11 enero 2011

Calculando la energía necesaria para enfriar la leche (1ª PARTE)




Necesidades de enfriamiento de la leche

El proceso de enfriamiento de leche en las granjas consume la proporción más grande de la energía total consumida (el 30 % con datos de California). Enfriar la leche inmediatamente después de su ordeño se vital para mantener altos niveles de calidad hasta que el fluido sea consumido o usado para fabricar otros productos lácteos.

La leche cruda para pasterización debe enfriarse a 10 ºC (50 ºF) o menos, en menos de cuatro horas desde el comienzo del primer ordeño, y a 7 ºC  (45 ºF) o menos dentro de las dos horas después de finalizar el ordeño. La temperatura de la mezcla de la leche entre el primer y subsiguientes5 ºF ordeños no excede de 10 ºC (50 ºF).
.
La temperatura típica de la leche tras su ordeño es de 37 ºC (99 ºF), y si va a llevarse a un punto lejano debe enfriarse a 7 ºC (45 ºF). Para alcanzar esta temperatura debemos extraer aproximadamente 23,50 kcal por cada kg de leche. Parte de este calor puede perderse cuando la leche se transporta desde la vaca al lugar de enfriamiento.

ENFRIAMIENTO DE LA LECHE

Dos procesos son utilizados para enfriar la leche:

Expansión directa:

Es el sistema mediante el cual las placas del evaporador se incorporan a la parte inferior de un tanque de almacenamiento en contacto directo con la leche. El líquido refrigerante se expande en el interior del evaporador y enfría la leche. Se utilizan agitadores sobre las placas del evaporador para mejorar el enfriamiento. En este proceso hay límites por el área superficial refrigerada y la capacidad para quitar calor lo bastante rápido (kcal/hr) para cumplir con los altos requerimientos exigidos para el enfriamiento de la leche. La capacidad para quitar calor de la leche con rapidez (kcal/h) solamente es posible reduciendo la temperatura de la superficie del evaporador al punto donde puede ocurrir la congelación. Esto es un desafío cuando la temperatura de la leche se aproxima a 3 º C (38 ºF). La agitación de la leche durante largos periodos puede perjudicar la calidad de la leche.

El inconveniente de la expansión directa es que el sistema no puede enfriar la leche lo suficientemente rápido cuando entra en el tanque. Transcurre un tiempo hasta que el sistema puede enfriar la leche hasta los 7 ºC. Con vacas que se están ordeñando hasta 22 horas al día, este sistema de enfriamiento no puede ser utilizado.

Enfriamiento instantáneo

El enfriamiento instantáneo se realiza donde el enfriamiento de la leche se completa en el exterior del depósito de almacenamiento o silo y luego se bombea para su almacenamiento. En vez de expansión directa, para enfriar la leche se usa un intercambiador y usa un fluido de refrigeración intermedio, tal como agua fría o una mezcla de agua glicolada.


SELECCIONANDO EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO MÁS EFICIENTE

El ciclo de refrigeración mecánico usado en los sistemas de expansión directa es el que vemos en la siguiente figura, y cada ciclo se caracteriza por su eficiencia.

La eficiencia de un sistema de refrigeración viene dado en términos de EER (Energy Efficiency Ratio), y hay muchos factores que impactan en el EER, y que debemos tener en cuenta a la hora de seleccionar el sistema de enfriamiento de leche más conveniente.

Un factor importante a tener en cuenta es la relación entre las presiones del lado de baja y de alta presión del ciclo. EER decrecerá cuando la diferencia entre estas dos presiones se incrementa. Para maximizar el EER se necesita mantener la presión del lado de baja lo más alta que sea posible y la presión del lado de alta lo más baja posible. Todos estos factores deben ser considerados cuando se selecciona un equipo de refrigeración. Veremos posterioremente otros factores a tener en cuenta.

Esquema de un sistema de refrigeración mecánica
Compresores

El compresor de refrigeración más común usado en las granjas actuales es el recíproco, ya sea de tipo abierto, hermético o hermético accesible.

Condensadores

El gas refrigerante condensa en el condensador quitándole calor.  Hay dos tipos de condensadores, los refrigerados por aire y los refrigerados por agua. Si el condensador es una parte integral del compresor en una plataforma común, la unidad se llama unidad de condensación. Los condensadores pueden también montarse remotos al compresor.

Los condensadores refrigerados por agua operan bajo los mismos principios que los de aire, son más pequeños en tamaño y ofrecen un EER mayor que los condensadores refrigeradso por aire.

Los condensadores de tubos y carcasa enfriados por agua se usan comúnmente en las granjas.



Ejemplo de condensador refrigerado por agua
 Enfriamiento directo o indirecto

Generalmente, los sistemas de enfriamiento agua son menos eficientes que los sistemas de expansión directa. El motivo de una eficiencia más baja es la presión de succión más baja para alcanzar las temperaturas del evaporador más bajas inherentes a los sistemas de enfriamiento instantáneo y la energía requerida para mover el agua/glicol hacia el intercambiador de calor.

Intercambiadores de calor para enfriar leche

Loz intercambiadores de calor usados para enfriar leche están hechos de acero inoxidable y están diseñados para ser abiertos para limpieza. Desde hace veinte años ha estado disponible un intercambiador de calor que parcialmente enfría la leche antes de entrar en un sistema de enfriamiento de expansión directa o un enfriador instantáneo.

El uso de un intercambiador para preenfriar la leche como medida de ahorro energético es común en grandes granjas, y más recientemente el tipo de intercambiador dominante es el de placa.

ÍNDICES DE UTILIZACIÓN DE ENERGÍA EN ENFRIAMIENTO DE LECHE

El uso de energía de un sistema de enfriamiento de leche bien mantenido y sin medidas de conservación de la energía es de 1,76 - 2,65 kWh por cada 100 kg de leche fría. el enfriamiento parcial de la leche permite conseguir un ahorro de 0,44 - 0,66 por cada 100 kg de leche fría. Instalando un variador de frecuencia variable conseguiremos disminuir adicionalmente 0.44 kWh por cada 100 kg de leche fría. La reducción actual en el uso de energía será dependiente de la temperatura del agua sin enfriar, del caudal del agua y de la efectividad del variador de frecuencia para reducir el caudal de leche a través del intercambiador.
.
Publicar un comentario en la entrada