Transferencia de calor

El calor se puede transmitir de tres formas diferentes: por conducción, por convección y por radiación; en la industria lechera, las formas de transmisión de calor que más ocurren en todas las operaciones de calentamiento y de enfriamiento son las de conducción y convección.

Transmisión por conducción: esta cumple la ecuación conocida como primera ley de fourrier:

J=−KAdTdx

De donde k es la conductividad térmica en W/mK,dTdx

es el gradiente de temperatura

en K/m y a área transversal de transferencioa en m2

La integración de esta ecuación nos da como resultado el flujo de calor (número de watios) que pasa a través de un cuerpo sólido.

J=−KA∆ TL/ K

Donde L es el espesor de la capa, pero cuando hay varias capas consecutivas de

distintos materiales, como en la pared de un cuaro frio la transmisión de calor será.

J=AdT

L 1K 1

+L 2K 2

+L 3K 3

¿¿

En el caso de tuberías, la ecuación anterior no se puede aplicar porque las superficies a través de las que se transmite el calor son variables. En este caso se utiliza la siguiente ecuación.

J= 2 πL ∆ T

ln(D 2D 1 ) /¿ K 1+

ln( D 3D 2 )

K 2+ ln ( D 4

D 3)/ K 3¿

de donde L es la longitud del tubo d diámetro de

los tubos en orden creciente y delta T caída de temperatura desde el centro hacia el exterior del tubo.

Transmisión por convección: la transmisión de calor entre fluidos y solidos se produce por convección. La ecuación que describe este tipo de transmisión de calor es:

J=UA ∆ T de donde U es coeficiente de transmisión de calor por convección en W/m2K

http://es.slideshare.net/luissslglm/m-tecnologia-de-lacteos?next_slideshow=1

Los procesos de transferencia de calor en la industria de la leche se realizan en intercambiadores de calor, siendo más comunes las de placas (cobre, aluminio, níquel, aleaciones de cobre-níquel, titanio, incoloy, hastelloy y acero inoxidable-este último es el más utilizado, debido a sus propiedades de conductibilidad, resistencia, maleabilidad, higiene y costo-), ya que permiten el manejo higiénico de los fluidos alimenticios, son versátiles y compactos. Existen tres tipos de placas que se usan en base a los requerimientos de transferencia de calor y caída de presión:

Placa de rendimiento bajo: conocida como placa suave, estas placas generan un coeficiente de transferencia de calor bajos y una caída de presión baja.

Placa de rendimiento alto: conocida como paca dura, estas placas nos proporcionan coeficientes de transferencia de calor altos, una caída de presión alta.

Placa de rendimiento medio: posee propiedades intermedias de las placas de rendimiento bajo y alto.

La transferencia de calor se da con mayor importancia en la etapa de calentamiento(63-63ºC) y pasteurización(72-78ºC), en la primera se puede confirmar que el valor de coeficiente de transferencia de calor (U) disminuye a medida que se va aumentando la temperatura (esto en efecto que a medida que se va aumentando la temperatura aumenta el número de “costras” y/o residuos que se acentúan sobre las paredes o placas, esto en función del tiempo) cabe anotar que lo que más tiene importancia en este proceso es que la leche arroja datos de numero de Reynolds de 70- 200 lo que nos dice que se trata de un flujo laminar también cabe resaltar que el coeficiente de transferencia de calor no se ve muy afectado cuando la leche tiene un flujo volumétrico alto. En cuanto a la pasteurización (HTST y UHT), existen diversos problemas ya que en estos tratamientos térmicos se incrementa la formación de “costras” lo que causa que se impida el flujo de calor, incrementa la fricción del fluido y aumenta la corrosión en la superficie lo que causa una pérdida de energía.

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lia/tejeda_u_m/capitulo6.pdf

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lia/tejeda_u_m/capitulo7.pdf

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lia/tejeda_u_m/capitulo8.pdf

http://www.lrrd.cipav.org.co/lrrd15/10/murg1510.htm

http://minka-dev.com/es/blog/lanzamiento-de-las-oportunidades-de-negocio-e-innovacion-social-buen-provecho-y-en-lactea

Impacto ambiental de la industria lechera

Estudio de caso en el departamento del Quindío (Colombia).

En el suelo: En los sistemas ganaderos de modalidad intensiva de producción de leche (también en sistemas de engorde de novillos en altas cargas) se encontró una reducción en la diversidad de especies vegetales y la fauna del suelo. Los incrementos en el grado de la compactación por pisoteo de animales son considerables.  Este fenómeno reduce significativamente el flujo del agua en el suelo y el volumen de los espacios ocupados anteriormente por poros con aire y agua y se

comprueba con la diferencia en los datos (Tabla 2) para variables como materia orgánica (MO), densidad aparente (DA), porosidad total (POR), conductividad hidráulica (CON), resistencia a la penetración de 0 a 10 cm y de 10 a 20 cm (R10 y R20 respectivamente). Las variables químicas presentaron menos diferencias frente al control de guaduales (Tabla 3).

En las Tablas 2 y 3 se resumen las principales diferencias de las características biológicas, físicas y químicas de los suelos utilizados en los tres tipos de ganadería (extensivas, intensivas de carne e intensivas de leche) comparados con el control de bosques de guadua que presentó las mejores condiciones del suelo. En todos los sistemas ganaderos se nota un efecto de impacto sobre las variables analizadas físicas (densidad aparente, porosidad total, distribución de agregados, estabilidad de agregados, conductividad hidráulica, arenas, resistencia a la penetración), químicas (pH, materia orgánica, C, N, P; K, Ca, Mg, Al, CIC, Cu, Zn, Bo) y biológicas (número y diversidad de macro y meso-organismos del suelo, actividad microbiana - CO2).

Tabla 2. Principales variables biológicas y físicas de suelos utilizados en sistemas ganaderos en el piedemonte del Quindío (Adaptado de Sadeghian et al 2001)

  AM NO DO MO DA POR CON R10 R20  mg/g No No. % g/cc % cm/h kg/cm2

Guadua 270 a 37ab 7,0 a 11,2a 0,69e 70a 51a 1,3d 1,4dCafé con sombrío 208b 47 a 6,5 a 9,5 ab 0,82 d 67 b 31 b 1,2 d 1,8 cGanadería Extensiva 190 bc 10 b 2,8 d 7,8 bc 1,00 bc 59 cd 18 c 2,6 b 3,4 aGanadería Leche 174 bc 18 ab 3,4 cd 8,0 bc 1,05 abc 58 cd 8 c 2,7 b 3,0 aGanadería Ceba 193 bc 26 ab 3,9 cd 7,4 cd 1,09 ab 56 d 8 c 3,3 a 3,4 aabcde Valores en cada columna sin letra en comun difieren a P<0.05Actividad microbiana-CO2  (AM), Número y diversidad de meso y macro organismos (NO y DO respectivamente), materia orgánica (MO), densidad aparente (DA), porosidad total (POR), conductividad hidráulica (CON), resistencia a la penetración de 0 a 10 cm y de 10 a 20 cm (R10 y R20 respectivamente). 

Tabla 3. Principales variables químicas de suelos utilizados en sistemas ganaderos en el piedemonte del Quindío (Adaptado de Sadeghian et al 2001)

  pHCa

(m-eq)Mg

(m-eq)K

(m-eq)Al

(m-eq)CIC

(meq)P

(ppm)Guadua 5,6 ab 6,5 a 1,8 b 0,6b 0,17 ab 17,9 ab 26 abCafé con sombrío 5,4 ab 6,0 ab 1,3 b 0,5d 0,28 ab 18,2 ab 48 abGanadería extensiva 5,6 ab 4,0 c 1,2 b 0,6cd 0,07 b 15,2 c 18 b

Ganadería leche 5,7 a 4,8 abc 1,4 b 0,8ab 0,08 b 15,8 c 34 ab

Ganadería ceba 5,6 ab 4,5 bc 1,3 b 0,9a 0,11 b 15,5 c 47 ababcd Valores en cada columna sin letra en comun difieren a P<0.05CIC Capacidad de intercambio catiónico

Se concluyó que el efecto de mayor importancia se genera en la transformación de los agroecosistemas cafeteros hacia sistemas de ganadería de alta carga animal y alta fertilización química porque el impacto sobre el suelo en cuatro años es equivalente al presentado en un período de tiempo 5 veces mayor en sistemas ganaderos tradicionales (Sadeghian et al 1998,  2001). También se demostró que en los ambientes poco intervenidos se presenta una menor degradación y se ha propiciado el mejoramiento de este recurso.

En el agua: Cerca del 80% de las cabeceras municipales del país se abastecen de cursos de agua de quebradas y pequeños ríos. La pérdida de la cobertura vegetal boscosa trae asociada cambios severos en la regulación hídrica y la erosión. Esta es especialmente acelerada en la región andina, dada su geomorfología y los rangos de precipitación que tienden a ser elevados. Se ha afectado la cantidad y calidad de los recursos hídricos porque la deforestación y las actividades agrícolas y domésticas reducen la regulación de los caudales, aceleran la erosión y generan contaminación de las aguas (IDEAM 1998). Las actividades agropecuarias en especial el riego son el sector más demandante del recurso hídrico. En 1996 el sector agropecuario colombiano consumió cerca del 57% de los 5.790 millones de metros de la demanda total de la sociedad (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural 2001).

Los impactos pueden notarse a diferentes niveles como la calidad físico-química del agua, la estabilidad del cauce y los organismos acuáticos que viven allí. Todos estos parámetros se relacionan entre sí, y en la medida que se afectan por el uso del suelo, pueden ser empleados para determinar los efectos que este último causa sobre el recurso hídrico (Chará  2002). Por ejemplo, la falta de cobertura vegetal nativa y el libre acceso de los animales a los cursos de agua corriente, generan mayores sedimentos (sólidos disueltos en el agua) y sobre con el aporte de excretas incrementan en gran medida los coliformes fecales, afectando la calidad del recurso hídrico (Chará  2002).

Los primeros resultados muestran claras diferencias sobre los impactos negativos de la forma como se realiza la ganadería intensiva sea para producción de carne o leche. La Tabla 4 presenta los valores promedio de los parámetros físico-químicos y bacteriológicos donde se observan mayores diferencias.

Tabla 4. Análisis fisicoquímicos y bacteriológicos de las microcuencas afectadas por la ganadería en el departamento del Quindío (Colombia).

ParámetroMicrocuencacon vegetación de bosque

Microcuenca con vegetación de pastos

Probabilidad

pH 6,16 (± 0,49) 6,25 (±0,41) 0,61

Alcalinidad, mg/litro 43,1 (±27,12) 64,5 (±38,97) 0,14

Turbiedad, NTU 5,10 (±2,73) 40,2 (±66,23) 0,11

Conductividad, ws/cm 124 (±70,25) 126 (±76,23) 0,96

OD, mg/litro 5,22 (± 2,07) 5,41 (±2,26) 0,82

DBO5, mg/litro 5,20 (±0,63) 11,5 (±18,38) 0,29

N-NH3, mg/litro 0,15 (±0,29) 0,09 (±0,20) 0,47

P-PO4, mg/litro 0,10 (±0,00) 0,26 (±0,26) 0,22

ST, mg/litro 146 (±53,76) 200 (±131,66) 0,22

SDT mg/litro 126 (±45,63) 133 (±56,58) 0,71

SST, mg/litro 20,5 (±16,42) 60,2 (±108,10) 0,26

Coliformes totales,NMP/100 ml

3030 (±3530) 56733 (±16254) 0,31

Coliformes fecales,NMP/100 ml

3030 (±3530) 55805(±162797)0,32

Caudal 5,91 (±4,93) 11,2 (±9,75) 0,12

En la tabla anterior puede observarse que las quebradas que drenan zonas con uso ganadero presentaron mayores niveles de DBO, sólidos suspendidos, turbiedad, nitrógeno amoniacal, coliformes totales y coliformes fecales, seguidos de las quebradas que drenan uso cafetero, mientras las boscosas presentaron los niveles más bajos para estos parámetros.

Impacto social

En Colombia existen diversos proyectos entorno a la industria lechera entre ellos se encuentra 'Buen Provecho' y 'En Vía Láctea' generan oportunidades que estarán, convocan a empresas, emprendedores y parques tecnológicos para que propongan innovaciones sociales, soluciones tecnológicas y de negocio, que tendrán impacto en seguridad alimentaria, generación de ingresos en el sector rural, reducción del desperdicio de comida y superación de la pobreza extrema. Las mejores soluciones contarán con capital semilla, asesoría y acompañamiento en la estructuración del modelo de negocio.

La oportunidad 'Buen Provecho, Colombia transforma para nutrir', busca mejorar la seguridad alimentaria en

Colombia, donde el 40.8% de los habitantes tienen dificultades para acceder a alimentos suficientes, seguros

y nutritivos. Esta oportunidad se orienta a la transformación y empaque de frutas y hortalizas en avanzado

estado de maduración para que aumenten su tiempo de conservación, y puedan ser distribuidos por canales

que beneficien a poblaciones vulnerables y otros grupos de consumidores.

Por su parte 'En Vía Láctea, El camino de la leche en Colombia', busca ofrecer soluciones para la inocuidad

de leche cruda (no pasteurizada) que es producida y comercializada por pequeños productores y

distribuidores. Esto, considerando que en Colombia el 59% de la leche se comercializa cruda y que su para su

comercialización se deben cumplir con las normativas sanitarias, diseñadas para evitar los potenciales riesgos

de salud asociados a prácticas inapropiadas de producción, almacenamiento y distribución de leche no

pasteurizada.

Impacto tecnológico y científico