¿Qué debe refrigerar realmente el sistema de almacenamiento?

En primer lugar, hay que distinguir entre el tanque de almacenamiento térmico y el tanque de leche. El almacenamiento térmico contiene agua refrigerada o hielo que absorbe el calor a través de un circuito de refrigeración independiente.

Base los cálculos en el ordeño de mayor volumen previsto, su duración y la temperatura de entrada en la etapa final de refrigeración. La producción diaria por sí sola oculta periodos breves de alta demanda.

Registre los volúmenes de leche estacionales, el rendimiento del preenfriamiento con agua, las cargas superpuestas y el plazo de refrigeración requerido. Confirme los requisitos aplicables de temperatura de la leche con la autoridad competente o el procesador correspondiente.

A continuación se utiliza una temperatura objetivo de la leche de 4 °C como hipótesis de diseño ilustrativa. El cumplimiento real depende de la normativa local, los acuerdos de recogida y la secuencia completa de refrigeración.

Calcular la carga térmica del ordeño de mayor volumen

Calcule el calor sensible extraído de la leche utilizando su masa, capacidad calorífica específica y reducción de temperatura. Convierta el resultado a kilovatios-hora para dimensionar el almacenamiento.

Para los cálculos preliminares, utilice una densidad de la leche de aproximadamente 1,03 kg/L y un calor específico de 3,9 kJ/kg·K. Confirme las propiedades de diseño para la composición de leche prevista.

Considere una explotación que produce 5.000 litros durante su ordeño de mayor volumen. Refrigerar directamente esa leche desde 35 °C hasta 4 °C requiere aproximadamente 173 kWh de energía térmica.

Si un preenfriador de agua reduce de forma fiable la temperatura de entrada hasta 20 °C, la carga restante disminuye hasta aproximadamente 89 kWh. Esta diferencia modifica considerablemente los requisitos de almacenamiento.

Utilice la temperatura de salida del preenfriador más alta que pueda darse razonablemente al seleccionar los equipos. Las temperaturas estacionales del agua o un caudal de agua restringido pueden aumentar la carga por encima de las estimaciones nominales de funcionamiento.

Añada la ganancia de calor cuantificada del tanque, la ganancia de calor de las tuberías y el calor introducido por la bomba en el circuito. Incluya otras cargas conectadas únicamente cuando su funcionamiento se solape con la refrigeración de la leche.

Comprobar la potencia de refrigeración antes de seleccionar el volumen del tanque

El ejemplo requiere una potencia media de refrigeración de aproximadamente 45 kW si deben eliminarse 89 kWh en dos horas. La demanda instantánea puede superar significativamente esa media.

Dimensione el intercambiador de calor según el caudal máximo de leche y la temperatura de entrada. Un tanque de almacenamiento grande no puede compensar una transferencia de calor insuficiente durante el suministro máximo de leche.

Solicite el rendimiento del intercambiador de calor para las condiciones propuestas de la leche y el refrigerante, incluyendo el margen por ensuciamiento y las pérdidas de presión. La capacidad nominal sin temperaturas de funcionamiento proporciona pruebas limitadas.

El refrigerante que entra en el intercambiador debe mantenerse suficientemente más frío que la temperatura de salida requerida de la leche. Evalúe la diferencia de temperatura terminal en el punto de funcionamiento más exigente.

Para una temperatura objetivo de la leche de 4 °C, un refrigerante suministrado a aproximadamente 1–2 °C puede ser adecuado, sujeto a la selección del intercambiador. Confirme la protección contra la congelación y los controles para el circuito real.

Convertir el requisito energético en capacidad útil de almacenamiento

El agua refrigerada almacena calor sensible a medida que aumenta su temperatura. Su capacidad útil depende del intervalo de temperaturas que todavía permita un rendimiento aceptable del intercambiador de calor.

Con un aumento efectivo de temperatura de 3 K, almacenar 89 kWh requiere aproximadamente 25,5 m³ de volumen de agua activo, antes de considerar las pérdidas y la capacidad no disponible.

Un margen ilustrativo del 20 % eleva esta estimación hasta aproximadamente 30,6 m³. El margen debe responder a las incertidumbres del proyecto; no constituye un requisito de diseño universal.

Un intervalo nominal de almacenamiento de 1–4 °C no significa que el agua a 4 °C pueda terminar de enfriar la leche hasta 4 °C. Debe mantenerse disponible un suministro de frío adecuado durante toda la descarga.

La estratificación puede conservar una capa de suministro frío mientras el agua de retorno más caliente entra en otra zona. La mezcla, el diseño de la entrada y la disposición de extracción determinan cuánto almacenamiento sigue siendo utilizable.

Solicite a los proveedores que diferencien entre el volumen total del recipiente, el volumen de agua activo y los kilovatios-hora útiles garantizados. Los componentes internos, los niveles mínimos de funcionamiento y los límites de temperatura reducen la capacidad disponible.

El almacenamiento de hielo ofrece una mayor densidad energética gracias al calor latente. La fusión de un kilogramo de hielo absorbe aproximadamente 0,0928 kWh, sin incluir en absoluto los efectos adicionales de refrigeración sensible.

Por lo tanto, suministrar 89 kWh requiere teóricamente aproximadamente 960 kg de hielo fundido. Seleccione los equipos utilizando la capacidad útil garantizada y la potencia de descarga en las condiciones de funcionamiento especificadas.

¿Puede el sistema de refrigeración restablecer el almacenamiento antes del siguiente ordeño?

La capacidad de almacenamiento y la capacidad de refrigeración resuelven problemas diferentes. El almacenamiento permite cubrir la demanda máxima, mientras que la refrigeración debe reponer la energía descargada dentro del intervalo de funcionamiento disponible.

Restablecer 89 kWh durante seis horas disponibles requiere aproximadamente 14,8 kW de refrigeración neta, antes de incluir las ganancias de calor, las cargas auxiliares y otros márgenes de funcionamiento.

Utilice la capacidad de refrigeración a la temperatura real de carga y en las condiciones ambientales de diseño. La formación de hielo generalmente requiere temperaturas de evaporación más bajas, lo que puede reducir la capacidad y la eficiencia.

Si la refrigeración funciona durante el ordeño, reste de la demanda de almacenamiento únicamente su contribución simultánea fiable. Verifique dicha contribución en las condiciones de descarga en lugar de utilizar los valores nominales de catálogo.

Por ejemplo, una contribución fiable de 15 kW durante dos horas proporciona 30 kWh. En ese caso, el almacenamiento cubriría aproximadamente 59 kWh antes de las pérdidas y los márgenes de diseño.

Modele los ordeños consecutivos con sus intervalos reales y sus volúmenes de producción desiguales. Un sistema que gestiona un solo evento aún puede perder capacidad a lo largo del programa diario.

La carga en horas valle puede desplazar el consumo eléctrico, pero el ahorro depende de las tarifas y de la eficiencia del sistema. Compare las pérdidas de carga y la energía de bombeo junto con las posibles reducciones de la demanda máxima.

¿Qué detalles del equipo determinan si el diseño funciona?

Evalúe el aislamiento del tanque, el control de la condensación, la separación hidráulica, la ubicación de los sensores y el acceso para el mantenimiento. Especifique alarmas para una refrigeración almacenada insuficiente, una temperatura de suministro excesiva y fallos de circulación.

Confirme la capacidad de la bomba utilizando el caudal de refrigerante requerido y la pérdida de presión total del circuito. El glicol modifica la capacidad calorífica, la viscosidad y la transferencia de calor, por lo que requiere revisar los cálculos de almacenamiento y de hidráulica.

Mantenga los equipos en contacto con la leche aptos para el servicio higiénico en la industria láctea, incluidos los requisitos de limpieza y materiales. El circuito de almacenamiento térmico también necesita una separación adecuada y controles del riesgo de fugas.

Shandong Liangdi Energy Saving Technology Co., Ltd. desarrolla equipos de distribución de refrigeración, tanques de almacenamiento y unidades de intercambio de calor para centros de datos, lo que ofrece una comparación de ingeniería relevante.

Su CDU montada en rack ilustra una distribución compacta y monitorización mediante PLC, pero sus datos publicados sobre las temperaturas de funcionamiento de los centros de datos no demuestran su idoneidad para la refrigeración de productos lácteos mediante agua refrigerada.

Cualquier adaptación propuesta requiere una verificación independiente del rendimiento a baja temperatura, los fluidos compatibles, la protección contra la condensación y las interfaces con el proceso lácteo. La capacidad de intercambio de calor publicada por sí sola no puede demostrar la idoneidad.

Realizar la selección considerando un ciclo completo de funcionamiento

Un tanque de almacenamiento en frío defendible para la refrigeración de la leche de una explotación lechera debe satisfacer cuatro requisitos relacionados: energía almacenada, potencia de descarga, temperatura aceptable del refrigerante y recarga oportuna.

En el ejemplo desarrollado, el preenfriamiento con agua reduce la carga calculada de aproximadamente 173 a 89 kWh. Esto ilustra por qué las condiciones de entrada deben verificarse desde el principio.

Antes de la compra, solicite una garantía de rendimiento documentada que cubra el caudal máximo de leche, las condiciones estacionales, la capacidad útil de almacenamiento y la recuperación antes del siguiente ordeño, conforme a las hipótesis acordadas.

Elija el sistema que mantenga la temperatura requerida de la leche durante todo el programa, con márgenes transparentes y criterios de aceptación medibles que respalden la selección final del equipo.