Refrigerazione

Corso di Laurea Scienza e Tecnologie Agrarie (STA3)
Corso Macchine e Impianti Agricoli (MIA)
LA REFRIGERAZIONE DEL
LATTE ALLA STALLA
A.A. 2011-2012 Dipartimento Ingegneria del Territorio - Università degli Studi di Sassari
REFRIGERAZIONE E QUALITÀ DEL LATTE
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
Temperatura del latte appena munto:
33-35 °C
Alla temperatura di mungitura
la CMT raddoppia ogni 20 min
CMT = Conta Microbica Totale per millilitro
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REFRIGERAZIONE E QUALITÀ DEL LATTE
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
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REFRIGERAZIONE
La refrigerazione è un trattamento batteriostatico, non
battericida, quindi non può risanare un latte inquinato
La qualità del latte dipende principalmente dalle condizioni
d’igiene nelle quali si effettua la mungitura
Le prestazioni di un impianto di refrigerazione condizionano
l’efficienza di contenimento della moltiplicazione batterica
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REFRIGERAZIONE
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.
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REFRIGERAZIONE
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.
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
Calore Q
+ Lavoro L
Condensatore
Alta pressione
Dispositivo di
laminazione
Compressore
Lavoro L
Bassa pressione
Evaporatore
Calore Q
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SCHEMA DEL CIRCUITO FRIGORIFERO
CONDENSAZIONE
LAMINAZIONE
COMPRESSIONE
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.
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SCELTE TECNOLOGICHE
 refrigerazione in bidoni
 serbatoi refrigeranti
 prerefrigeratori + serbatoi refrigeranti
 refrigerazione istantanea
 prerefrigerazione + refrigerazione istantanea
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REFRIGERAZIONE IN BIDONI
aziende con basse produzioni latte decentrate
rispetto al punto di raccolta
punti critici:
 Igiene
 gravosità fisica
• serpentini ad immersione
• evaporatori ad immersione
• coni refrigeranti
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SERBATOI REFRIGERANTI
 gruppo frigorifero
 vasca
Componenti accessori:
agitatore
termostato
termometro
unità di controllo
lavaggio automatico
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Vasca
• forma: cilindrica verticale, parallelepipeda, emicilindrica, cilindrica
orizzontale
• tipo:
aperto
• volume nominale:
chiuso
50 ÷ 32.000 litri (dm3)
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Gruppo frigorifero con compressore ermetico
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GRUPPO FRIGORIFERO
Evaporatore:
• a nido d’ape
• a placche
• tubolare, a serpentina
singolo o multipli a seconda del VN
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GRUPPO FRIGORIFERO
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)
COMPRESSORE
ALTERNATIVO
potenza: in funzione di
- volume nominale della vasca
- sistema di refrigerazione
- prestazioni di refrigerazione
0,20-0,25 kW/100 dm3 VN
tank per 2 mungiture
0,11-0,19 kW/100 dm3 VN
tank per 4 mungiture
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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.
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GRUPPO FRIGORIFERO
Compressore Scroll
più silenziosi, richiedono meno energia (circa -42% secondo uno
studio fatto nel Vermont), maggior durata e più affidabilità
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GRUPPO FRIGORIFERO
Condensatore:
 ad acqua
 ad aria
pacco alettato
elettroventilatore
compatto, unità frigo montata solidale
alla vasca
remoto, dislocato a distanza
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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
motore elettrico indipendente
(max 50)
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COMPONENTI ACCESSORI
Dispositivi di misura e regolazione:
I
• 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,
II
gestione allarmi
• centralina controllo
impianto lavaggio automatico
• unità programmabili con controllo integrato
refrigerazione, lavaggio, misura quantità di
III
latte, monitoraggio remoto
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SERBATOIO DI REFRIGERAZIONE DEL LATTE
2
4
3
1
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Particolare del condensatore
condensatore
compressore
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SISTEMI DI REFRIGERAZIONE
Classificazione in base alla modalità di trasferimento del calore
diretti
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indiretti
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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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COMPARAZIONE PRESTAZIONI
Diretti
Indiretti
potenza specifica kW/100 l VN
0,16
0,09
consumo energetico Wh/l latte *
25-15
30-20
=
++
Prezzo
* il range di valori si riferisce a vasche con VN = 200 ÷1000 l
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 rapidità iniziale
refrigerazione
3510°C
 funzionamento non
contemporaneo alla
mungitrice
 riduzione picchi
carico elettrico
temperatura (°C)
VANTAGGI DEI REFRIGERATORI INDIRETTI
curva di refrigerazione
35
RD
4
RI
60
120
180
tempo (min)
 funzionamento notturno  minor spesa con tariffe
differenziate
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PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)
Le prestazioni di un refrigeratore del latte vengono definite in base alla seguente classificazione:
Temperatura
ambiente
Numero di
mungiture
Tempo di
refrigerazione
del latte
Classe di Prestazione
Refrigeratore
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PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)
Numero di mungiture
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
2
4
6
Consegna quotidiana
Consegna ogni
due giorni
Consegna ogni
tre giorni
50%
25%
16.7%
A parità di volume della vasca, la potenza richiesta diminuisce all’aumentare
del numero di mungiture.
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PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)
Temperatura ambiente
Classe
PT – Temperatura prestazione ST – Temperatura sicurezza
A
38 °C
43 °C
B
32 °C
38 °C
C
25 °C
32 °C
Tempo di refrigerazione
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
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PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)
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
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TARGA IDENTIFICATIVA
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?
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PRESTAZIONI DI REFRIGERAZIONE (EN 13732:2005)
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
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DIMENSIONAMENTO SERBATOIO
• Volume Nominale serbatoio
VN  Lmax  n  1,10
•
Lmax: produzione giornaliera max di latte
n: n° giorni di conservazione (1, 2, 3)
1,10: coefficiente maggiorativo sicurezza
Coefficiente di utilizzazione
CU 
L n
VN
L: produzione giornaliera media di latte
CU medio annuale > 0,6÷0,8 per avere un buon sfruttamento dell’impianto
se CU
↓ i costi di refrigerazione ↑
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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
Quotidiana o
a giorni alterni
Modalità di
consegna
Correlazione positiva fra
durata della refrigerazione e
tasso di moltiplicazione
microbica
Quantità di
latte prodotta
giornalmente
Tempo
massimo di
refrigerazione
La vasca deve avere un
volume adeguato a
contenere il latte di 2, 4
mungiture (in base ala
modalità di consegna)
Temperatura
ambientale
del sito
Una T elevata diminuisce
la capacità di smaltimento
del calore del
condensatore (aumento
tempo di refrigerazione)
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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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41
Modalità d’uso dei serbatoi refrigeranti
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.
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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/
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