Prelucrarea producctiei agricole

Gavril BlcMaini i instalaii pentru industria alimentar

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei

BLC, GAVRILMaini i instalaii pentru industria alimentar /

Blc Gavril. - Cluj-Napoca : Alma Mater, 2009 Bibliogr. ISBN 978-606-504-057-1

664.02

Grafi ca: Irimu T. Adrian Aurelian Socaci N.I. Tiberiu Stefan

Recenzia: Prof. univ. dr. ing. Victor Ro Conf. dr. ing. Marius Ghere Prof. fi z. Vasile Blc

Gavril Blc, 2009. Toate drepturile rezervate

Tiparul executat la SC Print ArtCluj-Napoca, str. Rahovei nr. 2

Tel.: 0264-593903Email: [email protected]

http://almamater.clujnet.com

Gavril Blc

Maini i instalaii pentru industria alimentar

Editura Alma MaterCluj-Napoca, 2009

CUPRINS

Prefa 13

1. TEHNICI I PROCESE UTILIZATE LA CONSTRUCIA I EXPLOATAREA UTILAJELOR DIN INDUSTRIA ALIMENTAR

1.1 Ultrasunetele n industria alimentar 15 1.1.1 Noiuni generale 15 1.1.2 Caracteristicile undei de propagare 16 1.1.3 Fenomene ale propagrii ultrasunetelor 18 1.1.4. Producerea ultrasunetelor 19 1.1.5. Aplicaii ale ultrasunetelor n industria alimentar 221.2 Microundele i curenii de nalt frecven n industria alimentar 24 1.2.1 Consideraii generale 24 1.2.2. Scheme privind refl ectarea undelor. 25 1.2.3. Aparatura necesar 261.3. Extrudarea in industria alimentar 28 1.3.1 Analiza constructiv i funcional a unui extruder 28 1.3.2 Analiza procesului de extrudare 30 1.3.3. Instalaii i tehnologii de extrudare n industria alimentar 311.4. Tehnici de uscare a produselor lichide din industria alimentar 37 1.4.1. Consideraii generale 37 1.4.2. Alegerea instalaiilor de uscare prin pulverizare 38 1.4.3. Elemente componente ale unei instalaii de uscare prin pulverizare 40 1.4.4. Variante constuctive de instalaii 421.5 Utilizarea frigului n industria alimentara 43 1.5.1. Consideraii generale 43 1.5.2 Principiul de funcionare al unei instalaii fr igorifi ce cu o treapt de comprimare 44 1.5.3 Ciclul instalaiilor fr igorifi ce cu dou trepte de comprimare 46 1.5.4. Ciclul instalaiilor fr igorifi ce cu dou trepte de comprimare i cu dou laminri 47 1.5.5. Prelucrarea i conservarea produselor agro-alimentare prin fr ig 47 1.5.6 Calculul necesarului de fr ig pentru fr igorifere. 59 1.5.7.Decongelarea suprafeelor de rcire a aerului. 611.6. Procese i utilaje pentru amestecare i omogenizare 63 1.6.1. Consideraii generale 63 1.6.2. Amestectoare mecanice 64 1.6.3 Amestectoare hidraulice 69 1.6.4 Amestectoare prin barbotare cu gaze 70

Gavril Blc6

1.7 Tehnici i procese de separare 72 1.7.1 Consideraii generale 72 1.7.2 Separarea prin sedimentare 73 1.7.3 Separarea prin centrifugare 82 1.7.4 Separarea prin fi ltrare 911.8 Concentrarea in industria alimentar 104 1.8.1 Concentrarea 104 1.8.2 Instalaii de concentrare utilizate n industria alimentar. 1051.9 Apa n industria alimentar. 107 1.9.1. Consideraii generale privind caracteristicile apei utilizat n industria alimentar 107 1.9.2.Instalaia pentru dedurizarea apei 108

2. CALCULUL I CONSTRUCIA RECIPIENILOR UTILIZAI N INDUSTRIA ALIMENTAR

2.1 Calculul i construcia discurilor i membranelor 111 2.1.1 Consideraii generale 111 2.1.2 Discuri circulare pline, ncrcate simetric i solicitate la ncovoiere 111 2.1.3.Discuri circulare i inelare 117 2.1.4.Teoria de calcul a membranelor cu perei subiri 126 2.1.5. ncovoierea membranelor cilindrice la ncrcarea simetric sau teoria de moment. 128 2.1.6.ncovoierea membranelor conice la o ncrcare simetric. 138 2.1.7. Calculul mbinrilor membranelor 140 2.1.8.Calculul unor repere ale instalaiilor termice 142

3. CONSTRUCIA I FUNCIONAREA UTILAJELOR I INSTALAIILOR PENTRU PRODUCEREA ULEIURILOR DE

FLOAREA SOARELUI

3.1 Consideraii generale 1533.2 Schema procesului tehnologic de fabricare a uleiului de fl oarea soarelui 153 3.2.1 Pregtirea seminelor de fl oarea soarelui n vederea procesrii (Fig. 3.1) 153 3.2.2 Operaii, instalaii i utilaje utilizate pentru obinerea uleiului de fl oarea soarelui. 155

7Cuprins

4. MAINI I INSTALAII DIN INDUSTRIA ZAHRULUI

4.1 Consideraii generale 1694.2 Materia prim i materiale auxiliare utilizate la fabricarea zahrului 169 4.2.1 Indicatori cu referire la aspectul exterior 170 4.2.2 Indicatori de calitate tehnologic 1704.3.Tehnologia obinerii zahrului i utilajele specifi ce 172 4.3.1 Descrcarea si depozitarea sfeclei 173 4.3.2 Curarea i transportul sfeclei 173 4.3.3 Dozatorul de sfecl (Fig.4.4) 174 4.3.4 Captatorul de pietre (Fig. 4.5) 174 4.3.5 Prinzatorul de paie i vreji (Fig.4.6) 175 4.3.6 Utilaje de ridicat sfecl la maina de splare 175 4.3.7 Maina pentru splarea sfeclei de zahr 176 4.3.8 Maini pentru tierea sfeclei de zahr n tieei 177 4.3.9 Difuzia i instalaiile specifi ce 180 4.3.10 Instalaii i aparate pentru purifi carea zemii de difuzie 183 4.3.11 Evaporarea zemii subiri (concentrarea) 190 4.3.12 Fierberea si cristalizarea zahrului 191 4.3.13 Centrifugarea 192 4.3.14 Rafi narea zahrului 194 4.3.15 Utilaje pentru prelucrarea zahrului umed 198 4.3.16 Presarea si uscarea borhotului 204 4.3.17 Fabricarea zahrului cubic 205 4.3.18 Utilaje pentru producerea laptelui de var i gazului de saturaie 208

5. MAINI I INSTALAII DIN INDUSTIA LAPTELUI

5.1. Consideraii generale 2135.2. Materiile prime i auxiliare utilizate n industria laptelui 2135.3. Tehnologia prelucrrii laptelui 214 5.3.1 Obinerea produselor lactate dietetice acide 214 5.3.2 Prepararea smntnii 215 5.3.3 Prepararea untului 216 5.3.4 Prepararea brnzeturilor 2165.4 Instalaii utilizate pentru prepararea produselor din lapte 216 5.4.1 Instalaia pentru pasteurizarea laptelui 218 5.4.2 Instalaia pentru pasteurizarea smntnii 222 5.4.3 Linie pentru fabricarea brnzei proaspete de vaci 223

Gavril Blc8

6. MAINI I INSTALAII PENTRU INDUSTRIA CRNII

6.1. Mijloace de transport specifi ce 226 6.1.1. Crucioare, electrocare i electrostivuitoare 226 6.1.2.Mijloace de ridicat, cobort i transportat 2296.2 Instalaii, utilaje i dispozitive pentru suprimarea vieii animalelor 232 6.2.1 Dispozitive i utilaje pentru imobilizare 232 6.2.2 Dispozitive i utilaje pentru asomarea animalelor 2346.3. Utilaje i instalaii pentru jupuire, oprire, depilare i prlirea animalelor 239 6.3.1. Utilaje pentru jupuirea animalelor 239 6.3.2.Maini i instalaii pentru oprire 244 6.3.3.Maini pentru depilarea porcinelor 246 6.3.4.Echipamente pentru prlire i curare fi nal a carcasei. 247 6.3.5.Maini pentru ndeprtarea scrumului dup prlire i pentru curarea fi nal a carcasei. 2486.4.Maini pentru prelucrarea primar a carcaselor. 248 6.4.1.Eviscerarea 248 6.4.2.Maini pentru despicarea carcaselor, ecornare i decalotarea cpnilor 2496.5.Maini pentru tiat i mrunit. 250 6.5.1.Forme constructive ale cuitelor pentru mainile de tiat carne. 251 6.5.2.Aparatele de tocare 252 6.5.3.Cuite pentru mrunirea crnii 253 6.5.4.Mecanisme de tocare cu separarea ligamentelor. 254 6.5.5.Mainile de tocat 255 6.5.6.Maini pentru zdrobit i separat oase. 256 6.5.7.Dispozitive mecanice pentru extras oase. 257 6.5.8.Maini pentru obinerea crnii de separator. 258 6.5.9.Maini destinate mrunirii fi ne (Cutere) 259 6.5.10. Maini de mrunit 262 6.5.11.Maini pentru amestecarea i malaxarea produselor din industria crnii. 266 6.5.12.Maini pentru umplut membrane 269 6.5.13.Instalaii pentru afumarea crnii i produselor din carne. 272

7. CONSTRUCIA I FUNCIONAREA MAINILOR I INSTALAIILOR DIN INDUSTRIA DE MORRIT I PANIFICAIE

7.1 Industria de morrit 279 7.1.1 Consideraii generale 279 7.1.2 Raportul dintre procesul de mcini i caracteristicile grului 280

9Cuprins

7.1.3 Raportul dintre procesul de mcini i caracteristicile produselor rezultate 282 7.1.4 Infl uena procesului de mcini asupra indicilor economici 282 7.1.5 Procedee de mcinare 283 7.1.6 Sisteme de transport a grului utilizate n industria de morrit 295 7.1.7 Utilaje utilizare n fl uxurile tehnologice dintr-o moar de cereale 2967.2 Industria de panifi caie 298

8. TEHNOLOGII, UTILAJE I INSTALAII DIN INDUSTRIA DROJDIEI

8. 1 Consideraii generale 3058. 2. Fluxul tehnologic i utilaje pentru fabricarea industrial a drojdiei 309 8. 2. 1. Pregtirea melasei alimentare 309 8. 2. 2. Prepararea soluiilor nutritive 313 8. 2. 3. Prepararea culturii pure de drojdie n laborator 313 8.2.4. Obinerea i ambalarea drojdiei la scar industrial. 314

9. MAINI I INSTALAII PENTRU INDUSTRIA MALULUI I BERII

9.1.Materii prime utilizate la fabricarea berii. 319 9.1.1. Orzul 319 9.1.2.Hameiul 319 9.1.3. Apa 319 9.1.4. nlocuitorii de mal 3209.2.Utilaje i instalaii pentru obinerea malului. 320 9.2.1. Condiionarea orzului 321 9.2.2. Utilaje pentru nmuierea orzului. 321 9.2.3.Germinarea orzului 323 9.2.5 Tratarea malului 324 9.2.6.Instalaii pentru mcinarea malului 326 9.2.7. Instalaii pentru plmdire. 329 9.2.8. Instalaii pentru fi ltrarea mustului. Cazanul pentru fi ltrarea mustului de bere 331 9.2.9. Instalaii pentru fi erberea mustului cu hamei. 332

Gavril Blc10

10. UTILAJE SI INSTALAII DIN INDUSTRIA OETULUI

10.1 Consideraii generale 33710.2 Tehnologia de fabricare a oetului si utilajele principale utilizate 337

11. MAINI I INTALAII PENTRU OBINEREA VINULUI

11.1 Generaliti 34311.2 Materia prim 34311.3. Materiile auxiliare 34411.4.Tehnica procesrii strugurilor pentru obinerea vinurilor 345 11.4.1.Tehnica procesrii strugurilor pentru obinerea vinurilor albe 345 11.4.2. Tehnica procesrii strugurilor pentru obinerea vinurilor roii 34811.5. Linii tehnologice pentru obinerea vinurilor de mas i a sucurilor din struguri 34911.6 Utilaje pentru fermentare pe bostin (Fig. 11.6) 35011.7 Utilaje pentru zdrobire i desciorchinare 351 11.7.1 Consideraii generale 351 11.7.2 Clasifi carea mainilor de zdrobire i desciorchinare 352 11.7.3 Variante constructive de zdrobitoare- desciorchinatoare 353 11.7.4 Calculul tehnologic al zdrobitoarelor-desciorchinatoare i al morilor cu cuite 364 11.7.5 Cerine impuse exploatrii i ntreinerii utilajelor pentru zdrobirea fr uctelor i strugurilor 36911.8 Utilaje pentru separarea mustului ravac 370 11.8.1 Consideraii generale 370 11.8.2 Scurgtoare cu co 371 11.8.3 Scurgtoare cu camer 371 11.8.4 Scurgtoarele cu coloan 373 11.8.5 Scurgtoarele cu melc 374 11.8.6 Scurgtorul oscilant 375 11.8.7 Calculul productivitii scurgtoarelor 37511.9 Utilaje pentru presarea strugurilor 378 11.9.1 Cerine generale privind utilajele pentru presare 378 11.9.2 Prese cu aciune discontinu 379 11.9.3 Presa pneumatic orizontal de tipul PPS-2,3 380 11.9.4 Presa cu membran 38111.9.5 Presele cu aciune continu 38311.9.6 Calculul productivitii i puterii preselor utilizate n vinifi caie 38311.9.7 Sisteme de fi ltrare a vinului 38611.9.8 Instalaii pentru tratarea termic a vinului 387

11Cuprins

12. INSTALAII PENTRU OBINEREA PRODUSELOR ALCOOLICE

12.1. Instalaii pentru distilarea produselor vinicole 389 12.1.1. Distilarea simpl 389 12.1.2. Distilarea fr acionat 390 12.1.3. Distilarea integral 390 12.1.4. Rectifi carea 390 12.1.5. Echilibrul lichid-vapori 390 12.1.6. Destinaia i clasifi carea instalaiilor pentru distilarea produselor vinicole 39112.2. Instalaii de distilare dscontinu continu 392 12.2.1. Instalaia cu funcionare periodic de tip Charante 392 12.2.2. Instalaie cu funcionare discontinu 394 12.2.3. Instalaie cu funcionare discontinu de tip PU-500 396 12.2.4. Instalaia de distilare pentru rachiu i vinars ICOR-500 397 12.2.5. Instalaia cu funcionare continu C-5M 399 12.2.6. Instalaia de distilare n vid 401 12.2.7. Instalaia de rectifi care pentru concentrarea aromei din sucul de fr ucte 40412.3. Instalaii de rectifi care 406 12.3.1. Construcia instalaiilor de rectifi care 40612.4. Instalaii pentru obinerea alcoolului din produse amidonoase 412

Bibliografi e 419

Prefa

Dezvoltarea proceselor tehnologice i tehnologiilor din industria alimentar, ca cerin imperativ a diversifi crii i creterii calitii produselor din acest sector, presupune preocupri susinute n direcia cunoaterii bazelor teoretice, modelelor matematice i de automatizare care stau la baza conceperii proiectrii i realizrii utilajelor, mainilor i instalaiilor specifi ce. Pe de alt parte efi cientizarea produciei i diversifi carea produselor alimentare presupune o dinamic fr precedent n perfecionarea si dezvoltarea de linii tehnologice care s rspund cerinelor tehnice de mediu i pre, menite s echilibreze concurena pe pia. Din aceste motive cunoaterea utilajelor i instalaiilor existente constituie o baz, care impreun cu cele prezentate n coninutul crii asigur cadrul tehnic necesar, dezvoltrii tehnologice n industria alimentar.

n abordarea coninutului crii s-a avut n vedere tratarea ntr-un capitol separat a tehnicilor i proceselor care stau la baza construciei i exploatrii utilajelor pentru industria alimentar putnd fi utilizate n coordonate particulare n domeniul mainiilor i instalaiilor din industria laptelui, zahrului, uleiului, crnii, drojdiei, vinului, berii, oetului, alcoolului i n industria de morrit i panifi caie.

Problemele tehnice tratate n acest capitol se vor regsi ca i aplicaie n toate domeniile din industria alimentar, chiar i cele care nu fac parte din coninutul acestei cri.

Lucrarea se adreseaz specialitilor din proiectarea, construcia i exploatarea utilajelor i instalaiilor din industria alimentar, studeniilor, masteranzilor i doctoranzilor din cadrul facultilor de profi l.

In scopul elaborrii unei noi ediii imbuntite, autorul, primete observaiile pertinente din partea specialitilor i mulumete pentru sugestiile pozitive care pot s apar.

Autorul.

1TEHNICI I PROCESE UTILIZATE LA CONSTRUCIA I EXPLOATAREA UTILAJELOR DIN INDUSTRIA ALIMENTAR

1.1 Ultrasunetele n industria alimentar

1.1.1 Noiuni generale

Ultrasunetele sunt acele unde elastice avnd frecvena de 16 kHz pn la 10 kHz. Utilizarea lor pe scar tot mai larg n industria alimentar se datoreaz unor particulariti cum sunt:

- difuzie i absorbie mult mai mare n raport cu sunetele (16 Hz pn la 10 kHz) n acelai mediu de propagare;

- pot fi amplifi cate, dirijate sau focalizate;- transport energii mult superioare sunetelor;- realizeaz fenomenul de cavitaie.Viteza de propagare a ultrasunetelor v este dat de produsul dintre frecvena f i

lungimea de und , adic: v = f , [m/s] (1.1)

Cu ct viteza este mai mic cu att ultrasunetele se propag mai rectiliniu.Viteza si direcia de propagare sunt determinate si de proprietile mediului in care se propag (solid, lichid, gazos). Viteza de propagare a undelor transversale vt este mai mic dect viteza undelor longitudinale vl, ntre acestea existnd relaia:

3 ,l tv v= t,[m/s] (1.2)n funcie de mediul n care se propag, viteza longitudinal a undelor se exprim cu

relaiile:- n mediu solid,

(1 )

(1 )(1 )lMv

= + (1.3)

- n mediu lichid,

vl = P (1.4)

- n mediu gazos,

v l = pxa , (1.5)

Gavril Blc16

unde:M, este modulul de elasticitate;x a - coefi cient adiabatic; - coefi cientul de frecare; - densitatea gazului; - coefi cientul lui Poisson; - modulul de compresibilitate;p - presiunea gazului i a lichidului.

Viteza de propagare n mediu gazos pentru undele transversale este dat de relaia:

v t = G , (1.6)

unde: G, este modul de elasticitate transversal; - densitatea mediului (gaz).

1.1.2 Caracteristicile undei de propagare

Intensitatea undei, este mrimea ce caracterizeaz transferul de energie prin unitatea de suprafa a mediului i se determin cu relaia:

2[ / ]mdEI W mSdt

= , (1.7)unde:

dEm , este energia transportat de und;S - aria suprafeei de transport;dt - unitatea de timp.Tinnd seama de amplitudinea pulsaiei undei i densitatea mediului,

I=2

22A , (1.8)Energia propagat de und E m , este dat de relaia:

E m =E P + E (1.9)Valoarea energiei propagat ntr- un volum al unui mediu de mas m este dat de

relaia: ( )2 2 2cosmE m A t kx = , (1.10)

n care:m, este masa particulelor din mediul de propagare;A - amplitudinea undei; pulsaia undei;

17Tehnici i procese utilizate la construcia utilajelor din industria alimentar

t - durata de oscilaie;x - distana de la surs la frontul undei;

k = 2 i reprezint modulul vectorului und.

n cazul propagrii undei pe o direcie, energia toatal pe unitatea de volum va fi dat de relaia:

( )2 2 2 2 2 21 cos cos ( )2m

E m A t kx dV A t kx = = , (1.11)

Refl exia i refr acia undelor. Considernd cunoscut sensul fi zic al acestor dou caracteristici se poate determina coefi cientul de refelxie R cu relaia:

R=2

21

221

21

22

1

2

)(

)(

ZZZZ

AA

II

+== , (1.12)

unde:I 1 - este intensitatea undei incidente;I 2 - este intensitatea undei refl ectate;I 3 - intensitatea undei refractate;Z1, Z 2 - impedanele acustice.

Z 1 = 11 si Z 2 = 22 (1.13)Coefi cinetul de transmisie T este dat de relaia:

T=2

21

212

11

222

1

3

)(

4

ZZZZ

AZAZ

II

+== (1.14)Atenuarea undei se produce datorit fenomenului de difuzie i absorbie, astfel nct la

ieirea din mediul de propagare va avea intensitatea : 2 a x

iI I e= (1.15)

unde:a = at + dt, notaiile avnd semnifi caia :a- coefi cient de atenuare total; at - coefi cient de atenuare prin absorbie; dt- coefi cient de atenuare prin difuzie; x - grosimea mediului de propagare; Ii- intensitatea iniialAmplitudinea undei A se poate calcula cu relaia:

a xoA A e

= (1.16)

Gavril Blc18

unde A O este amplitudinea iniial.Absorbia energiei undelor. Gradul de absorbie i a se poate determina cu relaia:

i a =O

a

ww , (1.17)

unde:w a , este energia absolut;

wO - energia incident.Absorbia poate fi determinat de frecrile interne ale mediului de propagare, rezultnd

un coefi cient de absorbie avdat de efectul de vscozitate (relaia lui Stocks):

2 2

3

8

33avfv

= (1.18)

n condiia creterii fenomenului de conductivitate termic a mediului, coefi cientul de absorbie acse determin cu relaia lui Kirchoff i anume :

2 2

3

2 1aac T

p

f xv x c

= , (1.19)unde:

x a , este coefi cientul adiabatic;

c p - cldura specifi c la presiune constant;

T - coefi cient de conductivitate termic.Coefi cinetul total de absorbie va fi :

2 2

2

12 3

4a

rp

xfxv c

= +

(1.20) 1.1.3 Fenomene ale propagrii ultrasunetelor

Fenomenul de cavitaie, apare odat cu propagarea ultrasunetelor ca rezultat al mririi i micorrii succesive a presiunii lichidului n jurul unei valori medii. n golurile care apar se adun gaze i vapori rmnnd n lichid i dezvoltnd n urma comprimrii ulterioare n interiorul lui presiuni de ordinul miilor de atmosfere.

Se poate determina astfel presiunea maxim p n lichidul ultrasonat cu relaia:

p = 0,163 p O ( RRO ) 2 , (1.21)

unde:

p O , este presiunea hidrostatic a lichidului;Ro- raza iniial a bulei de gaz;


R - raza fi nal a bulei de gaz.

Mrimea cavitii depinde de intensitatea acustic i vascozitate. Cu ct vscozitatea este mai mare cu att presiunea necesar pentru apariia cavitii este mai mare. n asemenea condiii de lucru date, rezult:

- p > po , bulele din lichid execut o micare oscilatorie cu frecvena:

Oa

rpx

Rf 3

21= , (1.22)

unde x a este coefi cient adiabatic; -presiunea hidrostatic;-fr este frecvena de rezonan. rff (bulele sunt instabile aprnd fenomenul de

implozie cu efect de mprtiere);

- rff , volumul bulelor crete ajungnd la suprafaa i producnd fenomenul de degazare.

Fenomenul de oxidare, apare datorit formrii de H 2 O 2 puternic oxidant n prezena O2 atmosferic. Pictura de lichid din interiorul bulei are sarcini electrice de sens contrar fa de aceasta i provoac descrcri electrice sub form de fulgere, ioniznd apa i dnd natere unor radicali liberi puternic ionizai.

Fenomenul de distrugere a structurii cristaline a lichidului, se formeaz ca urmare a frecrii cristalelor ntre ele la apariia fulgerelor microscopice i ca urmare a presiunilor mari locale. Pentru perioade scurte d natere la fenomenul de sonoluminiscen.

1.1.4. Producerea ultrasunetelor

Ultrasunetele se realizeaz n:- instalaii mecanice, care folosesc, pentru producerea vibraiilor, generatoare

mecanice, aerodinamice sau hidromecanice;- instalaii electroacustice, folosesc pentru producerea vibraiilor generatoare

piezoelectrice i magnetostrictive.

Instalaii mecanice:

Cel mai des utilizate n industria alimentar sunt instalaiile hidromecanice, a cror principiu este prezentat n fi gura 1.1

Gavril Blc20

Fig.1.1 Principiul de funcionare al unei instalaii hidromecanice

n rezervorul 1 se gsete lichidul care se ultrasoneaz. Lichidul este aspirat de pompa 4 i trimis prin ajutajul 3 asupra unei membrane 2, care vibreaz n plan vertical i produce undele ultrasonice. Frecvena ultrasunetelor n acest caz se calculeaz cu relaia:

2

22,4

4 3

d Efl

= , (1.23)unde:

d este grosimea lamelei (cm)E - modulul de elasticitate; - densitatea materialului lamelei (g/cm3);l - lungimea lamelei (cm).Mrimile de frecvene obinute cu lamelele de oel sunt de 10-15 kHz.

Instalaii electroacustice

Cele mai frecvent utilizate sunt traductoarele piezoelectrice care utilizeaz n loc de lamel un cristal de cuar care-i schimb dimensiunile n funcie de sensul curentului aplicat. Alte materiale utilizate n afar de cuar sunt: niobatul de plumb (PbNb2O6), zirconat de plumb, titanat de bariu (BaTiO3), etc. Constructiv traductoarele se realizeaz n jumtate de lungime de und, sfert de lungime de und i compuse.

n cele ce urmeaz sunt prezentate cteva exemple de traductoare de tipul electroacustic:


Traductoare piezoelectrice

a.n jumtate de lungime de und (Fig1.2), cu grosimea plcii d =2

;

Fig. 1.2 Traductor piezoelectric cu d=2

;

b.n sfert de lungime de und (Fig 1.3).

Placa de grosime d =4

este asamblat rigid cu o plac de grosime d 1 realizat din oel, argint, duraluminiu, wolfram sau titan.

Fig. 1.3 Traductor piezielectric cu d=4 ;

c.Compus, realizat dintr-o plac piezoelectric sau dou fi xate tip sandwich ntre plci metalice dup cum urmeaz:

- cu o plac piezoelectric 1, plac de refl exie 2, plac de radiaie 3 (Fig1.4).

Fig 1.4 Traductor compus

- cu o plac piezoelectric 1, plac de reflexie 2, plac de radiaie 3, electrod cu orifi cii 4 (Fig1.5).

Gavril Blc22

Fig.1.5 Traductor compus complex

d.Magnetostrictive

Sunt traductoare cu care se pot obine frecvene de 25... 50 kHz (Fig. 1.6),

Fig. 1.6 Schema unui traductor magnetostrictiv.

O asemenea instalaie se compune din: traductor magnetostrictiv 1, bobinaj de oscilaie 2, condensator 3, bobin de oc 4, generator de nalt frecven G 2 , generator de curent continuu G 1 . Funcionarea acestor traductoare se bazeaz pe fenomenul magnetostrictiv (efect Joule). Pentru construcia acestor traductoare se utilizeaz: Ni, Co, Fe; ferite permalloy (45%Ni, 55%Fe); supermalloy (66%Ni, 34%Fe).

1.1.5. Aplicaii ale ultrasunetelor n industria alimentar

Ultrasunetele i gsesc aplicare n mai toate sectoarele industriei alimentare, din care cele mai importante sunt: industria crnii pentru determinarea stratului de slnin la porcine, pentru srarea crnii, pentru extragerea grsimii din oase, la fabricarea unor prospturi cu grsimi vegetale sau animale (parizer, crenvuti, etc), n industria laptelui, n


cadrul instalaiilor pentru omogenizarea i deshidratarea laptelui, n industria uleiului pentru obinerea emulsiilor A/U i a maionezelor U/A, n industria panifi caiei , pentru emulsii de tipul U/A folosite la fabricarea aluaturilor i a emulsiilor A/U pentru ungerea tvilor n vederea coacerii pinii.

n continuare (Fig 1.7) pentru exemplifi care se va prezenta o instalaie de uscare cu reactor pulsator sonic utilizat in industria laptelui.

Fig 1.7 Instalaie de uscare cu reactor pulsator sonic.

Fluidul cald este adus prin conducta 1 i trecut peste reactorul pulsator sonic 2, care este alimentat cu lichid concentrat ce urmeaz a fi uscat. Amestecul cald de lichid concentrat - fl uid cald ajunge n colectorul primar 3 prevzut cu o conduct de evacuare pulbere separat 4 i o conduct de aspiraie pulbere-fl uid cald 5. Amestecul pulbere - fl uid cald ajunge n colectorul secundar 6 pentru recuperarea particulelor fi ne, care sunt aduse prin conducta 7 i evacuate mpreun cu particulele din colectorul 3 prin ecluza 8. Fluidul cald trece prin recuperatorul de cldur 9 i este evacuat de ventilatorul 10 prin conducta 11.

De asemenea ultrasunetele se utilizeaz cu succes pentru splarea i curirea unor ambalaje din industria alimentar. Instalaiile pot fi de tipul cu rotor sau tunel.

Pentru splarea buteliilor utilizate n industria alimentar se poate folosi o instalaie de tip tunel a crei schem de principiu este prezentat n fi gura1.8.

Gavril Blc24

Fig.1.8 Instalaie de tip tunel pentru splarea buteliilor.

Instalaia cuprinde: zona de ncrcare I , zona de presplare II, zona de splare cu ultrasunete III, zona de cltire fi nal IV i zona de descrcare a instalaiei V.

Corespunztor acestor zone sunt realizate, tronsoane independente cu legturi tehnologice corespunztoare.

Ambalajele sunt aduse cu transportorul 1, fi ind fi xate cu un dispozitiv automat 2 la transportorul instalaiei 3, care le duce n zona de presplare II, apoi n zona de splare-curire cu ultrasunete III, cltirea fi nala IV i evacuate prin transportorul 6. In zona de splare - curire sunt montate sursele de ultrasunete 4 i se introduce soluia pentru curire. Timpul de splare se reduce pn la 1 minut dac lungimea instalaiei este de 6-9 m. Temperatura soluiei este de 50...80C ,iar zgomotul din interiorul mainii este de 80...82 dB ceea ce face ca instalaia sa fie izolat fonic. Productivitatea unei asemenea instalaii este de aproximativ 2000 butelii /zi.

1.2 Microundele i curenii de nalt frecven n industria alimentar

1.2.1 Consideraii generale

Microundele fac parte din grupa undelor electromagnetice i sunt de tipul:- cu frecven super- nalt (SHF)- cu cureni de nalt frecven (UHF) avnd in componen dou cmpuri (electric

+magnetic).


Microundele se caracterizeaz prin:- frecvena de propagare: = 915 25 MHz pentru o lungime de und = 32,8 cm

sau = 22125 125 MHz pentru o lungime de unda =1,2 cm;- viteza de propagare : v= 300000 km/s.n cazul curenilor de nalta frecven (CIF) pentru :- = 3000cm frecvena de propagare este = 13,5MHz;- = 1200cm frecvena de propagare este = 40MHz.n ultimele dou decenii utilizarea microundelor n industria alimentar i pentru

uz caznic a cunoscut o dezvoltare exploziv . Astfel n anul 1987 n gospodriile individuale , microundele au fost utilzate n urmtoarele procente: SUA -65%, Japonia -50%, Anglia- 30%, Frana, Olanda i Germania -11%.

1.2.2. Scheme privind refl ectarea undelor.

ntr-un produs alimentar datorit undelor electromagnetice se pot produce urmtoarele tipuri de polarizri:

- electronic, Pe, care duce la apariia momentului dipol;- atomic, Pa, care duce la orientarea ionilor n reeaua cristalin;- dipolar, Pd, care rezultat n urma aciunii cmpului electromagnetic asupra

moleculelor polare cu moment dipol propriu (ap); -microstructural, Pm, apare ca rezultat al orientrii ionilor si polarizrii dipol; - electrolitic, Pel. n figura 1.9 se prezint schema de propagare a microundelor pentru nclzirea

unor produse, iar n fi gura 1.10 se prezint mecanismul nclzirii n dielectric.

Fig. 1.9 Schema propagrii microundelorpentru nclzirea produselor

Gavril Blc26

Fig. 1.10 Schem privind mecanismul nclzirii n dielectric.a- circuit deschis ; b- circuit nchis.

1.2.3. Aparatura necesar

ntr-o instalaie pentru obinerea microundelor sunt necesare urmtoarele subansamble:

- generatorul de microunde; - cavitatea necesar pentru propagarea microundelor.Generatorul de microunde cuprinde: - sistem de alimentare i transformare cu curent la tensiune nalt; - tub electronic cu modulator de vitez; - sistem de rcire al tubului emitor.Tuburile utilizate sunt de 3 tipuri: - magnetroane: P...25 kW cu tensiunea de alimentare U=2000...7000V; - klistroane: P=25...100 kW cu tensiunea de alimentare de ordinul a zeci de mii

de voli; - amplitroni: P > 100 kW cu tensiunea de alimentare de ordinul a zeci de mii

de voli. Magnetronul, este un tub electronic la care catodul nu face parte din circuitul

electric.Se compune din :- bloc anodic rcit cu aer i are la partea central un inel cu caviti de rezonan;- magnet permanent;- ansamblu catodic cilindric;- anten emitoare;- elemente de fi xare.Catodul nclzit emite electroni, supui cmpului catod-anod i cmpului magnetic

paralel cu axa tubului. Cnd magnetronul oscileaz electronii cedeaz energia i se depun pe anod. Energia se transmite de ctre cuplajul magnetic la cavitile rezonante, de unde este colectat i radiat de o anten, care se afl plasat n cmaa de vid a tubului. Energia este condus printr-un cablu coaxial sau tub dreptunghiular de aluminiu ntr-un spaiu metalic


(cuptor) sau se concentreaz cu un element director diatermic. Randamentul este de 50...60%, iar durata de funcionare de aproximativ 4000 ore.

Klistronul, este un tub electronic modular de vitez, care difer de magnetron prin modul de separare al catodului. Oscilaiile sunt generate prin frnarea i accelerarea alternativ a unui fascicul de electroni, realizndu-se o concentrare periodic a electronilor, respectiv a modulaiilor de vitez.

Klistronul folosete tranzitul ntre dou puncte date, pentru a produce fl uxul modelat de electroni, care furnizeaz energie pulsatoare unui rezonator cu cavitaie. Klistroanele sunt elemente costisitoare i necesit tensiuni de alimentare mari de circa 30000V. Din aceste motive se fabric n serie klistroane de 30 i 100 kW, avnd o durat de funcionare de aproximativ 10000 ore.

Microundele sunt utilizate pentru fabricarea cuptoarelor de gtit i pentru uscarea diferitelor produse agricole .

In fi gura 1.11 este prezentat schema funcional a unui cuptor de tip Cryodry pentru uscarea pastelor finoase

Acest tip de cuptor are puterea instalat la Pi =25 kW i frecvena v = 915MHz.

Fig.1.11 Schema de principiu a tunelului Cryodry.1-ncrcare ; 2- ventilaie; 3- alimentator;4- magnetron; 5- descrcare.

Tunelul de uscare funcioneaz combinat, dup cum urmeaz :- cu aer cald pentru reducerea umiditii de la 30 la 20%;- cu microunde pentru reducerea umiditii de la 20 la 14%;- cu aer cald (tunel clasic) pentru reducerea umiditii de la 14 la 2,5%.

Gavril Blc28

1.3. Extrudarea in industria alimentar

1.3.1 Analiza constructiv i funcional a unui extruder

Extrudarea, const n supunerea materialelor i materiilor prime sub form de pulbere sau amestec de materii prime alimentare sub form de pulberi hidratate, unui tratament de presiune i temperatur, urmat de trecerea forat printr-o fi lier, tiate adecvat a diferite dimensiuni i apoi eliminate spre destinaie. Schema de principiu a unei instalaii de tip extrudere este prezentat n fi gura 1.12.

Fig. 1.12. Schema privind principiul de funcionare a unui extruder

Instalaia se compune din: malaxor, instalaie de alimentare cu vapori 2, melcul de alimentare 1, corpul de compresie 3, seciunea de presiune i temperatur maxim 4, dispozitivul de tiere 5, transportorul de produs fi nal 6 i capul de extrudare 7.

n malaxor se amestec finuri, griuri, aromatizani, colorani, etc, care se introduc n seciunea de alimentare 1 a extruderului, seciune ce lucreaz la presiunea atmosferic, asigur omogenitatea amestecului i elimin aerul din material.

Materialul n amestec cu vapori trece n sectiunea de compresie 3, care lucreaz la presiune joas i medie. In aceast seciune are loc gelatinizarea amidonului i congelarea proteinelor.


n seciunea 4 materialul este supus la presiune i temperatur maxim i dirijat spre capul de extrudare. In urma acestui tratament materialul are caracteristicile unui fl uid i este supus unui fenomen de curgere, ordonndu-se astfel sub form de straturi concentrice, iar fi brele de protein se orienteaz n sensul curgerii prin extruder.

Dup iesirea din extruder materialul se exapandeaz datorit scderii brusce a presiunii pn la cea atmosferic i se pierde instantaneu prin evaporare restul de ap rmas, reducndu-i mult temperatura.

n fi nal cu ajutorul cuitului 5 materialul este tiat la dimensiunile dorite.

Capul de extrudare (Fig1.13), are diferite forme de orifi cii cum ar fi : circulare, inelare, dreptunghiulare, etc.

Fig 1.13 Forme ale unor capete de extrudare.a) orifi ciu cilindric, b) orifi ciu dreptunghiular, c) orifi ciu inelar.

Tipurile constructive de extrudere, se realizeaz n funcie de destinaia lor. Sunt cunoscute urmtoarele variante constructive:- extrudere monourub, se folosesc pentru obinerea unor produse tip saleuri, sau

pregelifi catoare, care dup decupare sunt expandate ntr-un cuptor tunel;

Gavril Blc30

- extrudere cu dublu etaj, la care primul etaj este utilizat pentru pretratamentul termic al produsului, iar al doilea pentru extrudare (ex.obinerea pufuleilor);

-extrudere pentru produse moi, cum sunt matriele inelare utilizate la obinerea de furaje concentrate pentru animale;

- extrudere speciale, utilizate pentru texturizarea amestecurilor proteice;- extrudere pentru cereale i finuri.n cadrul unor linii tehnologice, extruderele mai sunt nsoite de: tunele de uscare,

prjitoare, uniti pentru realizarea aromatizrii, uniti pentru ambalare, etc.

1.3.2 Analiza procesului de extrudare

Procesul de extrudare este condiionat de: - compoziia amestecului; - viteza de naintare a materialului n extruder; - presiunea i temperatura de extrudare; - durata de staionare a materialului n extruder.

Compoziia amestecului.

Datorit unor transformri ce au loc la extrudare n structura materialului este necesar ca amestecul s nu aib mai mult de 35...40% glucide i aproximativ 50% coninut de proteine. La un coninut mai ridicat de proteine se adaug ageni reductori (sulfat de K, Na) pentru a elimina aspectul gumos al produsului.

Dac umiditatea amestecului depete 25% datorit creterii presiunii de vapori n extruder are loc o coagulare prematur a proteinelor i caramelizarea amestecului. Sub 20% umiditate procesul de gelifi ere a amidonului nu are loc.

Viteza de naintare a materialului pe extruder.

Curgerea materialului prin extruder poate fi considerat ca o suprapunere a dou curgeri:

- datorit mpingerii materialului de ctre melc n lungul spirelor lui, cu un debit Qs proporional cu turaia;

- datorit presiunii fl uidului cu un debit Qf.n timpul procesului de lucru (considernd melcul ntr-un sistem de coordonate xoy)

materialul curge n direcia axei y, axei x i peste profi lul lateral al spirelor n cazul unor scpri de material. Pentru o curgere bun Qs>Qf.

La trecerea prin melc, procesul de transferare a materialului este prezentat n fi gura 1.14.

Viteza de curgere a materialului in orifi ciile capului de extrudare este n funcie de vscozitate, de geometria orifi ciilor i de geometria spirelor.


Fig.1.14 Trecerea materialului prin extruder; 1-melc, 2- cilindru,3- micare turbionar, 4- faz traziie, 5- faz adiacent spirei.

Presiunea i temperatura din extruder.

Temperatura din extruder se realizeaz din aport caloric exterior, din vapori de ap, fi e datorit frecrii n special n partea fi nal a extruderului, fi e presiunii realizate prin construcia seciunilor de trecere la valori diferite.

Durata de staionare a materialului n extruder, infl ueneaz n mare msur realizarea extrudrii i inclusiv a expandrii materialului.

Durata mic de staionare influeneaz negativ transformarea principalelor componente din amestec.

1.3.3. Instalaii i tehnologii de extrudare n industria alimentar

Extrudarea sub form de fi lme.

Materialul proteic de o anumit origine i structur se transform n past cu 60...70% S.U. (Fig1.l5) n instalaia de extrudare sub form de fi lme.

Dintr-un malaxor materialul este trimis n coul de alimentare 1 i preluat de melcul de alimentare 2. Pasta este nclzit indirect cu ajutorul apei calde prin sistemul 3 pn la temperatura de 42...65C. Melcul 2 avnd turaia de 8...12 rot/min, mpinge pasta spre blocul matri 4, care are n continuare un subansamblu 5, de nclzire cu abur pentru partea exterioar i subansamblul 8 pentru partea interioar. In blocul matri materialul este supus la presiuni de 7..10 MPa (70...100 bari) i temperaturi de 65...160C pe durata de trecere de 0,3...1 minute, unde ia forma unei pelicule tubulare. La cptul cursei materialul este tiat cu cuitele 6.

Gavril Blc32

Fig. 1.15 Schema instalaiei de extrudare sub form de fi lme

n drumul su prin tubul 7 materialul este tratat termic cu ajutorul aburului injectat prin tubul 8. Ecluza dozatoare 9 menine sub presiune permanent tubulatura 7 i evacueaz n fl ux continuu produsul extrudat.

Extrudarea la temperaturi joase,

n instalaia de extrudare prezentat n fi gura 1.16, materialul se alimenteaz prin plnia 1, canalul din corpul extruderului 2 i melcul cu spir cu pas constant 3, apoi produsul extrudat se scoate prin orifi ciul 5 sau matria 6. Corpul extruderului 2 este prevzut cu o manta de rcire 4 alimentat cu agent de rcire de ctre pompa 8 din rezervorul 7.

Materialul iese din extruder congelat avnd forma matriei prin care trece. Materialul poate fi adus n stare uscat prin tratare cu aer cald sau microunde.


Fig. 1.16 Schema instalaiei de extrudare la temperaturi joase

Extrudarea dubl,

n instalaia de extrudare dubl (Fig1.17), materia prim i apa se amestec n malaxorul 1 n proporie de a obine 60... 73% S.U. Materialul este preluat de ctre un cilindru cu melc 2 si trecut spre camera tubular 8. Cilindrul 3 este nclzit cu abur sau ap cald astfel nct amestecul s ajung prin 4 i 5 la exterior la temperatura de 61...83oC. n prelungirea melcului se afl matria 4 sub form tubular lsnd liber o trecere inelar n care se realizeaz prima extrudare. Produsul trece n camera tubular 8 avnd lungimi de 1,8...3 m, unde se continu extrudarea sub efectul temperatur/presiune. La partea inferioar a tubului 8 se gsesc cuitele 9, care porioneaz materialul tiat n fii i apoi este preluat de melcul 10. Produsele sunt evacuate prin valva rotativ sau supapa de contrapresiune 11.

Gavril Blc34

Fig 1.17 Schema unei instalaii de extrudare dubl

Extrudarea n industria de morrit i panifi caie.

Prin aceast metod se obin produse tip snacks-uri, saleuri, pufulei, finuri instant, etc.

La obinerea pufuleilor materia prim o constituie mlaiul. Un produs de calitate se obine daca amidonul din mlai are 18...28% amiloz i


n condiiile extrudrii amestecul format din zaharoz i siropul de glucoz este introdus, fr adaos de ap, n extruder i comprimat n acelai sens cu doi melci copenetrani.

O aplicaie a extrudrii este linia tehnologic pentru decristalizarea zaharozei, prezentat schematic n fi gura 1.18.

Instalaia cu extruderul 5 intercalat, permite realizarea procesului de decristalizare pornind de la un amestec de 50% sirop-glucoz i 50% zaharoz. Produsul fi nit are temperatura da 120...130oC i sub form de jet vrtos, transparent far cristale vizibile.

Prin extrudare n seciunile de presiune ridicat din extruder, zaharoza se dizolv n soluie de glucoz, odat cu sfrmarea cristalelor de zaharoz de ctre melci.

Fig, 1.18 Schema unei linii tehnologice pentru decristalizare.

Extrudarea, fa de metoda clasic, d rezultate bune i la fabricarea ciocolatei.n figura 1.19 este prezentat schema bloc a unei instalaii pentru fabricarea

ciocolatei.n cadrul fl uxului tehnologic din fi gura 1.19, torefi erea se realizeaz ntr-o

coloan cu 3 zone (Fig. 1.20), a cror structur se prezint astfel: 1 - fi lm subire; 2 - punct etan; I - zona de rcire; II- zona de torefi ere, III- zona de uscare si degresare; 4 fl ux gazos sub depresiune; 5 fl ux gazos sub presiune; 6 sirop de cacao; 7 - ncorporare ap; 8 - degajare soluii reactive;

Gavril Blc36

Fig.1.19 Schema bloc a unei instalatii de fabricare a ciocolatei.1-curtire;2-preuscare; 3,4 - sfrmare;5-mcinare sub vid;

6-mcinare la presiune de o atmosfer; 7-decontaminare;8-torefi ere n strat subire;9-mrunire continu;10-consare continu prin extrudare;

11-aditiv;12-adaos ingrediente.

Fig.1.20 Coloan cu 3 zone pentru realizarea torefi erii


Consarea se realizeaz intr-o instalaie a crei schema este prezentat n fi gura 1.21.

Fig. 1.21. Schema unei instalaii de consare.

Masa de ciocolat se introduce prin plnia 1 cu ncorporare de gaz, apoi este preluat de primele dou module ale extruderului 2, unde se lichefi az untul de cacao i se elimin substanele volatile. Surplusul de unt se introduce n cel de-al treilea modul unde masa de ciocolat este plastifi at obinndu-se astfel fl uiditatea dorit.

1.4. Tehnici de uscare a produselor lichide din industria alimentar

1.4.1. Consideraii generale

Prin uscarea produselor lichide se nelege pulverizarea acestora n picturi foarte fi ne, care vin n contact cu un fl uid cald, urmate de o uscare instantanee fr a ridica exagerat temperatura produsului.

Produsele lichide pot fi : laptele, sucurile de legume i fructe, extractele vegetale, iar agentul de uscare, gazele de ardere sau aerul cald.

Rezultatul uscrii este o pulbere fi n care nu mai necesit mrunire avnd caracteristici senzoriale superioare produselor obinute prin procesul pelicular.

Temperatura aerului utilizat la uscare este de 140...159oC, durata de uscare de circa 1...10s i dimensiunile unei particule de 20... 100 m. Mrimea dimensional a particulelor n acest interval depinde de mai muli factori dintre care se amintesc: sistemul de pulverizare, prezena vacuolelor n particule determinate de coninutul de aer al lichidului concentrat (volumul acestora i gradul de dilatare al lor se datoreaza evoluiei temperaturii la pulverizare). Gradul de uscare determin coninutul de substan uscat a particulelor.

Evoluia temperaturii mediului de uscare pe durata procesului de uscare i depirea temperaturii de evaporare a apei vor duce la supranclziri locale a particulelor la apariia unor cruste pe suprafaa exterioar a lor, care vor fi sura i particulele nu vor mai fi reinute de

Gavril Blc38

cicloane la separare, fi ind evacuate ca reziduuri odat cu aerul uzat. De asemenea particulele devin mai puin solubile n mediile unde vor fi utilizate.

Aceste fenomene se pot produce la uscarea ntr-o singur treapt. Pentru a evita neajunsurile prezentate se recomand uscarea n instalaii de uscare cu dou trepte, n care temperatura, n faze critice ale procesului de uscare, poate fi meninut la nivel optim.

n fi gura 1.22 este prezentat diagrama de evoluie a coninutului de substan uscat a particulelor innd seama de temperatura mediului de uscare, temperatura agentului de uscare i temperatura particulelor.

Fig.1.22 Diagrama de evoluie a volumului de substan uscat

Curbele indicate n diagram reprezint:- pentru uscarea ntr-o singur treapt: 1 variaia temperaturii mediului; 3- variaia

coninutului de substan uscat funcie de temperatura mediului;1-variaia temperaturii particulelor; 3- variaia coninutului de substan uscat n funcie de temperatura particulei;

- pentru uscarea n dou trepte (doi timpi): 2 variaia temperaturii mediului. 4 - variaia coninutului de substan uscat funcie de temperatura mediului; 2- variaia temperaturii particulelor; 4 variaia coninutului de substan uscat a particulei n funcie de temperatura acesteia

1.4.2. Alegerea instalaiilor de uscare prin pulverizare

Criteriile de baz n alegerea instalaiilor de uscare sunt: - criteriul energetic; - tipul de produs supus uscrii.


n funcie de criteriul energetic, se alege sistemul sau sistemele care dau cel mai nalt randament termic T

i eT

i ma

T TT T

= (1.24)unde:

T i - este temperatura aerului la intrarea n usctor;

T e - temperatura aerului la ieirea din usctor;Tma- temperatura mediului ambiant.Randamentul termic crete considerabil (pn la 98%) dac se utilizeaz nclzirea

direct cu gaze de ardere n loc de nclzirea cu aer cald (indirect).Avnd n vedere c la uscarea produselor alimentare nu este utilizat nclzirea

direct se recomand utilizarea usctorului n doi timpi cu recuperarea cldurii din gazele evacuate din usctor. De asemenea la procedeul de uscare n doi timpi se obin produse de calitate superioar (densitate mare, nivelul redus de grsime, coninut redus de aer inclus) n condiii de randament mai bun.

Schema unei instalaii clasice de uscare prin pulverizare a produselor lichide este prezentat n fi gura 1.23.

Instalaia de uscare prin pulverizare se compune din: turnul de uscare 1, dispozitivul de pulverizare 2, pompa de alimentare 3, bateria de nclzire 4, linia de transport pneumatic 5, cicloanele 6 i agentul de uscare 7.

Fig. 1.23 Schema unei instalaii clasice de uscare prin pulverizare.

Gavril Blc40

1.4.3.Elemente componente ale unei instalaii de uscare prin pulverizare

Sistemul de pulverizare.

Se utilizeaz trei sisteme:- cu presiune de lichid;- cu presiune de aer;- rotativ.La sistemul cu presiune de lichid, lichidul se trimite printr-un ajutaj la presiunea

de 10...60 daN/cm2 (1...6MPa) i strbate ajutajul n spiral, urmnd s fi e laminat ntre perei i un con ce provoac o obturaie parial. In cazul dispersiei prin presiunea de aer se utilizeaz o presiune de 5... 10 daN/cm2 (0.5...1MPa).

Sistemul rotativ utilizeaz un atomizor centrifugal (turbin) montat pe un ax vertical antrenat la 10000 rot/min.

Sistemul de nclzire a agentului, este format din baterii nclzite de regul cu abur, iar nclzirea suplimentar cu radiatoare elctrice. Circularea aerului se face cu ventilatoare.

Camerele de uscare, au forma cilindric cu fundul plat sau tronconic. Cele cu fundul tronconic se utilizeaz la produsele cu coninut mare de grsime.

Pentru a mpiedica aderarea particolelor umede la perei, acestea se realizeaz cu perei dubli ntre care circul apa. Poziiile relative a sistemului de pulverizare i a sistemului de alimentare cu agent de uscare sunt prezentate n fi gura 1.24

Fig. 1.24. Poziiile relative ale sistemului de pulverizare i alimentare cu agent de uscare. a - contracurent, b - echicurent, c - echicurent i dispozitiv de pulverizare de tip turbin,

d - contracurent cu dispozitiv de pulverizare de tip turbin.


Spltor umed de aer uzat.

La eliminarea aerului uzat din instalaia de uscare se constat un procent ridicat (0,5 %) de pulbere care este antrenat odat cu acesta. Pentru recuperarea pulberii se intercaleaz n instalaie recuperatoare sau spltoare umede. Ele se cupleaz n l inii dup cicloane mrind astfel randamentul de recuperare.

Schema unui recuperator umed de aer uzat se prezint n fi gura 1.25 i cuprinde tubul venturi 1 i ciclonul separator 2.

Aerul uzat n amestec cu pulberea intr n tubul venturi 1 mrindu-i viteza n zona n care lichidul intr printr-o diuz auto-curitoare.

Amestecul format trece prin difuzorul tubului i ajunge n ciclonul separator 2, de unde aerul este evacuat pe la partea superioar, iar lichidul printr-un orifi ciu situat la baza ciclonului.

Fig.1.25 Schema unui recuperator umed de aer uzat

Modalitatea de intercalare a spltorului umed de aer uzat ntr-o instalaie de uscare prin pulverizare este prezentat n fi gura 1.26 i conine: concentratoarele 1, spltor umed de aer uzat 2, turn de uscare 3, cicloanele 4 i vasul de colectare lichid din spltorul umed 5.

Gavril Blc42

Fig 1.26 Schema unei instalaii de uscare prin pulverizare

1.4.4. Variante constuctive de instalaii

Instalaia NEMA- WERKEInstalaia Nema-Werke (Fig1.27) se compune din: bazinul de alimentare 1, pomp

centrifugal pentru alimentarea turnului de uscare 2, filtrul 3, ventilatoare centrifugale 4, bateriile pentru nclzire 5, turnul de uscare 6, disc de pulverizare 7, gura de evcuare lapte praf 8, melcul transportor 9, fi ltrul cu saci 10, ecluza 11, sita vibratoare 12 i bazinul colector pentru lapte 13.

Lichidul concentrat avnd 45% S. U. se gsete n bazinul 1, unde este preluat de pompa 2 i introdus n turnul de uscare 6 de ctre turbina 7. Ventilatoarele 4 absorb aerul din atmosfer i l trec prin fi ltrele 3 i bateriile de nclzire 5, dup care este introdus lateral i pe la partea superioar n turnul de uscare la o temperatur de 150oC.

Aerul cu un coninut de circa 5% praf de produs este trimis de ventilatorul 4 la fi ltrul cu saci 10, de unde este evacuat cu ventilatorul 4, iar praful intr n circuitul produsului.

Produsul praf se depune pe fundul turnului de uscare, de unde este preluat de paleta rotativ 8 i transmis la nivelul 9, apoi trece pe sita vibratoare 12, realizndu-se rcirea n pat fl uidizant de la 45-50C la 35C i se colecteaz n bazinul 3. Aceast instalaie se utilizeaz cu rezultate bune la obinerea laptelui praf.


Fig.1.27. Schema unei instalaii tip NEMA-WERKE

n afar de aceast instalaie mai sunt cunoscute i altele, dintre care se amintesc:- PAASCH SILKEBORG, care utilizeaz un atomizor pentru pulverizarea produsului

concentrat (45...46% SU), iar aerul cald este introdus numai pe la partea superioar i dirijat cu o serie de plci perforate pentru o efi cient distribuiie a lui.

-INSTALAIA ROGERS, are camera de uscare dreptunghiular i baz plat orizontal.Aerul de uscare este trimis echicurent cu produsul fi n pulverizat.

- INSTALAIA ANHIDRO, se realizeaz n 4 tipuri, fi ecare cu cte 24 de mrimi. Tipurile se deosebesc dup capacitatea de evaporare i temperatura aerului cald de intrare.Pentru industria laptelui se folosesc tipurile I i II i au caracteristicile:

- Tip I: 20...4000 kg/h i ta = 156...180C- Tip II: 40...8000 kg apa/h i ta = 230oC.La toate produsele oinute n instalaiile de uscare prin pulverizare activitatea bacteriilor

mezofi le i termofi le, aerobe i anaerobe este n scdere cu ct temperatura de intrare a lichidului n dispozitivul de pulverizare este mai mare.

1.5 Utilizarea frigului n industria alimentara


Industria alimentar este sectorul n care se utilizeaz pe scar larg efectele frigului, att n prelucrarea primar i pstrarea produselor agricole, ct i n procesele tehnologice de obinere a unor produse finite i de pstrare a lor. In procesul tehnologic de

Gavril Blc44

pstrare a produselor, frigul se utilizeaz n depozite frigorifi ce i n depozite cu atmosfer controlat.

n marea majoritate a cazurilor se utilizeaz centrale frigorifi ce cu circuit primar de rcire, n care agentul frigorifi c este amoniacul i cu circuit secundar de rcire, n care agentul frigorifi c secundar este o saramur, un lichid pe baz de etilen-glicol, etc. n cazul utilizrii instalaiei pentru depozite frigorifi ce, amoniacul nu depete spaiul centralei frigorifi ce , ci preia cldura de la agentul frigorifi c secundar, care este dirijat spre celulele depozitului i asigur rcirea aerului vehiculat de ventilatoarele instalaiilor de aer carcasat.

La scparea unor cantiti mici de amoniac n spaiul destinat legumelor i fructelor, apare schimbarea culorii acestora i nmuierea esuturilor.

Dac concentraia n amoniac depete 0,8% se produc vtmri importante n masa de produse. Neutralizarea efectului produs de amoniac se face prin introducerea bioxidului de sulf n ncpere, urmat de o aerisire ndelungat.

1.5.2 Principiul de funcionare al unei instalaii fr igorifi ce cu o treapt de comprimare

n fi gura 1.28 se prezint o instalaie frigorifi c cu o treapt de comprimare, utiliznd ca agent frigorifi c primar amoniacul.

n vaporizatorul V se introduce un fluid frigorific secundar, care circul de la i spre celulele frigorifi ce.

Fig. 1.28 Schema unei instalaii frigorifi ce cu o treapt de comprimare


Compresorul K, aspir vaporii saturai uscai din separatorul de lichid SL i-i refu-leaz n stare supranclzit n condensatorul C, unde se rcesc izobar i apoi se condenseaz izoterm-izobar prin cedarea cldurii de supranclzire i condensare, unui agent de rcire (ap, aer). Lichidul trece n subracitorul SR, unde este subrcit izobar i apoi laminat izentalpic n ventilul de reglaj VR pn la temperatura i presiunea de vaporizare.

Amestecul de lichid i vapori ajunge n separatorul de lichid SR , care ndeplinete urmtoarele atribuiuni :

- separ vaporii de lichid, asigurnd compresorului o funcionare uscat i alimentaeaz numai cu lichid vaporizatorul;

- asigur funcionarea n regim ncrcat a vaporizatorului, fapt ce are influen asupra intensitii schimbului de cldur.

Din separatorul de lichid SL, lichidul ajunge n vaporizator se vaporizeaz izoterm-izobar, prelund cldura de la mediul ce urmeaz a fi rcit sau de la agentul frigorifi c secundar .

n fi gura.1.29 este prezentat ciclul teoretic de funcionare al instalaiei frigorifi ce cu o treapt de comprimare.

Fig 1.29 Ciclul teoretic al unei instalatii frigorifi ce cu otreapt de comprimare. Transformrile de stare la

care este supus agentul frigorifi c primar.a. temperatur-entropie; b presiune entalpie.

Pe poriunea 1-2 are loc comprimarea vaporilor uscai, dup aspiraia din separatorul de lichid SL. Pe poriunea 2-2 2-3, vaporii supranclzii n condensator se rcesc izobar, transformndu-se n lichid dup un proces izoterm - izobar .

Agentul frigorifi c lichefi at se rcete n continuare pe poriunea 3-3 n subrcitor dup o transformare izobar. Fluidul frigorifi c este laminat prin ventil dup o transformare izentalpic pn la temperatura i presiunea de vaporizare din punctul 4.

Gavril Blc46

Valorile temperaturilor corespunztoare condiiilor normale de funcionare sunt:- temperatura de vaporizare, tv = -10C;- temperatura de condensare, tc = +25C;- temperatura de subrcire, tsr =+15C. Raportul presiunilor din condensator Pc i

Pv din vaporizator corespunztor acestor temperaturi este Pc / Pv = 3,45.

1.5.3 Ciclul instalaiilor fr igorifi ce cu dou trepte de comprimare

Fig 1.30 Principiul de funcionare al unei instalaii frigorifi ce cu dou trepte de comprimare, a- schema de principiu ; b- ciclul teoretic de funcionare

n cadrul acestor instalaii (Fig 1.30) vaporii agentului frigorific cu presiunea P1 obinui n vaporizatorul 6 sunt aspirai de compresorul 1 i comprimai adiabatic pn la presiunea P1.

Vaporii supranclzii sunt trecui n rcitorul cu ap 3 i rcii izobar, dup curba 1 -1, de unde sunt aspirai de compresorul 2 i comprimai pn la presiunea P2. Procesele urmtoare sunt identice cu cele de la o instalaie cu o singur treapt de comprimare.

Comparnd ciclul teoretic al celor dou instalaii, n cazul n care amndou funcioneaz ntre aceleai limite de presiuni, rezult:

- temperatura fi nal a vaporilor comprimai se micoreaz de la T2, la T2;- lucru mecanic de comprimare se reduce cu valoarea suprafeei 22 1 1;- eficiena frigorific a instalaiei cu dou trepte de comprimare crete:

5 1 5 115' ' 15 '

1" 11 1 23461 1 12 3461o o

f fq aria S S q aria S S

aria aria

= = > = = (1.25)


Dezavantajul acestui tip de instalaie rezult din faptul c, existnd diferene mari ntre presiunea din vaporizator i condensator, titlul vaporilor rezultai prin laminare crete apreciabil ceea ce conduce la reducerea capacitatii fi gorifi ce.

1.5.4. Ciclul instalaiilor fr igorifi ce cu dou trepte de comprimare i cu dou laminri

n cadrul acestei instalaii (Fig 1.31), vaporii agentului frigorific cu presiunea P1 din vaporizatorul 8 sunt aspirai de ctre compresorul 1 i comprimai adiabatic pn la presiunea P1. Rcirea intermediar n vaporizator se face cu lichid frigorific n recipientul 3 la saturaie i cu presiunea P1. Rcirea vaporilor este izobar de la temperatura T1` la T1``, ca urmare, o parte din lichidul existent n recipient se vaporizeaz.

Fig 1.31 Principiul de funcionare al unei instalaii frigorifi ce cu dou trepte de comprimare i cu dou laminari. a- schema de principiu ; b- ciclul teoretic de funcionare

1.5.5. Prelucrarea i conservarea produselor agro-alimentare prin fr ig

n vederea prelucrrii i pstrrii prin frig a produselor agro-alimentare se utilizeaz urmtoarele tehnici:

- congelarea, metod prin care are loc rcirea produsului la temperatura de -18C...-25C, la care 95% din coninutul de ap se solidifi c sub form de ghea;

- refr igerarea, este procedeul prin care se face rcirea rapid a produselor ntre 0C i 5C i apoi pstrarea constant la acest interval de temperatur, fr a se produce forme de ghea n produs;

Gavril Blc48

- criodisecarea (liofi lizarea), este procedeul prin care produsele prealabil congelate se deshidrateaz prin eliminarea umiditii pe calea sublimrii cristalelor de ghea n vid, pe baza unui aport controlat de temperatur.

n cadrul derulrii unor procese tehnologice din industria alimentar se utilizeaz procesarea prin frig urmrindu-se cteva obiective din care se amintesc:

- asigurarea de temperaturi optime n procesul de fabricaie(ex.fermentarea vinului i berii);

- maturarea unor preparate din industria crnii;- modifi carea unor nsuiri fi zico-chimice la unele produse utilizate la fabricarea

ciocolatei, untului, margarinei, ngheatei etc;- modifi carea compoziiei unor produse lichide pentru accelerarea procesului de

limpezire (ex.proceasrea vinului pentru concentrarea mustului de struguri sau creterea coninutului de alcool la fabricarea vinurilor);

- evitarea alterrii unor produse alimentare utilizate ca materie prim pn ajung n procesul tehnologic de fabricaie;

Pentru efi cin maxim n procesul tehnologic de tratare prin frig este necesar ndeplinirea concomitent a urmtoarelor condiii:

- frigul se aplic la un aliment sntos;- frigul se aplic n fazele cele mai precoce;- frigul se aplic netrerupt i constant pe toat durata procesrii i pstrrii produsului

pn la consum;

1.5.5.1. Congelarea produselor agro-alimentare

Efi cientizarea procesului de congelare se obine atunci cnd faza de maxim cristalizare a apei(-1...-5C)este rapid i 60...75% din coninutul total de ap se solidifi c urmat de continuarea procesului prin subrcirea produsului la -18....-25C, cnd 90...95% din ap se solidifi c.Aceste deziderate se obin atunci cnd temperatura mediului de rcire este de -30...-35C, iar agentul frigorifi c din instalaie se vaporizeaz la -40...-45C. Prin urmare ntreg procesul de congelare este caracterizat de:

- viteza de congelare, ce reprezint viteza cu care avanseaz fenomenul de cristalizare a apei n produs;

- timpul de congelare,reprezint timpul n care frontul de congelare nainteaz din exterior spre interior n tot volumul produsului.

n funcie de mediul de rcire folosit i de modul de preluare a cldurii de la produs sunt cunoscute urmtoarele sisteme de congelare :

- n curent de aer rece: - congelare n strat fi x; - congelare n strat fl uidizant; - prin imersie n ageni intermediari; - prin contact direct cu ageni criogenici;


- prin contact cu supafee metalice reci.

Dei apa pur congeleaz la 0C, apa liber i legat coninut de produsele alimentare nghea la temperaturi mai sczute dup cum umeaz:

- carne de vit i porc.......-0,6.....-1,2C- carne de pete ................-0,6.....-2C- lapte................................-0,55...-0,56C- legume............................-0,44...-3,66C- fructe...............................-1........-4C- ou...................................-0,5....-0,6C

Aparatele sau agregatele pentru congelare sunt cu funcionare continu sau discontinu. La agregatele cu funionare discontinu sau intermitent o arj de lucru cuprinde trei faze: ncrcare, congelare i descrcare.

a. Congelarea n curent de aer rece, este un procedeu care se desfoar n spaii bine delimitate i izolate termic.Spaiile sunt prevzute cu rcitoare de aer carcasat i ventilatoare axiale sau centrifugale.Aerul de rcire cu care vine n contact produsul are temperatua ntre -25 i -40C.

Congelarea n curent de aer rece se face n aparate de congelare cu funionare discontinu (celule de congelare i tunele de congelare), semicontinu i continu.

Celulele de congelare, sunt destinate congelrii produselor de dimensiuni mici (unt, mruntaie de pasre, pete, etc.) preambalate sau ambalate n cutii de carton.

n fi gura 1.32 este prezentat n seciune o celul de congelare cu circulaie forat a aerului rece.

Fig.1.32.Celul de congelare cu circulaie forat a aerului rece. 1-perete cu izolaie termic;2-rcitor de aer carcasat;3-spaiu de congelare; 4-ventilatoare axiale.

Acest tip de celule se folosesc pentru congelarea rapid a carcaselor din carne suspendate pe conveiere sau a altor produse din carne preambalate.

Dimensiunile unei asemenea celule sunt de 6x3x3,6 m, prevzute cu

Gavril Blc50

ventilatoarele 4, care asigur o circulaie n plan longitudinal a curentului de aer n 150....200 cicluri volum de aer/or la temperatura de -30....-35C.

Tunelele de congelare, sunt construcii frigorifi ce izolate termic, avnd dimensiuni combinaii ntre lungimile de 9,12,15,18 m i limi de 3,6 m. Temperatura din incint este asigurat la -25...-40C i o vitez a curentului de aer n tunelul nencrcat de 1,5 m/s.

Acest tip de tunele se realizeaz n 3 variante constructive:- cu circulaie longitudinal i plafon fals;- cu circulaie longitudinal i perete despritor;- cu circulaie longitudinal i defl ectoare pentru dirijarea curentului de aer rece.n fi gura 1.33 se prezint schema unui tunel de congelare cu circulaie longitudinal

i perete despritor.Avnd n vedere c n aceste tunele cmpul termic este neuniform este necesar a

se utiliza ventilatoare reversibile,care permit la anumite intervale de timp schimbarea sensului de rotire i prin urmare inversarea sensului de circulaie al aerului.Se recomand ca ncrcarea tunelelor de congelare cu carne s se fac n sens longtudinal n plane paralele cu curentul de aer. n cazul ncrcrii pe linii transversale aeriene este obligatorie dispunerea intercalat a carcaselor.

Fig. 1.33 Schema unui tunel de congelare cu circulaie longitudinal i perete despritor. 1-peretele celulei de congelare;2-rcitor de aer;3-ventilator; 4-perete depritor;

5-canal de aer.

Cel mai efi cient tip de tunel pentru congelarea carcaselor de porc, viei, ovine etc., este cel cu insufl area vertical a aerului rece(Fig 1.34.).


Fig.1.34.Seciune printr-un tunel cu insufl are vertical a aerului rece.1-peretele tunelului;2-rcitor de aer;3-ventilator;4-plafon perforat;5-canal de depresiune;

6-linie aerian de suspendare a carcaselor;7-spaiu de congelare.

Pentru asigurarea uniformitii de distribuie a aerului rece rcitoarele de aer 2 nsoite de ventilatoarele 3 se amplaseaz n numr necesar pe toat latura transversal a depozitului sau pe latura unde sunt dispuse. Depozitul poate fi prevzut i cu rastele pentru aezarea crnii.Aerul rece de la rcitorul de aer 2 este trimis de ventilatorul 3 prin canalul 5 i plafonul perforat 4 peste produsele din carne aezate n spaiul de congelare 7.

Asemenea tuneluri pot fi cu funcionare semicontinu sau continu cu forma constructiv adecvat.

La tunelurile cu funcionare continu (Fig 1.35) produsele (carcasele) sunt atrnate n conveiere cu lan i parcurg n plan transversal toat lungimea ntr-un anumit timp fi xat pentru congelare.

Gavril Blc52

Fig.1.35.Schema unui tunel cu funcinare continu.I-intrare conveier;II-ieire conveier;1-perete tunel;2-plafon perforat;

3-conveier; 4-rcitor de aer;5-ventilator;6-spaiu de congelare.

Micarea conveierului 3 se face n plan transversal n aa fel nct s se asigure ventilarea uniform i n fl ux continuu pn la parcurgerea timpului de congelare.

Congelarea n strat fl uidizant, este un procedeu care se aplic produselor agro-alimentare de dimensiuni reduse (legume,fructe,mruntaie,etc.). Procedeul const n insufl area ascendent a curenilor de aer reci asupra stratului de produs, nct acesta se afneaz crendu-se o stare de fl uidizare.n aceste condiii aerul rece cuprinde fi ecare particul ,realiznd congelarea individual.Obinerea stratului fl uidizant este dependent de mrimea vitezei curentului de aer (m/s) i de presiunea curentului de aer.Structura stratului de o anumit presiune pn la faza de fl uidizare tumultoas cuprinde i alte faze dup cum urmeaz:

- faza de strat fi x;- faza de afnare a stratului fi x;- faza de prefl uidizare;- faza de fl uidizare;- faza tumultoas sau de ptrundere a stratului de ctre curentul de aer rece.Dintre aparatele de congelare n strat fl uidizant se pot aminti:


- aparate de congelare prin fl uidizare cu band transportoare;- aparate de congelare n strat fl uidizant cu jgheab.n fi gura 1.36 se prezint schema de principiu a unui congelator n strat fl uidizant

cu jgheab. Instalaia se compune dintr-o carcas termoizolant 1, n care se afl jgheabul 2 confecionat din oel inoxidabil, avnd fundul perforat.

Fig.1.36.Schema unui congelator n strat fl uidizant.1-carcas termoizolant;2-jgheab perforat;3-sistem de alimentare;

4-evacuare;5-ventilator;6-material fl uidizat;7-colector ap;8-vaporizator; 9-duuri pentru decongelare.

Materialul intr prin sistemul de alimentare 3 pe jgheabul oscilant i perforat 2, unde se congeleaz. Sub jgheab se monteaz vaporizatoarele instalaiei frigorifi ce 8 i ventilatoarele 5, n numr ca s acoper toat lungimea aparatului. Decongelarea instalaiei se face prin registrele cu duuri 9.

b. Congelarea prin imersie n ageni intermediari, se face cu aparate de tipul cu funcionare continu i utilizeaz soluii necongelabile la temperaturi sczute.Instalaia utilizeaz soluii de tipul propilenglicol sau saramur de clorur de calciu. O particularitate a instalaiei o constituie faptul c produesele nu intr n contact direct cu soluia de congelare, prin urmare este necesar ca ambalarea s se fac prin vacuum pentru a elimina orice aer remanent din ambalaj. Metoda nu are larg rspndire i se aplic la congelarea unor specii de peti i la congelarea psrilor preambalate n pungi din materiale impermeabile.

c. Congelarea prin contact direct cu ageni criogenici, se face cu aparate de tipul n fl ux continuu,n care produsele vin n contact direct cu agenii criogenici. Majoritatea acestor tipuri de aparate lucreaz cu azot lichid.

Aparatul este o incint n care circul un transportor ,pe care se aeaz produsele.Congelarea are loc n trei faze:n faza 1 produsele aezate pe band circul n

contracurent cu vaporii de azot vehiculai de ventilatoare axiale i evacuai la -40C. n faza a 2-a se produce o congelare ultrarapid prin pulverizare de azot lichid la -180C ,iar n faza a 3-a urmeaz o uniformizare a temperaturii n masa produsului.Metoda se aplic la produse cu granulaie fi n,respectiv grosimi reduse.

Gavril Blc54

d. Congelarea prin contact cu suprafee metalice reci, se realizeaz n aparate n care produsul vine n contact direct cu suprafeele metalice rcite de ageni frigorifi ci. Transmiterea cldurii se face prin conducie.

Sunt cunoscute mai multe tipuri de aparate din aceast categorie:- congelatoare cu plci: - orizontale; - rotative;- congelatoare cu cilindri metalici.Congelatoarele cu plci (Fig.1.37.), sunt aparate destinate congelrii produselor

preambalate.

Fig.1.37.Schema de principiu a unui congelator cu plci orizontale.1-carcas izolat termic;2-plac mobil;3-cilindru hidraulic;4-plci libere; 5-distrbuitor pentru agentul fr igorifi c; 6-compresor; 7-conduct de alimentare cu agent fr igorifi c; 8-u;9-furtune de alimentare a plcilor cu agent fr igorifi c; 10-distaniere;11-picioare de sprijin;12-mner.

Durata congelrii este dependent de grosimea de ambalare a produsului(25...30 minute pentru grosimi de 25 mm; 60...90 minute pentru grosimi ntre 25...50mm; 150...240 minute pentru grosimi ntre 50...100mm).

Congelatorul este format dintr-o cacas izolat termic 1, n care se gsete placa frigorifi c mobil 2 legat de cilindrul hidraulic 3. Deasupra acestor plci, distanate de tampoanele din lemn 10 se gsesc plcile libere 4 pe care se stivuiesc produsele supuse


procesului de congelare. Dup ncrcarea pachetelor prin ua 8 pe plcile 2; 4 iniial distanate se acioneaz cilindrul hidraulic 3 care le apropie i le pune n contact cu produsul. Alimentarea cu agent frigorifi c a plcilor se face prin compresorul 6, conducta 7, distribuitorul 5 i furtunele fl exibile 9. n circuitul hidraulic se gsesc supape de siguran care limiteaz presiunea pentru protejarea produselor mpotriva deformrilor mecanice.

Instalaia utilizeaz ca agent frigorifi c amoniacul R22 sau R502, iar presiunea n intalaia hidraulic de (0,5...7)104 Pa. Temperatura de vaporizare este -25...-40 C i coefi cientul de transmitere a cldurii este de (5,8...6)102 W/m2K.

Congelatoarele cu plci rotative,sunt aparate care au dispuse plcile radial n interiorul unui cilindru rotativ.Pe o parte a cilindrului este un cap divizor care distribuie amoniacul n plci,iar pe partea opus un alt cap divizor care colecteaz amoniacul. Temperatura de vaporizare este -30...-40C. Consumul de frig este de 192103KJ/h.

1.5.5.2 Refr igerarea produselor agro-alimentare.

Refr igerarea este un proces de transfer de cldur fr schimbarea strii de agregare. Prin refrigerare are loc rcirea produsului alimentar pn la temperaturi aproape de punctul de congelare, fr formarea de ghea.Fenomenul de refrigerare este nsoit de transfer de mas ,respectiv umiditate de la produsul cu temperatur mai ridicat la mediul de rcire cu temperatur mai sczut.n urma pocesului de refrigerare produsele alimentare trebuie s aib temperatura ntre 0...5C, iar mediul de rcire -5...2C.

Procedeele de refrigerare se clasifi c dup cum urmeaz:- dup modul de conducere a procesului de rcire: - refrigerare lent; - refrigerare rapid.- dup natura mediului de rcire: - refrigerare n aer; - refrigerare n ageni intermediari; - refrigerare n contact cu ap hidric; - refrigerare n schimbtoare de cldur; - refrigerare n vid.Dintre procedeele menionate mai sus cel mai des se utilizeaz refrigerarea n aer.Refrigerarea n aer n funcie de spaiul de refrigerare cunoate mai multe variante:- n camere staionare: - camere de refrigerare; - celule de refrigerare; - tunele de refrigerare.- n mijloace de transport: - vagoane frigorifi ce; - autofrigorifi ce; - nave frigorifi ce.

Gavril Blc56

Dintre metodele de refrigerare cea mai rspndit este refrigerarea direct rapid ntr-o faz sau n mai multe faze pentru carcase de bovine, porcine sau ovine.

Principalii parametri ce trebuie respectai n interiorul unei celule de refrigerare sunt:

- nlimea de suspendare a carcaselor sau semicarcaselor: - bovine: 4,5m; - ovine: 1,85m; - porcine: 2m.- viteza de refrigerare n tunele: - circulaie longitudinal: 1...5m/s; - circulaie vertical:1,5...2m/s; - circulaie transversal: se calculeaz corespunztor unui debit orar de

25...300 ori volumul tunelului gol.

a. Parametrii aerului la refr igerare, sunt temperatura, viteza si umiditatea relativ.Temperatura aerului la refrigerare depinde de natura produsului i de sistemul de

refrigerare.Acestea impun unul sau mai multe niveluri de temperatur.n cazul primului nivel de temperatur utilizat, echivalent cu primul timp de

njumtire a temperaturii de refrigerare se utilizeaz aer la -12....-15C dup care se reduce la -1...+1C pe toat durata de refrigerare echivalent cu cea de-a doua faz.n cazul primului interval de temperatur se utilizeaz n funcie de natura produsului valorile de temperatur prezentate n tabelul 1.1.

Tabelul 1.1.Valori de tamperatur la refrigerare

Temperaturi (C)Produsul

FazaI II

Fructe -8......-9 -1......+1Carcase de bovine -5......-6 -1......+1Carcase de porcine -10......-12 -1......+1

- Viteza aerului, este infl uenat de tipul de refrigerare:lent sau rapid. n cazul refrigerrii lente se utilizeaz viteze de pn la 0,3m/s,mai mic dac ncperea este goal i mai mare dac celula de refrigerare este ncrcat. De modul de ncrcare i aezare a produselor n celula de refrigerare depinde direcia cuenilor de aer(vertical,longitudinal sau transversal).

- Umiditatea aerului, este parametrul care controlat i meninut n limite optime asigur pierderi minime n greutate a produselor alimentare. n timpul refrigerrii se recomand o umiditate a aerului rece de 90...95% pentru produsele din carne,legume i fructe; 75...80% pentru ceap i usturoi; 85...90% pentru celelalte produse agro-alimentare.


b. Camerele de refr igerare, sunt spaii destinate pstrrii produselor alimentare cu dimensiuni i caracterstici determinate de destinaie,natura produselor i modul de distribuire a curenilor de aer.

Pentru depozitarea i pstrarea legumelor i fructelor se utilizeaz camere frigorifi ce mari de dimensiuni: 12x12m; 12x18m; 12x24m; 18x24m; 18x30m; 18x36m; 24x24m; iar nlimea liber de 7...8m. Sunt spaii nchise,iluminate artifi cial, deoarece lumina intensifi c activitatea metabolic din produse. Capacitatea acestor celule este de 200..800 tone.

Pentru circulaia aerului n camerele frigorfi ce se utilizeaz sisteme de dirijare a aerului construite n mai multe variante:

- cu un canal de aer;- cu dou canale de aer;- cu insufl area aerului rece prin pardoseal;- cu utilizarea rcitoarelor de aer carcasat;- cu difuzor sau ajutaje montate sub tavanul camerelor.Rcitorul cu dou canale (Fig 1.38), utilizeaz canalul de aspiraie 1 montat sub tavan

i canalul de refulare a aerului rece 2 realizat la partea inferioar a depozitului izolat termic 5.

Fig.1.38.Schema unei camere de rcire cu dou canale:1-canal de aspiraie;2-canal de refulare;3-rcitor;4-ventilator;5-perete depozit;

6-spaiu de depozitare;7-umidifi cator;8-priza de aer proaspt.

Canalele 1 i 2 sunt perforate pe la partea interioar,iar rcitoarele i ventilatoarele centrifugale se pot amplasa n coridoarele tehnice ale celulelor i nu n spaiul de depozitare. Ventilatoarele trebuie s acopere pierderile de presiune pe ntreg circuitul.n incint se prevd camere de umidifi care 7 cu separatoare de lichid i prize de aer proaspt 8, prevzute cu sisteme de fi ltrare.

Pentru depozitarea i pstrarea legumelor i fructelor se utilizeaze camere frigorifi ce cu introducerea aerului rece prin pardoseal (Fig.1.39.).

Gavril Blc58

Asemenea camere sunt prevzute cu sisteme de control a umiditii , temperaturii att pe timp de iarn ct i pe timp de var.

Aerul proaspt este accesat n camera 17 prin prizele de aer 15 montate pe acoperi. Ventilatorul 6 aspir aerul din camerea 17 prin gura de acces 5, l trimite peste rcitorul 7 spre canalul de aer rece 2 i de aici prin gurile de distribuie 3 n incinta de depozitare 4. Regimul termic din incinta 4 este inut n limitele cerute prin reglarea umiditii relative cu umidifi catorul 12, termostatele 11, rcitorul 7 i nclzitorul 9. ntreg procesul tehnologic din celula frigorifi c este automatizat.

Fig.1.39. Schema unei camere frigorifi ce cu introducerea aerului rece prin pardoseal. 1-perete izolat termic; 2-canal n pardoseal; 3-guri de distribuie aer rece; 4-incint de depozitare; 5-gur de acces aer proaspt; 6-ventilator axial; 7-baterie de rcire; 8-duze

pentru decongelare; 9-baterie de nclzire; 10-higrostate;11-termostate;12-umidifi cator;13-ceas programator;14-evacuare aer uzat; 15-acces aer curat;16-comand automat a

ventilatoarelor;17-camer aer proaspt.

Pentru refrigerarea rapid a produselor alimentare se utilizeaz tuneluri pentru refrigerare cu circulaia transversal a aerului (Fig.1.40).


Fig1.40.Schema unui tunel pentru refrigerare cu circulaia transversal a aerului.1-perete izolat;2-canal de aer rece;3-tunel cu linie aerian de suspendare a carcaselor; 4-carcase;

5-ventilator; 6-rcitorde aer.

Acest tip de tunele de refrigerare se realizeaz la lungimi de 6, 9, 12, 15, 18, 21 m, limi de 3 sau 6 m i nlimea de 3, 6... 8m. Circulaia aerului n tunel poate fi longitudinal, transversal sau vertical i se face cu ventilatoare axiale sau centrifugale. Temperatura aerului din tunel este -2C, iar viteza curenilor de aer de 2...3m/s. n aceste condiii durata de congelare a unui lot este de 14...18 ore.

Pe lng aceste tipuri de tuneluri se cunosc i alte variante constructive, dintre care se amintesc: tuneluri de refrigerare a crnii cu circulaie vertical a aerului, tuneluri de congelare cu circulaie forat a aerului, tuneluri de congelare ngemnate sau tuneluri de congelare cu circulaie mixt a aerului.

1.5.6 Calculul necesarului de fr ig pentru fr igorifere.

La stabilirea necesarului de frig n cadrul unui depozit frigorifi c este necesar a avea n vedere urmtoarele:

- cunoaterea planului i dimensiunilor frigoriferului;- orientarea cldirii fa de punctele cardinale;- dimensiunile fi ecrui spaiu frigorifi c, inclusiv starea de izolaie;- temperatura de regim din fi ecare camer;- condiiile climatice ale zonei;- numrul de arje de ncrcare a depozitului ntr-o zi.

Gavril Blc60

Necesarul de frig se calculeaz pentru fi ecare spaiu rcit n baza unui bilan termic pentru 24 de ore. Cantitatea de cldur Q necesar a fi extras din fi ecare spaiu se calculeaz cu relaia:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 (KJ/24h) (1.26)

unde: - Q1 este cantitatea de cldur ce ptrunde din exterior datorit diferenei de

temperatur i datorit radiaiei ;- Q2 -necesarul de frig pentru refrigerarea i congelarea produselor;- Q3 -necesarul de frig pentru ventilarea camerelor;- Q4 -necesarul de frig n timpul expoloatrii.Prin urmare:

Q1 = Qt + Qr (KJ/24h) (1.27)

086,4

n

t i ii

Q Ki S t=

= (KJ/24h) (1.28)

unde:- Ki este coefi cientul de trensfer termic, (w/m2K);- Si -suprafaa elementului luat n calcul, (m

2);

- it diferena de temperatur, (K).Cantitatea de cldur ce ptrunde din exterior datorit radiaiei solare Qr se calculeaz

cu relaia:

36001000

r rr

K S tQ = (KJ/24h) (1.29)n care K este coefi cientul de transfer termic, (w/m2K);

Sr-suprafaa luat n calcul,(m2);

rt -creterea temperaturii datorit radiaiei solare,(K); -durata radiaiei solare, (ore). Pentru zona sudic =12ore; pentru zone medii i de

nord =9ore.

Pentru calculul rt , se recomand relaia:

0.75r

re

I St

= (1.30)


n care I este intensitatea radiaiei solare (w/ m2) i are valorile I=640 w/ m2 pentru suprafee plane orizontale i I=375 w/m2 pentru suprafee verticale cu expunere sudic.

e-coefi cient de transfer termic din exterior spre interior, (w/ m2K).Necesarul de frig pentru refrigerarea i congelarea produselor Q2 se calculeaz cu

relaia:

Q2 = m(ii - if), (KJ/24h) (1.31)

n care m, este cantitatea de produse prelucrate prin frig, (kg/24h);ii - entalpia produsului n stare iniial, (KJ/kg);if - entalpia produsului n stare fi nal, (KJ/kg).Dac se ine seama de rcirea ambalajului aferent,atunci Q2 se nmulete cu m

coefi cientul de neuniformitate n vaoare de 1,8 i se obine Q2 acoperitor.Necesarul de frig pentru ventilarea camerelor Q3 se calculeaz cu relaia:

3

3 1( ) 10ex iQ V n i i = (KJ/24h) (1.32)n care V este volumul spaiului luat n calcul, (m3);

n - numrul de renprosptri a aerului; 1 - densitatea aerului la temperatura t din spaiul luat n calcul, (kg/m3);iex, ii entalpiile specifi ce ale aerului exterior, respectiv interior din spaiul frogorifi c,

(J/kg).Pierderile de frig n timpul exploatrii depozitului Q4, in seama de pierderile prin

deschiderea uilor, nclzirea spaiului de ctre oameni, motoare electrice, corpuri de iluminat, etc. i se calculeaz cu relaia:

Q4=(0,1...0,4)Q1, (KJ/24h) (1.33)

Prin urmare cunoscnd valoarea lui Q(KJ/24h) i cosidernd c o instalaie lucreaz 16 din 24 de ore se poate calcula puterea(capacitatea) P a unui agregat frigorifi c cu relaia:

16QP = (KJ/h) (1.34)

1.5.7.Decongelarea suprafeelor de rcire a aerului.

Pe suprafaa exterioar a elementelor de rcire a aerului,a cror temperatur scade sub 0C, se depune umiditatea din aer sub form de zpad. Stratul de zpad se dezvolt n grosime diminund coefi cientul global de transfer termic i determinnd creterea

Gavril Blc62

rezistenei la curgere a aerului spre rcitor cu consecine asupra scderii puterii frigorifi ce a instalaiei.

Din aceste motive se impune ca periodic zpada s fi e topit, procedeu ce poart denumirea de decongelare sau degivrare.

n acest scop se utilizeaz dou procedee:- cu vapori calzi de agent frigorifi c;- cu agent intermediar.

1.5.7.1.Decongelarea cu vapori calzi de agent fr igorifi c (Fig.1.41.), face parte din structura procedeelor interne de decongelare prin care cldura necesar se obine din vaporii calzi refulai de compresor. Pentru eliminarea din vaporizator a lichidului rece,la nceputul decongelrii se introduc vapori calzi pe la partea superioar a bateriilor de rcire. Metoda este efi cient pentru o instalaie cu mai multe vaporizatoare V ,deoarece n timp ce 1/3 din vaporizatoare se afl pe decongelare, 2/3 funcioneaz pe rcire i asigur permanent aburul cald necesar.

Fig.1.41.Schema unei instalaii pentru decongelare cu vapori calzi.V-vaporizatoare;C-compresor;VL-ventile de laminare;SD-staie de distribuie;R-rcitor;

SU-separator de ulei.

1.5.7.2.Decongelarea cu agent intermediar nclzit (Fig.1.42), este o metod din categoria celor cu rcire indirect a agentului intermediar cu ajutorul elementelor de rcire ER. De cele mai multe ori circuitul pentru agentul intermediar cald este complet separat, ceea ce permite funcionarea concomitent i a circuitului de rcire.


Fig.1.42.Schema unei instalaii pentru decongelarea cu agent intermediar nclzit. ER-element de rcire;I-nclzitor;P-pomp;Vc-vapori calzi;BR-bazin de rcire; SR-subrcitor;C-compresor; SD-staie de distribuie;V-vaporizator;R1...R17-robinei.

Cu ajutorul pompei P agentul intermediar este trimis prin robineii R3,R8,R9 i R10 ctre elementele de rcire i recirculat n instalaie.

Pentru decongelare se nchid robineii R1,R2,R3 i se deschid robineii R4,R5,R6 i R7 pentru nclzirea agentului intermediar cu ajutorul vaporilor calzi Vc n nclzitorul I. De aici este pompat agentul intermediar cald ctre rcitoarele ER pentru decongelare.

1.6. Procese i utilaje pentru amestecare i omogenizare


Procesele de prelucrare primar a produselor agro-alimentare presupun operaii de amestecare i omogenizare a dou sau mai multe componente. Amestecurile sunt defi nite de existena mediului de dispersie i a fazei (produsului) de dispersie. Fiecare din acestea pot fi de natur solid, lichid sau gazoas.n funce de starea fazei dispersate n mediul de dispersie sunt cunoscute amestecuri eterogene i omogene.

Gavril Blc64

innd seama de natura i starea componentelor din amestec, noiunea de amestecare este specifi c fazelor solide, pentru fazele lichide fi ind denumit omogenizare, iar pentru fazele consistente (sub form de past) denumit malaxare.

Utilajele i instalaiile utilizate n procesul de amestecare poart denumirea de amestecatoare sau agitatoare, dac utilajul are scopul de a menine numai un anumit timp o dispersie.

Clasifi carea amestectoarelor se face dup mai multe criterii, dintre care cele mai importante sunt:

- din punct de vedere constructiv :- mecanice: - cu brae ; - cu elice ; - cu turbin ; - elicoidale. - hidraulice. - prin barbotare.- din punct de vedere a vitezei periferice de rotaie : - lente (de vitez mic); - rapide.- din punct de vedere al operaiei de amestecare: - cu caracter continuu ; - cu caracter discontinuu.Omogenizatoarele se mpart din punct de vedere constructiv n dou grupe:- omogenizatoare cu supape ;- omogenizatoare centrifugale.n funcie de numrul de trepte n care se realizeaz omogenizarea, se disting

omogenizatoare ntr-o singur treapt i n dou trepte.Factorii care infl ueneaz intensitatea i calitatea amestecrii sunt :- viteza periferic, n cazul dispozitivelor mecanice;- puterea specifi c consumat;- consumul specifi c de agent de barbotare n cazul amestecrii cu gaze;- structura, proprietile i starea componentelor amestecului;- temperatura masei de amestec;- condiiile de desfurare a operaiei.

1.6.2. Amestectoare mecanice

Amestectoarele mecanice sunt utilaje care realizeaz operaia de amestecare cu dispozitive mecanice rotative a cror elemente sunt de tipul : bare, rotoare, elice, spirale, etc. (Fig.1.43).


Fig.1.43 Tipuri de amestectoare mecanice rotative. a - cu palete; b - tip cadru; c - cu elice; d - cu arbore orizontal i palete verticale;e-elicoidale. 1 arbore; 2 - palet; 3 - cadru;

4- elice; 5 - brae verticale; 6 - melc;7- tub tiraj; 8 - element de nclzire de tip serpentin.

Amestectoarele mecanice funcioneaz pe urmtoarele principii:- forfecarea mediului de amestec nsoit de crearea turbulenei locale, provocnd

apariia gradienilor de vitez n direcie radial.- antrenarea amestecului n micare de circulaie n aa fel nct ntreaga mas de

material s treac prin cmpuri cu turbulen maxim.Dispozitivele de amestecare mecanic (Fig.1.43) se amplaseaz n recipiente n care se

desfoar procesul de amestecare. Amplasarea poate fi : vertical n poziie central sau excentric, vertical dreapt sau nclinat n raport cu axa recipientului, nsoite de elemente complementare de tipul icanelor verticale sau tuburilor de tiraj.

Toate aceste modaliti de amplasare a dispozitivelor de amestec au scopul de a mri efi ciena procesului de amestec i de a mpiedica apariia vrtejurilor centrale n masa de amestec.

Tuburile de tiraj 7 (Fig.1.43.e) sunt de form cilindric amplasate vertical, de form tubular spiralat sau tuburi

Documents

Prelucrarea producctiei agricole