficie de 700 metroscuadrados. El hecho de realizardicho estudio en este inverna-dero responde a que se halladotado de diversos mecanismosque exigen consumo energéticoy además se pueden tomar congran exactitud los datos relati-vos a consumos y momentosdel día en que se producen.

elección del tipode energía renovable a utilizar

puede satisfacer la demanda calorífica delinvernadero en determinados momentosdel año, no ha sido considerada ya que losdías del año en que se requiere este tipode energía (invierno) son días en los que lacaptación de energía solar no resulta muyalta (en esa época hay pocas horas luz yademás con abundantes días nubosos).En consecuencia, la instalación de siste-mas para el aprovechamiento térmico deeste recurso sería ineficiente.

Por otra parte, se debe sumar ala anterior explicación el hecho de que lademanda calorífica de un invernadero seproduce generalmente durante las noches(cuando el termómetro alcanza temperatu-ras mínimas) y la generación de calor pro-cedente del sol se produce durante las ho-ras diurnas. Existe por lo tanto un desfaseentre la generación de calor y su demanda,requiriendo de ciertos sistemas de acumu-lación de calor que reducen los rendimien-tos que se pueden obtener en estos tiposde instalaciones.

La solución adoptada en este ca-so de suministrar la energía requerida porel invernadero a partir de la energía solarfotovoltaica no significa que para el resto deinvernaderos sea la única fuente energéticaque pueda ser aprovechada, sino que enfunción de las características específicasque haya en cada lugar de ubicación del in-vernadero será conveniente el aprovecha-miento de unos u otros recursos, debiéndo-se de realizar un estudio detallado.

Cabe también la posibilidad deaprovechar varias fuentes energéticas a lavez para una misma explotación, resultan-do las instalaciones híbridas. Por ejemplo,una instalación en el que se coloquen mó-dulos fotovoltaicos (paneles) junto con ae-rogeneradores. Otra posibilidad es combi-nar el aprovechamiento de un recurso decarácter renovable con la utilización degrupos electrógenos que nos produzcan laenergía eléctrica demandada en los mo-mentos en que la instalación de captaciónde energía renovable no sea capaz de su-ministrar toda la demanda energética quetengamos.

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El objetivo que presenta ITGAgrícola es estudiar la posibili-dad de suministrar la totalidadde la energía que demanda encada momento del día un inver-nadero mediante fuentes de ca-rácter renovable y posterior-mente realizar cálculos de via-bilidad económica de las solu-ciones que se aporten al pro-blema.

Para realizar un buen diseñode la instalación fotovoltaica,se debe partir del conoci-miento de dos aspectos:

La radiación solar que secapta en el lugar donde seubica el invernadero. Los da-tos recabados son tomadosde la estación meteorológicaque dispone Riegos de Na-varra en la misma finca de

Sartaguda. Los datos conlos que se han realizado loscálculos de la instalación fo-tovoltaica pertenecen a losaños 2001 y 2002 siendoanotados cada 10 minutos alo largo de todos los días delaño. En principio, deberíaser analizada una secuenciade años más larga pero paraITG Agrícola y según los ob-jetivos que se persiguen seha creído suficiente conside-rar dos años.

Los valores de consumoenergético que demanda laexplotación.

Se deben conocer tanto las po-tencias eléctricas que requierecada equipo como los momen-tos al cabo del día en que entraen funcionamiento cada apara-to y sus funcionamientos simul-táneos con otros. Es crucial co-nocer esto último, ya que debe-mos saber la potencia de con-sumos en momentos puntuales,tanto de día como por la noche.Y ello con el fin de disponer deun sistema de acumulación deenergía eléctrica (baterías) demayor o menor dimensión, da-do el consiguiente desembolsoeconómico que supone.

dato

s

de partida

WWWWaaaa tttt iiii oooo ssssLos valores de la radiación solar obtenidos, losWatios de potencia, vienen dados por el númerode Watios que se obtienen en un instante detiempo sobre una superficie horizontal de un me-tro cuadrado. A partir de estos valores, se pue-den determinar los que se captan sobre una de-terminada superficie inclinada en un cierto ángu-lo y con una cierta orientación Norte-Sur.

La inclinación de los paneles fotovoltai-cos depende de la latitud del lugar y de los mo-mentos al cabo del año en que se producen ma-yores consumos. Es decir, si la distribución de lademanda energética de un invernadero no esconstante (tal y como se ha comprobado, obser-vando los gráficos que a continuación se expo-nen) y se produce la mayor demanda en verano,conviene inclinar un ángulo pequeño los paneles,ya que en estas épocas, el sol se encuentra amayor altura que en la época invernal y para quelleguen los rayos solares lo más perpendicularesa los paneles (con el fin de captar la máximaenergía posible) se inclinan estos paneles un pe-queño ángulo. Si por el contrario, la mayor de-manda energética se produce en los meses deinvierno, se aconseja inclinar los paneles en unángulo mayor con el fin de que cuando el sol seencuentre a menor altura respecto a la que al-canza en verano, los rayos solares lleguen e inci-dan más perpendiculares a los paneles fotovol-taicos. De ahí la importancia de conocer qué sis-temas de consumo son los que van a ser satisfe-chos mediante la instalación fotovoltaica y cuales la distribución de energía demandada al cabodel año, así como a lo largo del día.

La orientación Norte-Sur con la que seinstalan los paneles es de 0º Sur y el ángulo deinclinación que se ha escogido ha sido de 35º.Conviene señalar que las estructuras que portana los paneles deben poder permitir dicha inclina-ción y deben estar ubicadas en lugares abiertosal exterior con el fin de que no haya obstáculos asu alrededor que puedan proyectar sus sombras,reduciendo la captación de energía.

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CCAPTACIÓN DE LARADIACIÓN SOLAR

CCONSUMOS CONSIDERADOSEN EL ESTUDIO

Los consumos considerados que deben ser satisfechos median-te la instalación fotovoltaica han sido los siguientes:

✔ Sistema de ventilación: 3 motores de potencia 310 W à 930 Watios

✔ Sistema de pantalla térmica: 1 motor de 310 W à 310 Watios

✔ Sistema de FOG: grupo presión y bomba de agua à 3.300 Watios

✔ Sistema de riego hidropónico: cabezal de riego, cabezal de hidroponía,agitador de abonos, bomba de suministro de agua à 5.500 Watios

✔ Sistema de recogida de lixiviados: 1 bomba de agua à 1.300 Watios

✔ Otros sistemas: consumo constante en el día à 150 Watios

Total ............. 11.490 Watios

l sistema fotovoltaico estará for-mado principalmente por los si-guientes elementos, los cuales

hay que determinar en función de lascaracterísticas tanto técnicas comoambientales que dispongamos en ca-da caso:

1 Generador fotovoltaico2 Regulador de carga3 Batería de acumulación4 Inversor5 Sistemas de consumo

1 - El generador fotovoltaico es elencargado de transformar la ener-gía del sol en energía eléctrica.Este generador está formado porun número de paneles fotovoltai-cos conectados que nos propor-cionan la demanda de energía re-querida por la explotación.

2 - El regulador de carga nos per-mite controlar los procesos de car-ga y descarga de la batería y es elencargado de proteger a las bate-rías contra sobrecargas o contrasobredescargas excesivas que po-drían resultar dañinas para las ba-terías, acortando su vida útil.

3 - La energía producida por el ge-

nerador fotovoltaico se acumulaen un sistema de baterías, deeste modo la energía producidadurante las horas de sol se puedeutilizar durante la noche o en mo-mentos en los que no se dispongade la suficiente radiación solar pa-ra generar la energía necesaria.La batería es un elemento que vaestar cargándose y descargándo-se cíclicamente de manera queconviene dimensionarla conve-nientemente para que tenga unalarga vida útil.

4 - Los módulos fotovoltaicos pro-ducen corriente continua que sepuede almacenar directamente enlas baterías. En el caso de quetengamos que dar suministro eléc-trico a aparatos que consumen co-rriente alterna, como es el caso dela mayoría de los sistemas de con-sumo existentes en un invernade-ro, se debe disponer de un inver-sor el cual se encargue de trans-formar la corriente continua en co-rriente alterna y la realice con elmáximo rendimiento posible. Ade-

más hay que señalar que los equi-pos instalados en los invernade-ros, suelen ser equipos trifásicos,de manera que habrá que conse-guir al final energía eléctrica enforma trifásica (lo que aumenta elcosto de la instalación).

5 - Los sistemas de consumoabarcan a todos los consumos ocargas eléctricas que el sistemafotovoltaico ha de satisfacer, loscuales pueden ser en corrientecontinua o en corriente alterna (esla situación general en este mo-mento). Una buena determinaciónde los consumos que va a abaste-cer la instalación fotovoltaica es unhecho fundamental a la hora de di-señar tal instalación.

El diseño de la instalación fotovol-taica se basa en la realización debalances de energía consumida yenergía generada cada día delaño, teniendo en cuenta el estadode carga en que se encuentran lasbaterías al finalizar cada día, asícomo los rendimientos que tienecada componente que conforma lainstalación fotovoltaica.

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R componentes qquuee ccoonnffoorrmmaanneell ssiisstteemmaaffoottoovvoollttaaiiccoo

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BATERÍAS

PLACAS Ó PANELES SOLARES

TRANSFORMADORDE CORRIENTE

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LLa primera conclusión y respuesta al origen de este estu-

dio, que era conocer la viabilidad económica de la

obtención de energía a través de la energía solar, para

este supuesto concreto, da como resultado que no es viable

económicamente dicha posibilidad, en función de los pun-

tos de partida que se han tomado.

La anterior afirmación convendría matizarla en algunos as-

pectos con el fin de que dicho estudio no sea considerado

como un obstáculo para un posterior desarrollo de las ener-

gías renovables encaminadas a su aplicación en explota-

ciones de invernaderos, o explotaciones en general, que se

encuentran aisladas de la red eléctrica.

El aspecto fundamental a tener en cuenta para comprender dicha conclusión es que unode los puntos de partida del estudio era que la totalidad de la demanda energética fuera satis-fecha en todo momento mediante energía solar fotovoltaica. Este hecho lleva a sobredimen-sionar en gran cuantía toda la instalación fotovoltaica para que sea cumplido el punto de par-tida antes reflejado.

El sobredimensionamiento de la instalación es consecuencia de que cubra la demanda

energética considerada, en todo momento, en el período de los dos años estudiados, consi-

derando incluso los momentos en que la radiación solar es baja y muy baja (sobre todo en in-

vierno). Este sobredimensionado de la instalación fotovoltaica lleva a utilizar más módulos foto-

voltaicos, más baterías principalmente, lo que hace que el costo de la instalación se eleve de

manera importante.

De acuerdo con la experiencia de las personas que trabajan en el campo de la ener-

gía solar fotovoltaica para su posterior aplicación en modo autónomo, tenemos que enten-

der que las fuentes de energías renovables no deben ser consideradas como fuentes deenergías sustitutivas de otros modos de producción de energía, ya que debido a que no se

puede asegurar su disponibilidad en el tiempo entonces no se pueden considerar como ta-

les. Las fuentes de energías renovables cuando son aplicadas a instalaciones autónomas,

deben ser consideradas como modos de producción de energía complementarias al mo-

do que se esté utilizando en ese momento, pudiendo reducir en un porcentaje la produc-

ción de energía con los medios convencionales utilizados hasta ahora.

Si el estudio hubiera tenido otro punto de partida, en el que no fuera necesario satisfa-

cer la demanda energética en todo momento, de manera obligatoria, posiblemente habría

tenido resultados distintos a los presentados en este proyecto. Sin embargo, se debería rea-

lizar otro estudio acerca de los riesgos y consecuencias que se podrían presentar si la explo-

tación agraria quedara en algunos momentos sin energía eléctrica y si dichas consecuen-

cias pueden ser asumidas por los invernaderistas.

conc

lusi

ones del estudio

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El sistema de riego hidropónico,con sus diferentes motores, es el quemayor consumo presenta de la insta-lación. Algo más de un 80% de la de-manda energética total del invernaderoes el requerido por el sistema de fertirrie-go hidropónico. Este sistema, además,representa la mayor potencia eléctricaconsumida en cada momento, contribu-yendo al elevado costo económico de lainversión a realizar.

El resto de sistemas de consu-mo, ventilación, pantalla térmica y reco-gida de lixiviados presentan potenciaseléctricas más proclives a ser alimenta-das por parte de sistemas fotovoltaicosautónomos, de ahí que pueda ser posi-ble que resulte viable económicamen-te la aplicación de la energía solar fo-tovoltaica a los sistemas de ventilación,pantalla térmica y recogida de lixiviadosen su conjunto.

En cuanto a los sistemas de riego yhumidificación, se aconseja diseñar la ins-talación fotovoltaica de manera que enverano dicho instalación pueda proporcio-nar toda la energía que necesita el inver-nadero, mientras que en invierno la pro-ducción de energía sea apoyada median-te un grupo electrógeno, con el fin de no

sobredimensionar la instalación fotovoltai-ca para que dicha inversión sea económi-camente viable.

Otra conclusión a tener en cuentaes el riesgo y consecuente peligro de queroben los módulos fotovoltaicos y parte dela instalación. Dicho riesgo existe tal y co-mo se puede ver en la prensa sobre suce-sos que han ocurrido en nuestra Comuni-dad en las instalaciones que existen en laactualidad.

Los módulos fotovoltaicos constitu-yen un producto muy goloso para los la-drones, con independencia del lugar don-de hayan sido colocados, como desgracia-damente se ha comprobado. Para evitardichos robos, es conveniente y diría obli-gatorio, disponer de ciertos sistemasde alarmas que nos permiten detectarlos.

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La solución que se planteapara el suministro de energía enpuntos alejados de la red eléctricaes recurrir a instalaciones mixtas degrupo electrógeno y aprovecha-miento de algún recurso renovable(sol, viento, salto de agua). De es-ta manera no se recurre a sobredi-mensionar la instalación, puestoque contamos con un sistema deapoyo de suministro de energíaeléctrica para aquellos momentosen los que no se pueda satisfacerla demanda con la fuente de ca-rácter renovable. El dimensionadode la instalación mixta debería rea-lizarse de manera que, en verano,el consumo pueda ser satisfechocon la instalación fotovoltaicamientras que en invierno y durantelos periodos de días en los que laradiación solar sea baja, se recurri-ría al grupo electrógeno comofuente energética para los consu-mos que se presenten y la cargade las baterías.

Esta solución parece via-ble tanto técnica como económi-camente, ya que la totalidad delas instalaciones de invernaderoscapillas de Navarra que se en-cuentran aislados de la red eléctri-ca disponen de grupos electróge-nos para su suministro energético,de manera que ya se cuenta conuna parte del sistema mixto.

Otra posible solución al problema,pudiera ser no abordar de forma

global el suministro de energía delinvernadero con una instalación fo-tovoltaica, sino solamente suminis-trar a algunos de los diferentes sis-temas, especialmente aquéllos quese prestan más (según sus caracte-rísticas) a un posible suministroenergético a través de la energíaprocedente del sol. Las necesida-des de estos sistemas concretos po-drían ser satisfechas a través deuna instalación fotovoltaica duran-te todo el año, y exigiendo asimis-mo la posibilidad de conectar ungrupo electrógeno que nos permi-ta no sobredimensionar la instala-ción en gran cuantía y evitar posi-bles riesgos para la explotaciónagrícola.

Como última posible solu-ción, cabría el plantearse desde elprincipio que los sistemas de consu-mo a instalar en el invernadero fue-ran satisfechos energéticamentemediante energías renovables. Deesta manera, por ejemplo, el siste-ma de riego a instalar en la explo-tación sería especialmente diseña-do para trabajar mediante energíaprocedente del sol y/o del viento.

Dichos sistemas existen comercial-mente y se tendría que ver cual esel que mejor se adapta a nuestrosrequisitos. Igualmente ocurriría conlos demás sistemas que se instalanen el invernadero que, como se hapodido comprobar, se adecuanmejor a un posible suministro deenergía vía solar o eólica.

Se trataría de cambiar lavisión acerca del suministro deenergía al invernadero. Es decir, enlugar de disponer de los sistemasque requiera el invernadero comosi éste fuese alimentado mediantered eléctrica o grupo electrógenoy luego pensar en alguna alternati-va que nos proporcione energía através de la aplicación de energíasrenovables al mismo, habría quepensar desde el principio en que elinvernadero ha de ser alimentadomediante energías renovables, loque nos puede llevar a utilizar otrosequipos que nos accionen los siste-mas con los que está dotado la ex-plotación y conseguir de ésta ma-nera una mayor eficiencia en elaprovechamiento de la energía dela que se dispone.

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