LA REFRIGERAZIONE DEL LATTE ALLA STALLA · della trasformazione Consegnare il latte entro 2 ore...
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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
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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
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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
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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
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Sorgente Fredda
Sorgente Calda
Macchina Frigorifera
Lavoro
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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
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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
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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
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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
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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
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SERBATOI REFRIGERANTI
gruppo frigorifero
vasca
Componenti accessori:
agitatore
termostato
termometro
unità di controllo
lavaggio automatico
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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
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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
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GRUPPO FRIGORIFERO
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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
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più silenziosi, richiedono meno energia (circa -42% secondo uno
studio fatto nel Vermont), maggior durata e più affidabilità
Compressore Scroll
GRUPPO FRIGORIFERO
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Condensatore:
ad acqua
ad aria
compatto, unità frigo montata solidale
alla vasca
pacco alettato elettroventilatore
remoto, dislocato a distanza
GRUPPO FRIGORIFERO
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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
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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
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1
2
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SERBATOIO DI REFRIGERAZIONE DEL LATTE
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Particolare del condensatore
compressore
condensatore
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SISTEMI DI REFRIGERAZIONE
diretti indiretti
Classificazione in base alla modalità di trasferimento del calore
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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
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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)
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Aspersione di acqua ghiacciata
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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
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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
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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
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PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)
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
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PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)
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
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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
PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)
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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
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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
PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)
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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
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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)
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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
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Modalità d’uso dei serbatoi refrigeranti
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.
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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.
Modalità d’uso dei serbatoi refrigeranti
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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
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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/