LA REFRIGERAZIONE DEL LATTE ALLA STALLA · della trasformazione Consegnare il latte entro 2 ore...

Corso di Laurea Scienza e Tecnologie Agrarie (STA3)

Corso Macchine e Impianti Agricoli (MIA)

A.A. 2011-2012 Dipartimento Ingegneria del Territorio - Università degli Studi di Sassari

LA REFRIGERAZIONE DEL LATTE ALLA STALLA

DIT-Sezione di Meccanizzazione ed Impiantistica - UNISS 2

REFRIGERAZIONE E QUALITÀ DEL LATTE

Temperatura del latte appena munto: 33-35 °C

Il latte costituisce un buon terreno di coltura per molti ceppi di microrganismi che vi si trovano naturalmente e che provengono tanto dall’interno che dall’esterno della mammella

CMT = Conta Microbica Totale per millilitro

Alla temperatura di mungitura la CMT raddoppia ogni 20 min


Preservare la qualità del latte fino al momento

della trasformazione

Consegnare il latte entro 2 ore dalla mungitura

oppure

Refrigerare il latte fino a 4°C nell’arco di 2-3 ore

REFRIGERAZIONE E QUALITÀ DEL LATTE

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La refrigerazione è un trattamento batteriostatico, non battericida, quindi non può risanare un latte inquinato

Le prestazioni di un impianto di refrigerazione condizionano l’efficienza di contenimento della moltiplicazione batterica

La qualità del latte dipende principalmente dalle condizioni d’igiene nelle quali si effettua la mungitura

DIT-Sezione di Meccanizzazione ed Impiantistica - UNISS

REFRIGERAZIONE

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Refrigerare un corpo significa abbassarne la temperatura senza portarlo al punto di congelamento. Ciò implica la sottrazione di una certa quantità di calore che viene trasferita e smaltita in un mezzo esterno.

Quando avviene spontaneamente, il flusso di calore va nel verso delle temperature decrescenti, cioè passa da un corpo caldo ad uno freddo.

REFRIGERAZIONE


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La macchina frigorifera inverte il senso naturale del flusso termico, cioè consente di trasferire il calore da una sorgente fredda verso un corpo caldo. Questo processo avviene con una certa spesa di energia.

REFRIGERAZIONE


Sorgente Fredda

Sorgente Calda

Macchina Frigorifera

Lavoro


MACCHINA FIRGORIFERA A COMPRESSIONE Utilizza come vettori termici i fluidi frigorigeni sfruttandone le particolari proprietà

termodinamiche:

• evaporano a temperatura e pressione ridotte assorbendo calore

• condensano a temperatura e pressioni più alte cedendo calore

L’effetto refrigerante viene prodotto dal calore latente di evaporazione

I fluidi refrigeranti vengono sottoposti a dei cambiamenti di stato che avvengono in

modo controllato e ripetitivo all’interno di un circuito frigorifero composto da 4

organi principali:

l’evaporatore,

il compressore,

il condensatore,

il dispositivo di laminazione


SCHEMA DEL CIRCUITO FRIGORIFERO

Alta pressione

Bassa pressione

Evaporatore

Compressore

Condensatore

Dispositivo di laminazione

Calore Q

+ Lavoro L

Calore Q

Lavoro L

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SCHEMA DEL CIRCUITO FRIGORIFERO

LAMINAZIONE COMPRESSIONE

CONDENSAZIONE

EVAPORAZIONE



FLUIDI REFRIGERANTI Per fluidi frigorigeni si intendono quelle sostanze fatte circolare all’interno di un impianto frigorifero i cui cambiamenti di stato sono all’origine della produzione di freddo.

Possono essere di tipo:

• NATURALE - Ammoniaca, anidride carbonica, anidride solforosa (tossici e altamente infiammabili)

• SINTETICO - Gas derivati dal metano e dall'etano per sostituzione degli ioni idrogeno

con ioni di alogeni come il cloro, fluoro, bromo (ininfiammabili e atossici)

CFC: clorofluorocarburi - impatto ambientale elevato (distruzione strato di ozono, effetto serra), fuori produzione dal 1996 HCFC: idroclorofluorocarburi - impatto ambientale basso, fuori produzione a livello mondiale dal 2030 HFC: idrofluorocarburi - privi di cloro quindi non rappresentano un problema per quanto riguarda l'ozono, ma contribuiscono all’effetto serra


FLUIDI REFRIGERANTI

CFC: R-12 (Difluoro-dicloro-metano) ebolliz. -30 °C

HCFC: R-22 (Difluoro-monocloro-metano) ebolliz. -40 °C

HFC: R-134a (tetrafluoroetano, sostituiscono R12) ebolliz. -30 °C

R-507, R-404a, R- 407c (sostituiscono R22) ebolliz. -45 °C

R-717 (Ammoniaca) ebollizione -33,5 °C , poco diffuso a causa delle sue caratteristiche di tossicità ed infiammabilità, che comportano elevati costi dei sistemi di sicurezza.

SCELTE TECNOLOGICHE

refrigerazione in bidoni

serbatoi refrigeranti

prerefrigeratori + serbatoi refrigeranti

refrigerazione istantanea

prerefrigerazione + refrigerazione istantanea

12 DIT-Sezione di Meccanizzazione ed Impiantistica - UNISS

REFRIGERAZIONE IN BIDONI

• serpentini ad immersione

• evaporatori ad immersione

• coni refrigeranti

aziende con basse produzioni latte decentrate

rispetto al punto di raccolta

punti critici: Igiene gravosità fisica


SERBATOI REFRIGERANTI

gruppo frigorifero

vasca

Componenti accessori:

agitatore

termostato

termometro

unità di controllo

lavaggio automatico


Vasca

• tipo: aperto chiuso

• volume nominale: 50 ÷ 32.000 litri (dm3)

• forma: cilindrica verticale, parallelepipeda, emicilindrica, cilindrica orizzontale


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Gruppo frigorifero con compressore ermetico

GRUPPO FRIGORIFERO

Evaporatore: • a nido d’ape

• a placche

• tubolare, a serpentina


singolo o multipli a seconda del VN

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0,20-0,25 kW/100 dm3 VN tank per 2 mungiture

0,11-0,19 kW/100 dm3 VN tank per 4 mungiture

Compressore: preleva il vapore frigorigeno a bassa p e bassa T e lo porta

a valori più elevati di p e T. Deve inoltre assicurare la circolazione del fluido entro il circuito

tipo: alternativo, a vite, scroll (spirale orbitante)

potenza: in funzione di

- volume nominale della vasca

- sistema di refrigerazione

- prestazioni di refrigerazione

COMPRESSORE

ALTERNATIVO


GRUPPO FRIGORIFERO


Nei compressori Scroll, detti a “spirale orbitante” la compressione del gas

avviene grazie all’azione combinata di due spirali evolventi accoppiate fra loro.

La compressione ottenuta risulta estremamente uniforme; si evitano così le

classiche “pulsazioni” tipiche dei compressori alternativi.

GRUPPO FRIGORIFERO


più silenziosi, richiedono meno energia (circa -42% secondo uno

studio fatto nel Vermont), maggior durata e più affidabilità

Compressore Scroll

GRUPPO FRIGORIFERO


Condensatore:

ad acqua

ad aria

compatto, unità frigo montata solidale

alla vasca

pacco alettato elettroventilatore

remoto, dislocato a distanza

GRUPPO FRIGORIFERO


COMPONENTI ACCESSORI

Agitatore: refrigerazione funzionamento continuo

conservazione funzionamento ciclico (2-3 min/13-15 min pausa)

singolo, multipli

regime di rotazione 30-32 giri min-1 (max 50)

motore elettrico indipendente


Dispositivi di misura e regolazione:

• termometro • termostato • asta graduata

• sistemi elettromeccanici con avvio manuale (marcia automatica, marcia forzata)

• sistemi elettronici per monitoraggio temperatura, controllo dell’unità frigo e dell’agitatore, ritardo 1° mungitura, gestione allarmi

• centralina controllo impianto lavaggio automatico

• unità programmabili con controllo integrato refrigerazione, lavaggio, misura quantità di latte, monitoraggio remoto

II

I

III

COMPONENTI ACCESSORI


1

2

3 4

SERBATOIO DI REFRIGERAZIONE DEL LATTE


Particolare del condensatore

compressore

condensatore


SISTEMI DI REFRIGERAZIONE

diretti indiretti

Classificazione in base alla modalità di trasferimento del calore


Sistemi diretti o ad espansione diretta (RD)

il calore viene ceduto

direttamente dal latte al fluido

refrigerante

il termostato controlla il

gruppo frigorifero e l’agitatore

in base alla temperatura del

latte

refrigerazione del latte e

funzionamento del gruppo

frigorifero sono

contemporanei


Sistemi indiretti o ad aspersione di acqua ghiacciata (RI)

il calore è veicolato da un fluido intermedio (acqua gelida)

il termostato aziona il sistema

di circolazione dell’acqua

e l’agitatore del latte

refrigerazione del latte e

funzionamento del gruppo

frigorifero sono sfalsati

nel tempo

il gruppo frigorifero crea la riserva di acqua ghiacciata durante il

periodo intermungitura (16-18 h/d)


Aspersione di acqua ghiacciata


Diretti Indiretti

potenza specifica kW/100 l VN consumo energetico Wh/l latte * Prezzo

0,16

25-15

=

0,09

30-20

++

* il range di valori si riferisce a vasche con VN = 200 ÷1000 l

COMPARAZIONE PRESTAZIONI


funzionamento notturno minor spesa con tariffe differenziate

35

4

180 60 120

tempo (min) te

mpera

tura

(°C)

RD

RI

rapidità iniziale refrigerazione 3510°C

funzionamento non contemporaneo alla mungitrice riduzione picchi carico elettrico

curva di refrigerazione

VANTAGGI DEI REFRIGERATORI INDIRETTI


PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)

Le prestazioni di un refrigeratore del latte vengono definite in base alla seguente classificazione:

Classe di Prestazione Refrigeratore

Tempo di refrigerazione

del latte

Temperatura ambiente

Numero di mungiture



50% 25% 16.7%

2 6 4

2 tank progettato per refrigerare 50% del volume per volta

4 tank progettato per refrigerare 25% del volume per volta

6 tank progettato per refrigerare 16,7% del volume per volta

Numero di mungiture

A parità di volume della vasca, la potenza richiesta diminuisce all’aumentare del numero di mungiture.

Consegna quotidiana Consegna ogni due giorni

Consegna ogni tre giorni



Classe PT – Temperatura prestazione ST – Temperatura sicurezza

A 38 °C 43 °C

B 32 °C 38 °C

C 25 °C 32 °C

Temperatura ambiente

Classe Tempo massimo di refrigerazione di una

mungitura da 35°C a 4°C

0 2 ore

I 2,5 ore

II 3 ore

III 3,5 ore

Tempo di refrigerazione


Una vasca da 10 000 litri classe 4 B II è capace di refrigerare 2 500 litri di latte

da 35 a 4°C in max 3 h ad una temperatura ambientale di 32°C.

NB: i test sono eseguiti in " condizioni standard"

I dati di collaudo devono essere

riportati su una targa fissata alla vasca



la classe di prestazione deve essere

indicata sulla targa identificativa

dell’impianto oltre a

marca e modello e n° serie

anno fabbricazione

tipo e quantità di fluido refrigerante

potenza gruppo frigorifero

che fare quando mancano i

dati?

TARGA IDENTIFICATIVA


Congelamento del latte: non vi deve essere alcuna formazione di ghiaccio né

durante la refrigerazione né durante la conservazione

Accumulo di ghiaccio: la riserva di ghiaccio nei sistemi indiretti deve essere

sufficiente a a garantire la refrigerazione di una mungitura senza ulteriore azionamento

del gruppo frigorifero

Isolamento termico: quando il latte a 4°C è conservato nel tank di refrigerazione ad

una temperatura ambiente pari a PT, l’aumento medio di temperatura dopo 12 ore deve

essere al massimo di 3°C.

la norma EN13732 definisce anche i requisiti

progettuali, costruttivi, igienici ed i metodi di

collaudo dei serbatoi refrigeranti



DIMENSIONAMENTO SERBATOIO

• Volume Nominale serbatoio

1,10 nLmax VN

Lmax: produzione giornaliera max di latte

n: n° giorni di conservazione (1, 2, 3)

1,10: coefficiente maggiorativo sicurezza

• Coefficiente di utilizzazione

VN

nL CU

CU medio annuale > 0,6÷0,8 per avere un buon sfruttamento dell’impianto

se CU ↓ i costi di refrigerazione ↑

L: produzione giornaliera media di latte


CRITERI DI SCELTA SERBATOIO

Prestazioni adeguate alle esigenze aziendali

Minima incidenza dei costi di refrigerazione sul costo globale di produzione del latte

Classe di prestazione coerente con l’uso

Modalità di consegna

Tempo massimo di

refrigerazione

Quantità di latte prodotta giornalmente

Temperatura ambientale

del sito

Una T elevata diminuisce la capacità di smaltimento del calore del condensatore (aumento tempo di refrigerazione)

Correlazione positiva fra

durata della refrigerazione e

tasso di moltiplicazione

microbica

Quotidiana o a giorni alterni

La vasca deve avere un volume adeguato a contenere il latte di 2, 4 mungiture (in base ala modalità di consegna)


Modalità d’uso dei serbatoi refrigeranti

Marcia automatica

• Agitatore e gruppo funzionano contemporaneamente e sono comandati dal

termostato

• A gruppo fermo un timer consente la marcia dell’agitatore (2 minuti ogni 13)

Marcia forzata

• L’agitatore funzione in permanenza

• Il gruppo frigorifero è controllato dal termostato

da utilizzare all’immissione delle mungiture successive alla 2a

DIT-Sezione di Meccanizzazione ed Impiantistica - UNISS 41 41


1a Mungitura

Marcia automatica, anche quando il gruppo frigorifero si è

arrestato.

2a Mungitura

Marcia automatica, il gruppo frigo si riavvierà automaticamente.

Mantenere in marcia automatica quando il gruppo frigo si è

arrestato.


3a Mungitura

Marcia forzata. Introdurre il latte caldo e quando il gruppo

frigo si è rimesso in moto riportare in marcia automatica

lasciandovela anche quando il gruppo frigo si è arrestato.

4a Mungitura

Operare come per la terza mungitura.



CRITERI DI INSTALLAZIONE

Ampiezza della sala latte pari a 3-4 volte l’ingombro in pianta della vasca

Aerazione per garantire il raffreddamento del condensatore

Spazi attorno alla vasca sufficienti a garantire l’accesso da ogni lato

Disponibilità di acqua potabile

Pavimento con pendenza e pozzetto di scarico


Fonti bibliografiche

Pazzona A. et al. (1999)

Impianti di mungitura e refrigerazione del latte nell’allevamento ovino e caprino – Dimensionamento, costruzione e prestazioni, Ersat, Cagliari, p. 178

capitoli 14-20

http://www.delaval.com/Dairy_Knowledge/EfficientCooling/default.htm

http://www.delaval.it/Products/Cooling/default.htm

http://www.japy.com/

http://www.packo.com

http://www.fic.com

http://www.muel.com/

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