p

Teodor Ioan Trac

Operaii unitare n industria alimentar

USCAREA

USCAREA

1. Definire. Procedee de ndeprtare a apei. Factori de influen ai operaiei

Operaia de uscare const n ndeprtarea unei pri din lichidul coninut de masele alimentare (de obicei apa), realizat cu transfer de cldur i substan, utiliznd un agent de antrenare a umiditii care furnizeaz concomitent i energia termic necesar.

ndeprtarea apei din produse se face prin dou procedee:

( vaporizarea apei la suprafa se nclzesc produsele pn cnd presiunea vaporilor de ap depete presiunea vaporilor de deasupra produsului;

( antrenarea cu aer sau gaze de ardere se aduce un curent de aer cu presiune mic la suprafaa produsului i se creeaz astfel o diferen de presiune, care permite apei de la suprafaa produsului s difuzeze n aer. Apa difuzeaz din stratul interior spre cel exterior pn cnd se atinge umiditatea de echilibru la care produsul alimentar se poate conserva.

In tabelul 1 se prezint factorii care influeneaz operaia de uscare.

Tabelul 1 Factori de influen ai operaiei de uscare

CriteriuFactori de influen

Factori referitori la materialul supus uscriiCantitatea / Debitul

Forma de prezentare (granule, pulbere, plci, foi)

Umiditatea iniial

Forma de legare a umiditii

Densitatea n vrac

Sensibilitatea termic i la oxigen

Agresivitatea chimic

Toxicitatea

Inflamabilitatea

Factori referitori la agentul de uscareNatura agentului

Modul de obinere

Temperatura i presiunea

Umiditatea relativ

Cantitatea / Debitul

Coninutul de impuriti

Factori referitori la materialul uscat

Umiditatea final

Temperatura

Granulometria

Deformarea i deteriorarea

Degradarea chimic, biochimic i senzorial

Gradul de impurificare

Factori referitori la operaia de uscareTemperatura maxim admis

Durata operaiei

Regimul de funcionare al usctorului

Producerea de praf i recuperarea acestuia

Evacuarea sau recircularea agentului de uscare

Tipul usctorului

2. Materialele umede clasificare; modul de legare al apei

n tabelele 2 i 3 se prezint dou moduri de clasificare a materialelor umede, i anume dup forma de prezentare i dup geometria golurilor.

Tabelul 4 conine o clasificare a modurilor de legare a apei n materialele umede.

Tabelul 2 Clasificarea materialelor umede dup forma

de prezentare

Tipul de materialExemple de produse alimentareProprieti

Soluii coloidaleLapte, snge, sucuriProprietile coloizilor

Corpuri gelatinoase coloidaleGeluri, sisteme coloidale coerente- structur spaial

- aspect solid

- mare afinitate pentru lichide

- absorb lichidele apropiate ca polaritate i se umfl

- se contract prin uscare, fr s-i piard proprietile elastice

Corpuri coloidale capilar poroaseMajoritatea materiilor prime agroalimentare i a produselor agroalimentareStructur capilar poroas, cu perei elastici ai porilor

Tabelul 3 Clasificarea materialelor umede dup

geometria golurilor

Tipul de materialProprieti

Materiale compacte

Coloizi sau geluri elasticeStructur coloidal sau de gel elastic, fr goluri

Materiale poroasePrezint goluri (macroscopice, capilare, microscopice)

Tabelul 4 Clasificarea modurilor de legare a apei n

materialele umede

Modul de legareMecanismul de legare (reinere) a umiditii

Apa legat chimicApa compoziional puternic legat ionic, care se elimin numai la temperaturi nalte

Apa legat fizico-chimic adsorbtivApa reinut prin fore moleculare, chimice, electrostatice; adsorbia e spontan, exoterm

Apa legat fizico-chimic osmoticProvoac umflarea materialului, fr efect termic

Apa legat fizico-chimic structuralApa aflat n interiorul celulelor la materiale cu structur celular

Apa reinut mecanic la nivel molecularApa reinut numai n punctele de contact al granulelor

Apa reinut mecanic n mod funicularCantiti mari de ap ce formeaz puni i inele de lichid

Apa reinut mecanic legat la saturaieApa reinut cnd lichidul umple complet toi porii

3. Echilibrul higroscopic material umed - aer

Prin echilibrul material umed aer se nelege relaia dintre umiditatea unui material umed i umezeala aerului nconjurtor dup un contact destul de ndelungat pentru a ajunge la starea de echilibru.

Starea de echilibru material umed aer se caracterizeaz prin constana n timp a umiditii materialului i aerului cnd temperatura sistemului analizat este constant. Umiditatea de echilibru Ue [% substan uscat] este o caracteristic a materialului umed, depinde de temperatura i umezeala relativ a aerului i se determin cu relaia:

(1)

unde: a, b [-]- constante de material;

[% substan uscat] umezeala relativ a aerului.

n figura 1 se prezint starea materialului umed: umiditatea materialului funcie de umezeala relativ a aerului. Punctul higroscopic (umiditatea higroscopic) corespunde umiditii de echilibru cnd aerul este saturat (umiditatea relativ a aerului egal cu 100%).

Dac umiditatea unui material este mai mare dect umiditatea de echilibru, atunci pierde umiditate (fenomenul de desorbie, uscare). Diferena dintre umiditatea materialului i cea de echilibru reprezint umiditatea care se poate ndeprta prin uscare.

Dac umiditatea unui material este mai mic dect umiditatea de echilibru, atunci absoarbe umiditate din aerul nconjurtor (fenomenul de sorbie, umezire).

Figura 1 Starea materialului umed

Pentru un material, la temperatur constant se pot trasa curbele de echilibru izotermele de sorbie (figura 2):

I izoterma specific materialelor cu adsorbie monomolecular;

II izoterma specific corpurilor capilar poroase cu pori fini;

III izoterma specific materialelor plastice hidrofobe;

IV, V izotermele specifice materialelor capilar poroase la care apare fenomenul de condensare capilar.

Izotermele de sorbie nu corespund, n general, cu cele de desorbie (figura 3). n funcie de modul de legare a apei, se deosebesc trei zone (izotermele locale):

I izoterma local corespunztoare apei legate orientat, n strat monomolecular;

II izoterma local corespunztoare apei legate n strat multimolecular;

III izoterma local corespunztoare apei libere, capilare, mobile, care formeaz soluii.

Figura 2 Izoterme de sorbie

Figura 3 Izotermele de sorbie desorbie. Izotermele locale

Gradul higrometric de echilibru al unui produs hr [-] reprezint raportul dintre presiunea de vapori a lichidului volatil (apa) n masa de material umed i presiunea de saturaie a lichidului pur la aceeai temperatur. Gradul higrometric de echilibru a fazei umede dintr-un produs, denumit deseori i activitatea apei, prezint pentru produsele alimentare o importan deosebit deoarece reprezint msura influenei apei asupra proceselor microbiologice care au loc n produsul respectiv. n figura 4 se prezint curbele de higroscopicitate pentru diferite materiale (gradul higrometric de echilibru hr funcie de umiditatea raportat la substana uscat Usu). Viteza de uscare este influenat de diferena dintre gradul higrometric de echilibru al produsului i umezeala relativ a aerului folosit ca agent de antrenare a umiditii.

Figura 4 Curbele de higroscopicitate

4. Metode de realizare a operaiei de uscare

Clasificarea metodelor de uscare se face dup mai multe criterii. Astfel se deosebesc:

funcie de modul de transmitere a cldurii:

uscare convectiv

uscare conductiv

uscare radiant

uscare dielectric

metode combinate: conductiv radiant, convectiv radiant, convectiv dielectric

funcie de presiunea de lucru:

uscare la presiune atmosferic

uscare sub depresiune

funcie de modul de desfurare a operaiei:

uscare convectiv

uscare conductiv i radiant conductiv

uscare n cmp de nalt frecven (CIF)

uscare n cmp sonor

Cea mai rspndit metod de uscare este cea convectiv. Agentul termic i totodat i agentul de antrenare a umiditii este aerul cald sau gazele de ardere. Procedeul depinde de parametrii agentului de uscare (vitez, temperatur, umiditate relativ) i de legtura umiditate material. nclzirea agentului de uscare se poate face n camera de uscare sau intermediar. Procedeul se poate desfura cu recircularea parial a aerului uzat sau n circuit nchis. Ca i agent de uscare se mai pot utiliza gaze de ardere obinute prin arderea unui combustibil.

Alte metode de uscare convectiv sunt n pat fluidizat, cu dispersie sporit a materialului (uscare pneumatic) sau prin pulverizare.

Uscarea conductiv sau prin contact se aplic la produse fluide sau paste. Produsul este adus n contact cu o suprafa cald de la care primete cldur.

Uscarea sub depresiune se aplic cu precdere la produse termosensibile.

1. n ce const operaia de uscare? 2. Descriei procedeele de ndeprtare a apei din produse!

3. Descriei diagrama de stare a materialului umed!

_1113973366.unknown