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Há três tipos diferentes de material: gasosos, sólidos ou líquidos. Cada uma destas formas é chamada de estado de agregação. Por exemplo, a água (H²O) pode existir como vapor, gelo ou água. A transformação de um estado para outro acontece em um ponto estacionário, e neste ponto muda o conteúdo de calor, não mudando a temperatura. A quantidade escondida de calor é chamada calor latente.
O ponto estacionário onde o gelo se transforma em água é chamado de ponto de fusão, com uma temperatura de 0 °C, e a quantidade de calor necessária para derreter 1 kg de gelo é 93 Watts. A temperatura na qual a água se torna vapor é chamada ponto de ebulição, ou 100 °C a 1 Bar, enquanto que o calor oculto é de 268 Watts. A pressão só influencia o ponto de ebulição, e não o ponto de fusão.
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Estado da agregação de material.
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- Condensando
- Evaporando
- Ebulindo
- Congelando
- Condensando
- Sublimando
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Muitos processos de resfriamento envolvem o calor de evaporação de um líquido. Para um líquido evaporar, ele precisa de calor. Este calor é retirado dos arredores do líquido em evaporação.
Um exemplo de resfriamento por evaporação nos tempos antigos pode ser encontrado no Egito antigo. Garrafas de pedra, chamadas de Gandis, eram enchidas com água. Devido ao material poroso, um pouco da água vazava através da parede da garrafa e evaporava. Esta evaporação retirava o calor da garrafa e, portanto, da água que estava dentro.
Se o leite tiver que ser armazenado na fazenda por muito tempo, qualquer método de resfriamento é melhor que nada. Porém, se instalações de resfriamento forem básicas e o tempo necessário para transportar o leite ao centro de coleta ou ao laticínio for relativamente curto, é aconselhável entregar leite o mais rápido possível ao centro de coleta de leite mais próximo.
Existem vários sistemas de resfriamento de leite. Os sistemas mais simples usam água de um cano ou poço. Se houver bastante água de poço, os latões de leite podem ser imersos dentro do poço. Sistemas simples de resfriamento que usam água mantêm o leite de 3 a 5 °C acima da temperatura da água. Isto significa que a água a uma temperatura de 11 a 12 °C pode resfriar o leite a aproximadamente 15 °C (mínimo possível). Desconsiderando-se o fato de que esta temperatura ainda é alta, não haverá água a 11 - 12 °C em países de clima tropical. Tais condições requerem resfriamento artificial com equipamento especial.
Sempre que houver água corrente, o leite pode ser resfriado colocando-se um anel tubular perfurado ao redor do gargalo do latão de leite morno. Depois que o anel foi conectado ao encanamento, a água espirrará sobre o latão e escorrerá sobre sua superfície. Se for usada água gelada de um tanque de resfriamento, a água deverá ser coletada abaixo do latão e recirculada, por exemplo, colocando-se o latão sobre um suporte em cima do tanque de resfriamento.
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Os resfriadores de superfície consistem de uma série de tubos de diâmetro pequeno dispostos horizontalmente. Montados uns sobre os outros, estes tubos terminam em um coletor. Os coletores conectam os tubos, permitindo assim que o meio de resfriamento circule entre eles.
O leite morno é distribuído sobre a superfície do resfriador, isto é, sobre o conjunto de tubos horizontais, por meio de um tubo distribuidor, ou uma bandeja com pequenas aberturas, montado no topo do tubo superior. Os resfriadores de superfície podem ter duas seções independentes uma sobre a outra. A seção superior é resfriada com água encanada ou de poço, enquanto que a água gelada, ou o resfriamento direto, é aplicada na seção de baixo. O sistema de resfriamento de superfície, também chamado de “sistema de resfriamento aberto”, é simples, mas necessita de um programa adequado de sanitização. Deve ser tomado cuidado especial para evitar contaminação pelo ar.
Se pequenas quantidades de leite tiverem que ser coletadas e transportadas por longas distâncias, e não for técnica ou economicamente possível resfriar o leite com antecedência, podem ser usados cones metálicos de gelo. Estes cones são inseridos nos latões de leite, de forma que a borda do cone descanse na boca do latão, encaixando-se bem firme para evitar que o leite espirre durante o manuseio ou transporte. O cone ocupa cerca de um terço do volume do latão. Se os cones estiverem cheios de gelo moído, o leite pode ser resfriado de 30° C para 5 - 10° C durante o transporte. Os cones e o gelo podem ser levados às fazendas ou centro de coletas através do caminhão de transporte de leite. O gelo deve ser transportado em uma caixa separada, e os cones devem ser corretamente sanitizados depois de serem usados; de preferência no centro de resfriamento ou no laticínio.
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Ice-cones |
Water tanks |
Resfriamento com água e gelo - técinica simples e quase sempre apropriada.
O sistema resfriamento mais simples envolve um tanque aberto com água fria. Os latões de leite devem ser colocados no tanque com água até o gargalo. A água deve ser renovada continuamente ou em intervalos regulares.
Para permitir a desaeração do leite durante o resfriamento, as tampas dos latões devem ficar soltas. O tanque pode ser coberto com uma tampa para proteger o leite de moscas e pó. O uso de água de poço ou de uma alimentação principal só possibilita um resfriamento lento, gerando temperaturas relativamente altas.
Resultados melhores são obtidos usando-se água gelada, e a taxa de resfriamento pode ser melhorada ainda mais por circulação forçada da água gelada no tanque. Para limitar perdas de resfriamento por irradiação, o tanque e sua cobertura devem ter isolamento térmico.
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Os sistemas de resfriamento transferem o calor do leite para o meio de resfriamento. Esta transferência ocorre por meio de uma parede separada, assim nunca há contato direto com o leite. O meio de resfriamento absorve o calor do leite dentro do evaporador. Cada meio tem, numa certa pressão, seu próprio ponto de ebulição. A taxa de resfriamento depende do desenho do equipamento. A temperatura final depende do ajuste do termostato ou do fluxo de leite através dos resfriadores a placas. Grandes diferenças de temperatura aumentam a taxa de resfriamento. A alta velocidade e o movimento turbulento dos líquidos ao longo da parede melhoram a taxa de transferência de calor.
Se o leite for resfriado com técnicas modernas, será preciso ter eletricidade para gerar a temperatura necessária. A eletricidade faz funcionar a unidade de condensação, que condensa o líquido evaporado e torna o processo um ciclo contínuo.
O ciclo resfriamento pode ser dividido em lado de baixa e alta pressão.
Um simples ciclo de resfriamento.
O evaporador está parcialmente cheio com meio de resfriamento. Quando o compressor for ligado, o gás acima do líquido será bombeado para fora. Devido a isto, diminuirá a pressão. O líquido começará a ferver assim que a pressão cair abaixo da pressão da temperatura atual. Parte do meio de resfriamento se evaporará e tirará o calor do meio de resfriamento. Isto deixa a parte restante mais fria. Se a temperatura cair abaixo da temperatura do leite, o calor fluirá do leite para o meio de resfriamento fervente. Este calor faz evaporar uma quantidade de meio de resfriamento. A temperatura permanecerá constante uma vez que a quantidade de calor, que é transportado pelo compressor, esteja em equilíbrio com a quantidade de calor do leite.
O lado de alta pressão do compressor é conectado ao condensador. A finalidade do condensador é transferir o calor de condensação para a área circunvi-zinha. O compressor bombeia gás no condensador. Enquanto a pressão permanecer abaixo da pressão da temperatura de condensação, só a pressão subirá.
Assim que a pressão subir acima da pressão da temperatura de condensação, começará uma transferência de calor do gás para a área circunvizinha. Primeiro é retirado o "supercalor". O supercalor é a diferença de temperatura entre o gás aquecido acima do ponto de ebulição e o ponto de ebulição. A condensação começará depois disto. Para condensar com uma certa capacidade, é necessária uma diferença específica de temperatura. A pressão será constante assim que a diferença de temperatura for grande o bastante para condensar todo o gás bombeado pelo compressor.
Para tornar este processo contínuo, o líquido no condensador deve realimentar o evaporador. Como a pressão no condensador sempre é mais alta que no evaporador, isso pode ser facilmente feito estabelecendo-se uma conexão de tubo do condensador ao evaporador. Se uma válvula estiver montada neste tubo, a quantidade de meio de resfriamento pode ser ajustada. Normalmente esta válvula é automática, e é chamada de válvula de expansão termostática. Esta válvula mede a pressão do evaporador e a temperatura do tubo de sucção. A válvula se abre de acordo com o supercalor.
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As partes individuais da instalação de um tanque. |
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Chaves da figura acima.
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1. Compressor
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Uma bomba de gás cria a baixa pressão na evaporador (baixa temperatura) e alta pressão no condensador (alta temperatura). |
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2. Presostato
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Principalmente utilizado para proteger a laterla do condensador. Se a pressão fica muito alta, o presostato para o compressor. Também é utilizado para proteger contra baixas pressões causadas pela fuga da refrigeração e como um interruptor para parar o compressor no final de um ciclo de bombeamento. |
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3. Condensador
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A parte onde o resfriador condensa. O calor no gás é espalhado pelo ar e o gás vira líquido. |
| 4. Receptor de líquido |
É o local que estoca o líquido de refrigeração. Se as instalações estão em operação, o receptor fica quase vazio. Se as instalações param e o sistema de bombeamento está instalado, a refrigeração será estocada no receptor. |
| 5. Filtro/Secadora |
O filtro é utilizado para pegar todas as partes sólidas do leite e separá-las das líquidas. A secadora é utilizada para retirar a humidade presente em uma quantia pequena do resfriador. |
| 6. Válvula solenóide |
Em instalações com sistema de bomba, está válvula para o fluxo de líquido no evaporador.
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| 7. Olho de vidro |
Dá a possibilidade de checar se há refrigeração suficiente na instalação. |
| 8. Válvula de expansão termostática |
Proporciona a mesma quantia de refrigeração em uma solução, de volta ao evaporador uma vez que o compressor a jora fora como o gás. |
9. Evaporador
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Parte onde o refrigerador evapora e conseuqntemente tira o calor do leite. |
| 10.Termostato |
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Controle de temperatura do leite resfriado, ligando ou desligando o compressor de acordo com a temperatura. | |
Este é o sistema de resfriamento de leite mais comum. O fundo do tanque é projetado como um evaporador, sendo que o calor do leite passa pela parede de aço inoxidável para o meio de resfriamento. O meio de resfriamento se evapora, o que retira o calor do leite. Visto que tanques de expansão direta não possuem proteção térmica, deve sempre haver energia disponível. Neste tipo de sistema, o leite é resfriado diretamente e agitado depois de ter chegado no tanque.
Tanque de expansão direta- a escolha mais comum.
Em sistemas de resfriamento indireto, o evaporador é situado em um reservatório cheio de transportador de calor, normalmente água. O evaporador consiste em um sistema de serpentinas ou tubos nos quais o meio de resfriamento se evapora e resfria o transportador de calor.
Resfriamento de leite por banco de gelo.
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A maior vantagem de um sistema de banco de gelo é que ele permite que a capacidade de resfriamento seja preservada em um reservatório separado com um dissipador de calor e um "recipiente temporário de resfriamento" ou "recipiente temporário de gelo".
Em áreas onde não há energia suficiente, o sistema de banco de gelo é uma solução eficiente para o resfriamento. A formação de gelo ao redor dos tubos do reservatório forma um recipiente temporário que pode ser usado para resfriar o leite, possibilitando o resfriamento em áreas onde a energia é mais cara em horários de pico, ou onde o uso de eletricidade é limitado. Isso significa que o sistema de resfriamento pode ser desligado para evitar uma sobrecarga de energia durante a ordenha.
A eficiência de energia do sistema indireto é mais baixa que aquela do sistema direto porque o resfriamento do transportador de calor demanda energia extra. O consumo de energia de um resfriador de banco de gelo é 23 W/l. Há dois tipos de equipamento para resfriamento de água. O primeiro é o acumulador de gelo que armazena gelo entre as ordenhas usando uma pequena unidade de condensação que funciona até 18 horas por dia. O segundo é o resfriador por lote que tem uma grande unidade de condensação que só funciona durante a ordenha.
O leite vem das vacas para uma unidade final, de onde é bombeado através de um filtro a uma taxa constante até o resfriador a placas. Este resfriador é formado por placas corrugadas de aço inoxidável.
O leite flui por um lado dessas placas, e no outro lado flui na direção oposta água de torneira ou de poço. Quando o leite deixa o resfriador, sua temperatura foi reduzida a 2 - 4 °C acima da temperatura da água, seguindo para o resfriamento final e armazenamento no tanque de resfriamento.
Sistema de resfriamento a placa.
Fluxo do Leite/água em um rsfriador a placa.
O pré-resfriamento com água de torneira fria reduz os custos totais e operacionais do laticínio, diminuindo a demanda de água fria. Um pré-requisito para isto é, obviamente, um fornecimento barato de água fria natural. Sempre é possível combinar o pré-resfriamento com outros sistemas de resfriamento para reduzir ainda mais os custos com energia. Se foi usada água de torneira para o pré-resfriamento, é aconselhável reciclar a água resfriada ou fria a fim de ser usada como água de beber para o gado. Se a água de torneira não for reutilizada, será anulada a economia dos gastos com energia, ao passo que se foi usada água de poço para o pré-resfriamento, este aspecto é menos importante.
Atualmente as fazendas estão ficando cada vez maiores, o que significa mais trabalho, mais vacas e mais leite - e menos tempo entre as ordenhas. Este processo gera aos fazendeiros grandes problemas de resfriamento, porque todo o leite tem que ser resfriado e armazenado. A grande quantidade de leite, combinada com altos fluxos de leite e períodos mais longos de ordenha, dificulta ainda mais o trabalho dos tanques pulmão convencionais.
Ordenha mais rápida significa maior quantidade de leite por ordenha. Sistemas de resfriamento sobrecarregados acarretam um resfriamento mais lento e contagens mais altas de bactérias, e tempo de resfriamento extenso envolve agitação prolongada com o risco de formação de manteiga. Assim, fica difícil manter o sabor e a qualidade, pondo em risco toda a produção de leite. O resfriamento instantâneo é um sistema em linha que resfria o leite em questão de segundos antes que ele chegue ao tanque de armazenamento.
Resfriamento instantâneo de 35 a 3ºC.
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O leite das vacas vai para a unidade final, de onde é bombeado através de um filtro a uma taxa constante para o resfriador a placas. O resfriador a placas é o coração do sistema de resfriamento e consiste de placas corrugadas de aço inoxidável. O leite flui por um lado dessas placas, e no outro lado flui água gelada na direção oposta. Quando o leite deixa o resfriador, sua temperatura foi reduzida a 2 - 4 °C acima da temperatura da água. O leite é bombeado continuamente ao tanque de armazenamento, que possui isolamento térmico, onde pode ser mantido, com agitação ocasional, até a coleta.
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O fluxo do leite/água através de resfriamento instantâneo a placa. |
Ecombies envolvem um processo de resfriamento de duas fases. É muito vantajoso combinar resfriamento instantâneo com pré-resfriamento usando água fria. O pré-resfriamento com água fria de torneira ou de poço reduz os custos totais, inclusive os custos operacionais do laticínio, reduzindo a demanda de água fria.
Resfriamento do leite através de ecombie.
No pré-resfriamento, o trocador de calor a placas é dividido em duas seções. Na primeira seção, o leite é resfriado com água fria de torneira ou de poço. Na segunda seção, o leite é resfriado até a temperatura final de armazenamento.
Fluxo de leite/água através de um ecombie.
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