TEM-Dy : le pré-refroidissement du lait par les Ets CHARRIAU

2007-10-01 16:44
charriau
Sales manager
Refroidissement et pré-refroidissement du lait à la ferme : constat de l'existant

Il est tout d'abord nécessaire de comprendre comment s'effectue le refroidissement du lait. Il s'agit en fait d'un transfert de calories qui s'opère grâce à une différence de température (?t°) entre le lait et le liquide de refroidissement (l'eau par exemple). Dans la pratique, le pré-refroidissement du lait se réalise entre l'unité terminale et le tank. Pendant la traite, le lait est extrait du bocal de la machine à traire par une pompe centrifuge fonctionnant par cycles. Ces cycles sont pilotés par un détecteur de niveau situé dans la chambre à lait. Etant ajouté au système déjà existant, le pré-refroidisseur doit pouvoir s'adapter aux caractéristiques de chaque exploitation laitière.

Prenons l'exemple d'une exploitation produisant 1000 litres de lait par traite en 1 heure, et équipée d'une pompe à lait d'un débit instantané de 10000 litres par heure à -50 kPa. Il faut savoir que la pompe fonctionne par cycles. Le temps de pompage n'est que d'un dixième du temps total de la traite, soit 6 minutes dans notre exemple. Cela signifie qu'elle effectue 100 cycles de 10 litres environ (suivant le réglage), soit 2,78 litres par seconde (durant chaque phase de pompage de 3 à 4 secondes).

Le transfert des calories (l'échange) s'effectue selon des lois physiques bien précises. Cet échange est maximal lorsque les deux fluides sont en mouvement, mais dès que l'un des fluides devient stationnaire (le lait par exemple), des strates thermiques s'établissent immédiatement. Cela provoque une hausse très importante du coefficient R(1), et l'échange chute alors de 90 à 95% environ. Ce phénomène peut être constaté tous les jours, dans un tank à lait par exemple, lorsque l'agitation est arrêtée. Il faut donc que le lait soit en mouvement sur l'évaporateur pour être correctement refroidi. Puisque la pompe à lait fonctionne par cycles, nous pouvons constater que durant 54 minutes, le lait devient stationnaire la où l'échange est donc beaucoup moins efficace. C'est pour cette raison que la plupart des systèmes de pré-refroidissement existants (qu'ils soient à plaques ou tubulaires) stoppe l'eau lorsque la pompe à lait est arrêtée. Nous sommes donc bien obligés de constater que dans cet exemple, nous n'avons effectivement que 6 minutes pour refroidir 1000 litres de lait.

Nous savons également qu'il faut de 1 à 1,5 litres d'eau(2) pour pré-refroidir un litre de lait. Ainsi, pour une pompe à lait d'un débit de 10000 litres, le débit instantané d'eau doit être compris entre 20000 et 30000 litres, mais seulement pendant 6 minutes (soit de 6 à 9 litres par seconde). Peu d'exploitations disposent d'installation d'eau pouvant fournir de tels débits d'eau instantanés.

Ainsi, à partir de ces constats, nous devions concevoir un pré-refroidisseur capable de s'adapter à chaque exploitation, que ce soit au niveau des quantités de lait à refroidir, des débits de la pompe à lait installée ou des débits d'eau existants sur l'exploitation.


(1) Coefficient de résistance thermique.
(2) Dans l'exemple choisi de 1000 litres par traite, il faut également prévoir des moyens de stockage de l'eau utilisée pour le pré-refroidissement, soit de 1000 à 1500 litres de capacité suivant le rapport de 1 à 1,5 litres d'eau par litre de lait.

Dernière modification par charriau (2013-02-12 09:46)
2007-10-01 16:45
charriau
Sales manager
Un refroidissement dix fois plus efficace avec le Tube Echangeur Modulable - Dynamique

Après ce constat, et conscients que des solutions techniques devaient être possibles, nous avons exploré un large éventail de réalisations concrètes.

Notre objectif était d'obtenir une performance maximale de l'échange sans altérer la qualité du lait ou perturber le fonctionnement de l'installation de traite de l'exploitation, que ce soit pour la traite ou le lavage, et avec la capacité de répondre favorablement à des débits de lait importants. C'est là en effet que les économies d'énergie à réaliser seront les plus grandes en valeur absolue et que la demande de puissance électrique instantanée est la plus importante.

Gardons notre exemple de 1000 litres sur une heure avec seulement 6 minutes pour assurer le pré-refroidissement (soit 1/10ème du temps puisque la pompe fonctionne par cycles). Dans ce cas, le débit d'eau instantané nécessaire est de 20 à 30 m3 (6 à 9 litres/s). Il s'avère impossible de mettre en place une telle installation dans la grande majorité des exploitations si nous souhaitons refroidir significativement le lait.

Notre objectif est de refroidir activement le lait durant tout le temps de la traite, soit une heure dans notre exemple. Il s'agit ainsi d'un refroidissement en continu, le temps d'échange passe de 6 minutes à 60 minutes, on le multiplie donc par 10. De plus, le débit d'eau nécessaire passera de 6 à 9 litres/secondes à un débit continu de 0,5 à 0,8 litres/secondes environ (ceci devient plus réaliste). Le débit instantané de l'eau nécessaire est ainsi divisé par 10, et correspond dorénavant aux système d'adduction  d'eau (diam 20) existants dans les exploitations. Notre échangeur n'oblige pas à la remise en cause de l'installation d'adduction d'eau existante. Ceci limite l'investissement total qui s'impose à l'exploitant souhaitant obtenir une performance maximum.

Nous avons vu et nous savons tous que dans les tanks à lait classiques, le lait (à l'air libre) est mis en mouvement pendant toute la durée du refroidissement à l'aide d'un agitateur. A partir de ce constat, nous avons opté pour un petit circulateur* approprié (100 Watts environ), qui met le lait en mouvement dans l'échangeur pendant toute la durée souhaitée d'un cycle (ici le lait est à l'abri de l'air). Ce dispositif est très simple et il a la particularité de multiplier la durée d'échange par 10 si nous restons dans l'exemple choisi (de 1000 litres par heure). Il est alors facile d'imaginer que les performances ne sont pas comparables avec ce qui existe à ce jour. Nous allons pouvoir répondre favorablement aux grosses unités de production de lait et même avoir la possibilité de procéder à un refroidissement immédiat du lait à partir d'une centrale ou d'un tank à eau glacée. De plus, il devient facile de souscrire un abonnement d'un puissance plus faible. C'est encore plus vrai pour les tanks de grosse capacité qui sont équipé de plusieurs compresseurs.


* brevet déposé

N.B. : Dans l'exemple choisi de 1000 litres par traite, il faut également prévoir des moyens de stockage de l'eau utilisée pour le refroidissement. Soit de 2000 litres à 3000 litres de capacité suivant le rapport de 2 à 3 litres d'eau par litre de lait.

Dernière modification par charriau (2012-12-10 11:39)
2007-10-01 16:46
charriau
Sales manager
Les Ets CHARRIAU présentent une nouvelle conception d'échangeur tubulaire dont une des applications est la pré-réfrigération du lait à la ferme. Ce nouveau système est réalisé en tubes inox droits dont la longueur est adaptée au local soit 3 ou 6 m, dans les dimensions standards. Ce type d'assemblage demande peu de hauteur, ce qui évite de modifier la structure du local. De plus sa modularité permet d'adapter la longueur totale de l'échangeur en fonction du débit du lait de chaque exploitation et d'obtenir le meilleur rapport performance/coût.

De par sa conception, le tube échangeur modulable dynamique (TEM-Dy) offre une grande souplesse d'adaptation et d'assemblage.

Sur le plan sanitaire, la visite et le contrôle des éléments peuvent s'effectuer à tout moment. La conception des raccordements respecte les normes sanitaires préconisées par les organismes habilités comme EHEDG ASEPT SAS pour l'Europe et 3A sanitary standards pour les USA. L'échangeur se situant dans le prolongement de l'équipement de traite et avant le tank à lait, son nettoyage se fait par le lavage de la machine à traire et son drainage est automatique. La conception simple du TEM, apporte la solution la plus économique.

Le TEM-Dy, dans son application pour le pré-refroidissement du lait à la ferme permet :

- d'améliorer la qualité du lait sur le plan bactériologique en le stabilisant immédiatement. L'âme originelle du lait se trouve préservée, car les altérations sont minimisées avec des diminutions importantes de la lipolyse, des chocs thermiques, du mouillage provoqué par la paroi du tank. Ce qui permet de conserver ou de retrouver SAVEUR – ARÔME – TEXTURE dans les fromages au lait cru. C'est un moyen de répondre aux exigences des consommateurs avertis.

- d'obtenir une source d'eau tiède. L'eau d'adduction utilisée au pré-refroidissement (soit entre 1 litre et 1,5 litres par litre de lait pré-refroidi) est dirigée automatiquement et stockée pour l'abreuvement des vaches ou vers d'autres applications ; l'hiver, cette eau gagne plusieurs degrés et est fortement appréciée par les animaux.

- de réaliser d'importantes économies d'énergie, la consommation d'électricité du tank à lait est réduite au moins de 50%. De plus, ce dernier étant moins sollicité, sa longévité en sera augmentée.



Les caractéristiques physico-chimiques du lait sont mieux préservées, même pour un lait de grande qualité bactériologique.

1 - La prolifération microbienne (psychrotrophes, leucocytes, etc...) est très rapidement freinée.
2 - Faible réchauffement du lait déjà refroidi par mélange des traites dans le tank (très important).
3 - Diminution du choc thermique du lait chaud entrant avec le lait froid du tank (qui entraîne fissuration des membranes des globules gras, dilatation).
4 - Dans l’échangeur, le lait chaud n'est pas en contact avec l'air ambiant du local.
5 - Le lait chaud ne subit pas l'agitation du tank (mousse, lipolyse).
6 - Dans l'échangeur, le lait est à l'abri de l'air, donc pas de lipolyse, ni de matraquage, émulsions affaiblies, diminution du temps de l'agitation mécanique du tank (le lait est moins chaud donc moins fragile).
7 - Protège et consolide les membranes des globules gras (en réduisant leur dilatation).
8 - La qualité du lait est mieux assurée grâce au renforcement des globules gras, par un pré-refroidissement instantané et même un refroidissement complet instantané avec un tank eau glacée ou une centrale d'eau glacée (solution admise comme optimum).
9 - La canalisation du lait est réalisée sans filtre et sans risque de bouchage.
10 - Les raccordements pour le circuit lait respectent les règles sanitaires les plus rigoureuses (EHEDG en Europe, 3A aux USA).
11 - Le nettoyage est réalisé par la machine à traire sans modification de celle-ci.
12 - Pour le lait et pour l’eau, l'échangeur se vide de lui même et s'égoutte automatiquement. Il ne craint donc pas le gel.
13 - Ce système, du fait de son adaptation au débit du lait de chaque exploitation, n'impose pas de régulation du débit de l'eau de refroidissement. Le volume de lait stocké dans l’échangeur, la surface d’échange et le temps de l’échange des calories sont maximum.
14 - L'eau tiédie par le lait est très appréciée des animaux, surtout l'hiver, pas de perte de production de lait.
15 - En cas de panne d'électricité le lait est toutefois pré-refroidi.
16 - Le gain de production par vache sur 1 an : 120 litres minimum surtout l'hiver.
17 - L' économie d'électricité = 50% minimum et plus dans certaines régions.
18 - Suppression du mouillage du lait par condensation (source de contamination).
19 - Aide au démarrage retardé du tank (1ère traite principalement).
20 - Aide aux débuts et fins de lactation (chèvres et brebis).
21 - Indispensable pour les centres de collecte dans les pays émergents.
22 - Il offre le meilleur rapport performance/prix.

visualiser le fonctionnement du TEM-Dy.

Dernière modification par charriau (2012-12-10 11:42)
2008-06-12 18:07
Letard
Membre
Je suis étudiant en école d'ingénieur option production animale.
Je m'intéresse plus particulièrement à la qualité du lait.
Vous indiquez que le prérefroidisseur permet de réduire la lipolyse du lait.
Auriez vous des données chiffrés sur l'effet du prérefroidisseur sur la lipolyse?

Merci de votre réponse
2008-08-14 14:59
charriau
Sales manager
Bonjour,

et merci pour votre question. Pas d'études scientifiques (références bienvenues), mais une longue expérience associée à de multiples constatations empiriques.

Plus on refroidit vite, tout en ayant le moins possible de chocs thermiques et d'accès à l'air pour le lait, moins le risque est important.
Il s'agit bien sûr de réduire les risques de "lipolyse induite" (voir Heuchel, V., and Y. Chilliard. 1988. Le point sur la lipolyse du lait de vache. Ed. Institut Technique de l’Elevage Bovin, France) qui pourraient être liés à la traite au refroidissement du lait.
Restent les "lipolyses microbiennes" (pour la collecte du lait, voir notre raccord rapide, les vidéos concernant la canne suceuse ou le vissage-dévissage sont une démonstration des efforts qui restent à accomplir !), et les "lipolyses spontanées" ...

Dernière modification par charriau (2008-08-15 07:50)