1. Tipuri de uscare, deshidratare a produselor vegetale

Deshidratarea se realizează prin evaporarea apei care ajunge treptat la suprafaţa produsului supus deshidratării până la valoarea aw < 0,7 care să împiedice dezvoltarea microorganismelor. În funcţie de natura aportului decăldură, uscarea poate fi:

– prin convecţie – de la agent la produs;– prin conducţie –prin produs;– prin radiaţie – de la surse exterioare;– încălzire în dielectric (uscare cu curenţi de înaltă frecvenţă, microunde).După modul în care se execută îndepărtarea vaporilor se deosebesc:● uscare în aer;● uscare în vid;● uscare prin convecţie la presiune atmosferică (cea mai utilizată în practica

industrială) – se poate realiza în următoarele variante :– uscare clasică – în camere, tunele, cu benzi;– uscare în strat vibrator – variantă a uscării prin fluidizare ( produse bucăţi

sau granule):– uscare în strat fluidizat – legume feliate, cereale, sare, făină, zahăr, carne

cuburi.● uscare în strat de spumă – materialul lichid adus în strat de piure ( prin

concentrare sub vid prealabilă) este amestecat cu o substanţă emulgatoare şi transformat într-o spumă prin insuflare de gaz inert sub presiune (azot).

Această spumă se aplică pe o suprafaţă netedă (bandă) şi este uscată cu aer cald. Spuma uscată sub formă de foaie spongioasă este măcinată şi transformată în pulbere fină.

Se aplică la sucuri şi piureuri de fructe şi legume, infuzie de cafea, ceai, extractele de carne, ouă, brânzeturi. Are următoarele variante : uscare în fileu subţire de spumă, în strat (străpuns de spumă);

● uscare prin dispersie – a produselor lichide, piureuri, paste – nu se aplică produselor solide. Se realizează la temperatură ambiantă într-o incintă de deshidratare cu ajutorul unui curent de gaz uscat (N2) în circuit închis. Sepăstrează în întregime principiile nutritive şi proprietăţile senzoriale ale produsului iniţial;

● uscare prin pulverizare, cu variantele :– uscare prin pulverizare cu spumă;– uscare prin pulverizare în aer la temperatură ambiantă (procedeul Birs) –

aplicată produselor lichide şi semilichide;● uscarea prin conducţie la presiune atmosferică – se realizează prin contactul

produsului cu o suprafaţă fierbinte, având astfel loc evaporarea apei. Produsul se îndepărtează de pe suprafaţă prin radere cu un cuţit. Uscătoarele folosite sunt de tip tambure rotative, iar produsele care se pot usca sunt într-o stare lichidă concentrată şi cu structură granulară.

Dezavantajele sunt majore, cu influenţă negativă asupra produsului uscat: solubilitate scăzută (proteine denaturate), culoare modificată (reacţia Maillard, caramelizare), valoare alimentară redusă, iar produsele necesită o măcinare ulterioară;

● uscare sub presiune – se realizează în strat de spumă şi în strat subţire (peliculă) şi are următoarele avantaje: calităţi senzoriale şi nutriţionale superioare ale produselor datorită temperaturii mai scăzute de uscare şi a lipsei oxigenului.

Alte procedee particulare de uscare sunt:

1

– uscare cu radiaţii infraroşii;– uscare cu microunde;– uscare favorizată de ultrasunete;– uscare azeotropă;– uscare parţial osmotică.Procedeele de conservare combinate cu uscarea, mai des utilizate în industrie,

sunt :– uscare combinată cu blanşare – la fructe;– uscare combinată cu blanşare şi expandare – cartofi, morcovi, rădăcinoase

felii;– uscare combinată cu încălzire – expandare;– uscare combinată cu expandare prin extrudare termoplastică;– dehidrocongelarea –scăderea umidităţii până la 50% la congelare;– criodeshidratarea – liofilizare.Deshiratarea sau uscarea este un procedeu bazat pe reducerea continutului de

apa, respectiv cresterea concentratiei substantelor solubile pana la valori care sa atinga stabilitatea produsele alimentare la pastrare. Eliminarea apei din alimente trebuie dirijata in asa fel incat coloizii hidrofili sa-si mentina capacitatea de rehidratare.

Conditiile principale ale deshidratarii sunt:- un nivel de temperature care sa asigure evaporarea apei;- o suprafata de contact cu aerul maxim posibila;- circulatia aerului pentru eliminarea vaporilor de apa rezultati.

Principalele metode de deshidratare sunt: uscarea naturala, deshidratarea dirijata in instalatii speciale la presiune normala, deshidratarea in pat fluidizat, concentrarea in vid, liofilizarea (criodesicarea sau criosublimarea).

Cele mai moderne procedee sunt deshidratarea in pat fluidizat si liofilizarea, ultimul asigurand pastrarea capacitatii de rehidratare, impiedicand procesele oxidative si asigurand pierderea intr-o masura mai redusa a substantelor de miros, gust si aroma.

Produsele deshidratate au un volum micsorat, greutate mai mica, valoare energetica sporita, sunt usor de preparat, realizeaza economii la pastrare si depozitare, sunt usor de manipulat si transportat, dar pierd o parte din substantele aromatice si se distrug partial unele vitamine.

produsele alimentare in prealabil fluidizate sunt deshidratate prin doua metode: peliculara si prin pulverizare sau atomizer sub forma de pulberi (oua praf, lapte praf etc,).

Transformari calitative suferite de produsele alimentare prin uscare:- transformari de structura; majoritatea metodelor de uscare, cu exceptia uscarii prin liofilizare, produc zbarcirea si reducerea volumului datorita scaderii continutului de apa si contractiei tisulare.- transformari de culoare; degradarea culorii este in functie de temperature si de timpul de uscare, de prezenta metalelor grele si continutul de zahar reducator dar si rezultatul proceselor oxidative.- transformari de aroma si gust; in cazul uscarii produselor cu aer cald are loc o antrenare cu vapori a aromelor specifice, din care cauza se inregistreaza pierderi importante de arome.- Reducerea valorii alimentare; in timpul procesului de uscare, in functie de regimul aplicat, au loc transformari sensibile in compozitia chimica, ceea ce influenteaza valoarea alimentara.

Uscarea legumelor şi fructelor este procesul tehnologic prin care se reduce conţinutul natural de apă până la un nivel care să împiedice activitatea

2

microorganismelor, fără a se distruge ţesuturile sau a se deprecia valoarea alimentară a produselor.

Ansamblul de fenomene ce se produc în timpul uscării duce la concentrarea substanţei uscate, reducerea volumului materiei prime folosite, creşterea valorii ali-mentare la unitatea de greutate şi modificări fizico-chimice mai mult sau mai puţin profunde în starea membranelor şi componentelor celulare, care se exteriorizează prin limitele capacităţii de rehidratare.

— Deshidratarea reprezintă procesul în virtutea căruia fructele şi legumele pierd o anumită cantitate de apă, în urma cărui fapt se realizează o stare fizico-chimică propice menţinerii valorii lor nutritive şi atributelor calitative: gust, miros, aromă.

— Uscarea se deosebeşte de deshidratare prin lipsa de reglare a temperaturii, umidităţii relative şi mişcării aerului, în care scop se foloseşte şi expresia de uscare naturală, spre deosebire de deshidratare, care este o uscare artificială.

Diferenţa dintre. uscarea naturală şi cea artificială constă în natura energiei termice folosite şi anume energie solară (uscare naturală) şi energia rezultată din arderea unui combustibil oarecare (uscare artificială sau deshidratare) şi viteza cu care se îndepărtează excesul de apă din materia primă respectivă.

In primul caz prin simpla expunere la aer şi la temperatura mediului ambiant are loc îndepărtarea umidităţii din produse prin procesul de evaporare, în cazul al doilea, pentru a continua procesul deshidratării se apelează la un aport suplimentar de căldură, înlăturarea apei făcându-se prin procesul de vaporizare.

— Evaporarea, trecerea apei în stare de vapori într-un mediu în care în afara vaporilor de apă există şi aer şi alte gaze.

— Vaporizarea, trecerea apei în stare de vapori, într-un mediu în care există numai vapori de apă.

— Evaporator, este instalaţia de uscat fructe şi legume în care mişcarea aerului se face de la sine, pe baza diferenţei termice existente între atmosfera din evaporator şi atmosfera externă.

— Deskidrator este o instalaţie de uscat fructe şi legume folosită pentru îndepărtarea excesului de apă din materia primă supusă deshidratării, în care cel puţin circulaţia aerului încălzit, viteza de mişcare, temperatura şi umiditatea relativă a aerului sînt controlate automatizat, potrivit unor parametri fixaţi în prealabil pentru respectiva materie primă supusă procesului.

Pentru evaporarea apei din produsele supuse deshidratării, se utilizează diferite tehnici care constau dintr-o succesiune de operaţii tehnologice şi se folosesc aparate şi instalaţii mai mult sau mai puţin perfecţionate cu un consum de energie mai mare sau mai redus şi care, pe cît posibil, permit reducerea pierderilor de căldură.

Evaporarea apei din legume şi fructe este un proces complex în care sînt implicate, pe de-o parte, structura anatomică a produselor, iar pe de altă parte unele legi fizico-chimice de constituire a substanţelor celulare ca şi permeabilitatea membranelor celulare.

— randamentul reprezintă cantitatea de produs finit obţinut din cantitatea de materie primă şi se exprimă în procente.

— raţia, de uscare sau deshidratare reprezintă cantitatea de materie primă necesară pentru obţinerea a l kg de produs finit;

3

2. Dependenţa dintre procesul de conservare şi activitatea apei

Conţinutul de apa, dar mai ales starea ei, conditioneaza activitatea enzimelor si a microorganismelor. Legatura dintre apa din produsele alimentare si activitatea enzimelor, a microorganismelor, este evidentiata prin intermediul activitatii apei.

Activitatea apei este definita prin raportul dintre elasticitatea vaporilor de apa de la suprafata produsului si elasticitatea vaporilor de apa pura la saturatie la aceeasi temperatura. Se considera ca activitatea apei reprezinta apa la dispozitia microorganismelor.

Activitatea apei (aw) da indicatii asupra cantitatii de apa libera care determina

presiunea de vapori de apa deasupra produsului:

aw = p / po = Nw / Nw + Ns

unde: p – presiunea vaporilor de apa din produs la temperatura T;po – presiunea vaporilor de apa din atmosfera la temperatura;

To – temperatura de echilibru a sistemului;

Nw - numarul de moli de apa;

Ns - numarul de moli de substanta.

Din partea a doua a formulei se observa ca activitatea apei poate fi calculata prin numarul de moli de apa (Nw) raportati la suma molilor de apa si a molilor de

substanta (Ns).

Continutul de apa al materialului si umiditatea relativa a aerului inconjurator dau activitatea apei care este direct legata de umiditatea relativa de echilibru (Ure):

aw =Ure / 100

Valorile numerice ale activitatii apei variaza intre 0 (la produse complet anhidre) si 1 (la apa pura), toate produsele alimentare incadrandu-se in acest interval. De exemplu valoarea activitatii apei pentru zahar, cereale este de 0,1; pentru fructe uscate este 0,72 – 0,8; pentru paine, branza este de 0,96, iar pentru oua, carne, sucuri, legume, fructe proaspete este de 0,97.

Notiunile de activitate a apei si de umiditate relativa de echilibru prezinta o importanta deosebita pentru stabilitatea si calitatea produselor alimentare.

Astfel:1. - valorile activitatii apei dau indicatii asupra dezvoltarii microorganismelor.Fiecare microorganism are cerinte diferite fata de continutul de apa al

mediului in care traieste. In general dezvoltarea microbiana se costata in intervalul de activitate a apei de 0,620 – 0,995. La 0,60 – 0,65 se dezvolta drojdiile osmofile, intre 0,65 – 0,75 mucegaiurile xerofile, intre 0,75 – 0,85 bacteriile halofile, iar intre 0,91 – 1,00 toate celelalte bacterii

Bacteriile reprezinta microorganismele cu cele mai mari cerinte de apa in mediul in care traiesc si se dezvolta, fiind urmate de mucegaiuri.

2. - viteza reactiilor enzimatice in produsele alimentare depinde de activitatea apei: la activitati mari ale apei reactiile enzimatice se declanseaza si au loc cu viteze mari, in timp ce la activitati mici ale apei reactiile enzimatice sunt mult incetinite sau inexistente.

4

3. – la o activitate a apei de 0,6 – 0,7 apare imbrunarea produselor datorate reactiilor melanoidice.

4. - la valori medii exercita un effect de protectie a lipidelor fata de oxidare, efectul maxim fiind la aw = 0,5. Din contra, deshidratarea foarte inaintata a tesuturilor

vegetale si animale pana la aw = 0,1 insa, stimuleaza foarte puternic fenomenele

oxidative.5. - activitatea apei influenteaza unele procese hidrolitice neenzimatice ca:

transformarea clorofilei in feofitina, hidroliza protopectinei si demetilarea pectinei.

Umiditatea reprezinta un factor cu implicatii profunde asupra calitatii produselor alimentare determinand un numar mare de reactii care in multe cazuri se interfereaza reciproc. Astfel autooxidarea si imbrunarea pot avea loc simultan in majoritatea alimentelor. Pentru fiecare produs exista un continut optim de umiditate la care viteza de oxidare si cea de imbrunare sunt minime, asigurand o pastrare maxima a calitatii (de exemplu pentru laptele praf 3,3%, pentru fulgii de cartofi 6-7%).

Dacă apa liberă, intercelulară, se evaporă relativ uşor din ţesuturile produselor horticole, dimpotrivă, apa legată, intracelulară, apa vacuolară, care este parte componentă a substanţelor* celulare, este cedată de acestea cu mare dificultate, deci se evaporă foarte greu. Pentru evaporarea ei trebuie învinse mai intri legile fizico-chimice specifice care asigură compoziţia şi stabilitatea compuşilor celulari, apoi trebuie asigurată migrarea apei prin pereţii celulelor (membrane),, care au o permeabilitate relativ redusă. Tehnologiile . au găsit remediile necesare pentru a învinge aceste obstacole la evaporare, dar realizarea lor se face cu consum de energie.

În ceea ce priveşte particularităţile comportării legumelor şi fructelor la uscare trebuie, în primul rând, să se aibă în vedere caracteristicile specifice gustative, deci ale părţii lor comestibile.

Clasificarea legumelor şi fructelor după partea comestibilă, este următoarea:— rădăcina la morcov, pătrunjel, ţelină, păstârnac şi altele. Le menţionăm

numai pe acelea care se deshidratează ;— tulpina sub formă de tuberculi la cartofi sau sub formă de bulbi la ceapă,

usturoi, praz;—frunza la spanac, salată, pătrunjel, ţelină, mărar, leuştean;— inflorescenţa la conopidă;—fructul sub formă de păstaie la fasole verde; sub formă de bacă la roşii,

ardei, struguri; sub formă de drupă la cireşe, vişine, prune, piersici şi caise; sub formă de polidrupă la zmeură şi mure; sub formă de pseudopolinuculă la căpşuni sau sub formă de fructe false, cărnoase la seminţoase (mere, pere şi gutui),

Pentru uscarea produselor din fiecare categorie, trebuie folosită o tehnologie specifică. Aşa de exemplu, legumele rădăcinoase se caracterizează prin creşterea accentuată în grosime, acumularea unor cantităţi mari de substanţe de rezervă şi de apă, iar la suprafaţă au scoarţa formată din mai multe rânduri de celule;

— rândul exterior cu rol de protecţie are membrana suberificată, impermeabilă pentru apă. Pentru uscare trebuie îndepărtată scoarţa, apoi se face divizarea rădă-cinilor în cuburi sau felii.

Legumele de la care se folosesc fructele, ca şi speciile pomicole (drupe sau fructe false cărnoase) au la suprafaţă o pieliţă (epicarp) formată din două sau mai multe straturi de celule, cu rol de protecţie; pe rîndul exterior de celule se află un strat de ceară sau chiar perişori mai fini sau mai grosieri, care îngreunează procesul de uscare.

5

Prezentînd aceste particularităţi ale procesului dej uscare a legumelor si fructelor se explică necesarul de consum de energie în efectuarea acestui procedeu de conservare. Aceste consumuri sînt explicabile numai dacă se au în vedere caracteristicile anatomo-fiziolo-gice ale legumelor şi fructelor şi conţinutul lor ridicat în apă, precum şi proprietăţile apei din produsele proaspete.

Conţinutul legumelor, fructelor proaspete deshidratate în apă şi norma de consum de materie primă, /l kg produs deshidratat

DENUMIRE PRODUSConţinutul în apă Norma de

consum materia primă kg

în produsul proaspăt %

În produsul deshidratat %

Legume Ardei gras 93,4 10 20,0 Cartofi 79,85 ' -9 Ceapă 89,1 9 Conopidă 91,0 18,0 Fasole verde, păstăi 90,1 10 10,0 Gogoşari 88,8 10 16,5 Leuştean, frunze 10 12,0 Mazăre verde, boabe 78,0 10 3,5 Mărar, frunze 10 19,0 Morcovi . 88,2 9 14,0-22,0 Pătrunjel, frunze 85,0- 10 13,0 Pătrunjel, rădăcini 85,1 9 18,0 Păstârnac, rădăcini 79,1 9 18,0 Praz 85,4 8 18,0-20,0 Roşii 93,5 10 24,0 Salată 95,1 10 15,0 Spanac 90,7 8 19,5 Ţelină, frunze 94,0 10 11,0 Ţelină, rădăcini 94,1 9 18,0 Usturoi 61,3 8 4,0 Varză 92,4 9 20,0-23,0 Vinete 92,4 8-10 20,0 Fructe Caise 85,3 20-25 7,0 Cireşe 83,8 22-24 5,2 Gutui 83,8 16-22 8,0 Mere 84,4 16-20 8,0-10,0 Pere 83,2 16-22 6,5-8,0 Prune 81,1 18-20 3-4 Vişine 83,4 22-24 5,2

6

3. Factori care influenteaza operatia de uscare şi metodele de uscare și clasificarea instalațiilor de uscare - deshidratare

Acestia se clasifica in:

1. Factori referitori l materialul supus uscarii:

Cantitatea sau debitul Forma de prezentare Umiditatea initiala Forma de legare a umiditatii Densitatea in vrac Sensibilitatea termica si la oxigen Agresivitatea chimica Friablitatea si abrazivitatea Toxicitatea Imflamabilitate

2. Factori referitori la agentul de uscare

Natura agentului Modul de obtinere Temperatura si presiunea Umezeala relativa Debitul Continutul de inpuritati

3.Factori referitori la materialul uscat

Temperatura maxima admisa Durata uscarii Regimul de functionare Producerea de praf si recuperarea acestuia Evacuarea agentului de uscare sau recircularea acestuia Tipul uscatorului

Clasificarea metodelor de realizare a uscarii:

Dupa modul de transmitere a caldurii pentru eliminarea umidtatii1. Uscare convectiva-transmitera caldurii prin convectie de la aer sau alte gaze la

materialul supus uscarii2. Uscare conductiva-transmiterea caldurii prin conductie,prin intermediul unei

suprafete de transfer termic3. Uscare dielectrica-incalzirea dielectrica a materialului in camp de CIF(curenti

de inalta frecventa)4. Uscare radianta-transmiterea caldurii prin radiatie5. Metode combinate

Uscare convectiv-radianta Uscare conductiv-radianta Uscare convectiv-dielectrica

7

Dupa presiunea de uscare1. Uscare la presiune atmosferica sau la valori apropiate-intalnita la uscaraea

convectiva,conductiva,radianta,precum si la majoritatea metodelor combinate2. Uscare sub depresiune-recomandata pentru produsele termosensibile;cuprinde

uscarea prin sublimare si uscare moleculara

Dupa tehnica de uscare utilizata1. Uscare convectiva

Conventionala Uscare in pat fluidizat Uscare pneumatica Uscare prin pulverizare Uscare cu pompa de caldura

2. Uscare conductiva si radiant-conductiva: Uscare conductiva Uscare conductiva sub depresiune

3 Uscare prin procede speciale Uscare in camp de CIF Uscare in camp sonor

Daca la eliminarea apei se foloseste energia solara avem de a face cu proces de uscare ,iar daca pentru obtinerea energiei termice se foloseste un combustibil sau alta sursa de energie ,procesul se numeste deshidratare.

Miscarea apei in materia prima supusa deshidratarii este conditionata de formele in care se gaseste in produse(apa libea,apa legata coloidalsi chimic)

Pe parcursul procesului , eliminarea apei din produse se realizeaza prin difuzie care poate fi :externa ( evaporarea apei de la suprafata produsului) si interna (deplasarea apei din interiorul produsului)O importanta deosebita are raportul dintre difuzia interna si cea externa. O viteza de difuzie externa mare si una de difuzie interna mica determina uscarea suprafetei produsului ,provocand aparitia fenomenului de scorjire. Aceasta va ingreuna desfasurarea ulterioara a procesului tehnologic,provocandin anumite conditii rupturi la suprafata produsului,cu pierderi importante de suc celular.

Procesul de deshidratare se desfasoara in trei faze succesive:1. produsul se incalzeste si doar o parte din caldura este folosita la

evaporarea apei2. viteza de deshidratare este constanta ,avand loc eliminarea apei din

produs. Etapa dureaza pana cand nu se mai produce difuzia interna.3. se elimina o parte din apa coloidala ca mai apoi sa se elimine si o parte

din apa de absorbtieViteza de deshidratare este cu atat mai mare cu cat temperatura este mai ridicata

,rezistenta la difuziune si grosimea produsului sunt mai mici ,raportul dintre suprafata produsului si continutul sau de apa este mai mare si viteza de uscare este mai mare.

Umiditatea relativa a aerului are o influenta considerabila asupra vitezei de deshidratare . Cresterea umiditatii relative a aerului reduce capacitatea acestuia de a absorbi vaporii de apa din produs , incetinind evaporarea , in timp ce o umiditate relativa scazuta determina o eliminare fortata a apei din produs, cu rupturi ale membranelor celulare.

Ín stare proaspătă sau deshidratată , ceapa se foloseşte la obţinerea unor produse de patiserie.Se păstrează în loc uscat, în funii sau în vrac, ferit de îngheţ iarna

8

şi de căldura excesivă în timpul verii. La unele sortimente se foloseşte ceapa uscată care trebuie păstrată în saci din hârtie caşerată sau în saci de polietilenă.

Produse vegetale conservate prin uscare . Deshidratarea legumelor şi fructelor se face în diferite tipuride uscătoare, folosind aerul ca agent de uscare. La deshidratarea legumelor şi fructelor trebuie repetate anumite condiţii tehnice, funcţie de caracteristicile materiei prime şi ale produsului finit

Instalaţii pentru deshidratarea fructelor

Clasificarea uscătoarelor: in functie de presiunea de lucru:

uscatoare la presiune atmosferica sau sub depresiune in functie de caracterul functionarii:

functionare continua discontinua

in functie de aportul de caldura: Convective Conductive Prin radiatie Dielectrice

In functie de tipul constructiv Tip camera Tip tunel Camera Tambur Banda Coloana Pneumatice Pulverizare Fluidizare

4. Exemplu de schemă tehnologică de uscare - deshidratare (pentru ceapă)

Au fost luate în considerare în special acele proprietăţi fizico-anatomice şi chimice care influenţează vizibil atât tehnica pregătirii pentru deshidratare, procesul deshidratării, cât şi parametrii senzoriali calitativi ai produsului finit. Dintre acestea amintim: mărimea (exprimată dimensional volumetric, greutate), forma (redată prin indicele de formă), fermitatea structotexturală, greutatea specifică, pigmentaţia, gustul şi mirosul (sesizat ca aromă), conţinutul în apă, conţinutul substanţei uscate în zahăr, aciditate, proteine, tanoide, acid ascorbic.

Mărimea şi forma influenţează direct procesul de refuzuri şi prin indicele de formă şi geometria pieselor active în procesul de pregătire a materiei prime pentru deshidratare; fermitatea structotexturală şi conţinutul în substanţă condiţionează greutatea volumetrică a produsului finit şi indirect mărimea spaţiului de păstrare; pigmentaţia tunicelor bulbului, gustul (manifestat prin pungenţă) hotărăşte acceptabilitatea comercial-alimentară a produsului finit la care rehidratarea prin conţinutul în proteine şi hidraţi de carbon contribuie la aprecierea cepei deshidratate, iar mărimea refuzurilor condiţionează raţia deshidratării şi costurile.

9

Cele mai corespunzătoare pentru deshidratare sunt soiurile Zittau şi Stuttgart, cu cel mai uniform indice de formă, cu un procent de refuzuri medii şi cu cel mai pronunţat gust şi miros. Urmează apoi soiurile Macău şi Spaniolă care au însuşiri tehnologice mijlocii. Din punct de vedere al culorii pulpei pentru toate soiurile studiate (Zittau, Stuttgart, Macău şi Spaniolă) se pot utiliza la deshidratare cu rezultate calitative corespunzătoare.

Schema fazelor tehnologice de fabricare a cepei deshidratate

Recepţia cantitativă şi calitativă.

Depozitarea temporară.

Alimentarea liniei de prelucrare.

Calibrarea (îndepărtarea bulbilor sub 40 mm).

Îndepărtarea discului radicular şi a tulpinilor

false.

Curăţirea.

Controlul şi curăţirea suplimentară

Spălarea bulbilor curăţaţi.

Tăierea în felii de diferite dimensiuni.

Spălarea cu duşuri a feliilor de ceapă.

10

Încărcarea grătarelor, eliminarea bucăţilor de

ceapă mare şi stivuirea pe cărucioare.

Deshidratarea.

Scoaterea cărucioarelor cu produs finit.

Sortarea.

Eliminarea eventualelor impurităţi metalice.

Cernerea (sub 8 mm).

Controlul suplimentar.

Ambalarea.

Etichetarea.

Depozitarea.

Livrarea.

Schemă tehnologică privind păstrarea cepei în depozitul cuventilaţie mecanică şi frig- specializat-

Faza Operaţia şi modul de executare Efectul scontat

11

tehnologică 1 2 3

1.Recoltarea şi ambalarea.

a) Recoltarea cepei manual sau mecanizat la un grad de maturare optim (mai timpurie).

b) Zvântarea (uscarea) la soare.c) Condiţionarea bulbilor

pentru livrare la depozit.d) Ambalarea în vrac pentru

transport.

Se previne pătrunderea germenilor patogeni spre bulbi.

Prevenirea deprecierilor.

Se separă bulbii apţi pentru păstrare.

Se înlesneşte încărcarea în auto.

2.Transportul. a) Încărcarea cepei în vrac în bena auto.

b) Executarea rapidă a transportorului.

Se basculează la depozit.

Se previn deprecierile.

3.Preluarea la depozit.

a) Recepţia calitativă şi cantitativă.

b) Bascularea încărcăturii în buncăr (20 t/h).

Identificarea calităţii.

Intrarea în flux tehnologic mecanizat.

4.Depozitarea a) Condiţionarea mecanizată (sită).

b) Transportul mecanizat în podul depozitului.

c) Alimentarea mecanizată a celulelor.

d) Nivelarea stratului de ceapă.

Eliminarea bulbilor căzuţi la sortare, lot omogen.

Prevenirea vătămărilor, economie.

Prevenirea vătămărilor, economie.

Circulaţia bună a aerului.

Realizarea capacităţii depozitului.

5.Păstrarea a) Regimul de ventilaţie pe faze :

- ventilaţie mecanică 8 zile continuu.

- ventilaţie mecanică în continuare 8/24 ore.

- introducerea frigului după 15 octombrie.

b) Parametrii de păstrare optimi :T = 0 …+10C; umiditatea relativă 65-75 % ; aerisire activă (zilnic conform

Uscarea bulbilor ;

Prerăcire: păstrare cu ventilaţie mecanică ;

Răcire la parametrii optimi.

Reducerea activităţii metabolice la minimum.

12

regimului de ventilaţie stabilit)

c) Îngrijiri: urmărirea evoluţiei factorilor de mediu şi corectarea lor, verificarea stării sanitare; stabilirea ordinii de valorificare, pe celule.

Prevenirea deprecierii calitative.

Reducerea pierderilor şi deprecierilor.

6. Valorificarea a) Pregătiri pentru livrare: preîncălzirea cepei (autoîncălzire biologică) evacuarea mecanizată din celule; condiţionarea.

b) Livrarea la beneficiari prin autorecepţie; control tehnic de calitate (CTC); încărcarea sacilor mecanizat cu benzi; întocmirea documentelor de expediţie.

Previne umezirea cepei.

Economie şi o valorificare superioară şi pe destinaţii.

Înlesnirea valorificării, eliminarea litigiilor cu beneficiarii.

5. Instalații folosite la deshidratarea produselor vegetale

5.1. Uscătorul cu benzi suprapuse

Uscarea este procedeul ce se bazează pe principiul biologic al xeroanabiozei, care, prin eliminarea parţială a umidităţii produsului, conduce la perturbarea, reducerea sau întreruperea funcţiunilor vitale ale microorganismelor.

În industria alimentară sunt folosite pe scară largă uscătoarele cu zone, uscătorul cu benzi şi tunelul de uscare.

Uscătorul cu benzi suprapuse se utilizează în special la uscarea legumelor, deoarece fructele se lipesc de bandă datorită sucului ce-l elimină în timpul transportului de pe o bandă pe alta.

13

Uscătorul cu benzi suprapuse: 1 - dulap metalic; 2 - bandă transportoare; 3 -întorcător; 4 - valţ de uniformizare; 5 - guri de vizitare; 6 - ventilator prin refulare; 7 - radiatoare;

8 - transportor material uscat; 9 - bandă de alimentare; 10- ventilator

Sunt uscătoare de tip continuu, cu circulaţia forţată a aerului prin refulare sau aspiraţie, în contracurent, cu aer proaspăt sau aer proaspăt şi recirculat.

Uscătorul este constituit dintr-o cameră paralelipipedică în interiorul căreia sunt montate 4-5 benzi transportoare suprapuse, prevăzute cu valţuri de uniformizare a stratului de material, radiatoare montate intre laturile benzii, ventilator centrifugal ce poate acţiona prin refulare sau aspiraţie, aparatură de măsură şi control.

Banda cu dimensiuni de 2 x 5 m este constituită din sită inox, are o viteză reglabilă între 0,1-0,3 m/min şi este prevăzută la capătul de antrenare cu întorcătoare de material şi la cel de alimentare cu valţuri de uniformizare a stratului.

Produsul supus uscării este adus cu un elevator la partea superioară şi este evacuat la partea inferioară a instalaţiei.

Aerul este aspirat de la partea inferioară a uscătorului, străbate cele 4-5 site şi radiatoare şi este evacuat în atmosferă cu ajutorul unui ventilator.

Regimul termic este controlat cu ajutorul unor termocuple montate deasupra fiecărei benzi.

5.2. Uscătorul tip tunel I.U.F.

Uscătorul tip tunel este o construcţie de zid de formă paralelipipedică şi se compune din: tunel de uscare, cameră de obţinere a agentului de uscare, 12 cărucioare cu câte 25 grătare pe care se aşează produsul.

Tunelul de uscare are la capete uşi pentru introducerea şi scoaterea cărucioarelor, iar la uşa de alimentare prezintă coşul de evacuare a agentului: termic şi eventual conducta de recirculare. Circulaţia agentului termic se face în contracurent cu produsul, în regim forţat cu ajutorul unui ventilator plasat pe conducta montată deasupra tunelului.

14

Uscătorul tip tunel: 1 - tunel de uscare; 2 - cărucior; 3 - uşă de alimentare; 4 -

uşă evacuare; 5 - baterie radiatoare; 6 - ventilator.

Camera de obţinere a agentului termic este dispusă deasupra tunelului la capătul de alimentare a tunelului. Ea poate fi o cameră prevăzută cu arzător de gaz metan sau motorină când se utilizează gazele de ardere drept agent termic sau o baterie de radiatoare cu abur când se utilizează aerul ca agent de uscare. La unele tipuri, pentru a se facilita uscarea, se montează radiatoare şi în interiorul tunelului pe pereţii laterali.

Tunele sunt instalaţii utilizate pentru deshidratarea industrială a fructelor şi legumelor. Lungimea lor variază între 10,5 şi 15 m, iar lăţimea şi înălţimea între 1,80 şi 2,10 m . Ca şi la sisteme de uscare, în care deshidratarea se realizează cu ajutorul aerului cald, uscătorul tunel cere un volum mare de aer, care transportă căldura la produs şi în acelaşi timp îndepărtează apa ce se evaporă din aceasta. De aceea construcţia tunelului este prezentată cu un ventilator de mare capacitate, care absoarbe aerul proaspăt din afară, gazele rezultate din arderea combustibilului şi aerul de recirculaţie şi le împinge în camera de uscare (tunelul propriu-zis).

Pentru economie de căldură este necesar să recircule o proporţie cât mai mare de aer, fără să se depăşească o anumită valoare a umidităţii relative a aerului, la care uscarea poate fi frântă.

În uscătoarele tunel legumele şi fructele ce trebuie deshidratate sunt încărcate pe grătare din lemn, care se aşează pe cărucioare. Acestea, încărcate cu materialul respectiv, parcurg tunelul cu o mişcare de înaintare înceată, de la un capăt la altul, materialul rămânând pe grătarele pe care a fost aşezat. Mişcarea cărucioarelor în tunel se face în sens opus direcţiei aerului cald, adică în contracurent. Aerul cald se mişcă în lungul axului tunelului, învăluind fructele şi legumele aşezate pe grătare.

15

Încălzirea tunelului se face în general în mod direct, căldura realizându-se prin arderea combustibilului lichid sau gazos întră cameră de combustie specială. Căldura produsă este transportată cu ajutorul ventilatorului prin intermediul gazelor de ardere în tunelul de uscare, după ce în prealabil acestea au fost amestecate cu aer rece (proaspăt) şi cu o parte din aerul de recirculaţie. Se obţine astfel o scădere a temperaturii gazelor de ardere la nivelul corespunzător pentru deshidratarea legumelor şi fructelor.

Aerul cald circulă printre grătare, alunecă pe suprafaţa produselor absoarbe umiditatea şi le usucă treptat. La ieşirea din tunelul de uscare, cea mai mare parte a aerului încărcat cu vapori de apă este eliminat în atmosferă.

În tunelul cu circulaţie în contracurent, aerul mai uscat şi mai cald vine în contact cu produsul aproape uscat, în timp ce aerul parţial răcit şi încărcat cu umiditate vine în contact cu materialul umed odată cu intrarea lui în tunelul de uscare. Temperatura maximă a aerului care poate fi folosită este determinată de natura produsului respectiv de temperatura pe care o poate suporta acesta în perioada finală de uscare.

Menţinerea temperaturii constante în tunel se face în mod automat prin reglarea cantităţii de combustibil consumată de arzător.

Uscătoarele tunel, care utilizează gazele de ardere, în amestec cu aerul proaspăt şi de recirculaţie, au un consum mai redus de combustibil, comparativ cu tunelurile încălzite în mod indirect.

În uscătoarele tunel, factorii principală care condiţionează uscarea raţională a fructelor şi legumelor (temperatura, umiditatea şi viteza aerului) pot fi reglaţi în limite relativ largi, pentru ca în cursul procesului să se păstreze maximum de calitate şi valoare nutritivă a acestora. Acest tip de uscare are următoarele caracteristici tehnice:

Lungimea tunelului superior şi interior …………………….. 13,60 mLăţimea tunelului superior şi inferior ……………………….. 1,875 mÎnălţimea tunelului inferior ………………………………….. 2,10 mÎnălţimea tunelului superior ………………………………….. 1,50 mPuterea instalată ……………………………………………… 22 kW/hDebitul ventilatorului pentru micşorarea aerului ……………. 72000 m3/h

16

Debitul caloric …………………………………………….. 30-40 mii kcal/hPresiunea totală a aerului ………………………………….. 36 mm c.s.Temperatura aerului de uscare la intrarea în tunelul inferior .. 80-900 CTemperatura aerului la ieşirea din tunelul inferior ………….. 35-450 CUmiditatea relativă a aerului la intrarea în tunelul inferior …. 20-250 CUmiditatea relativă a aerului la ieşirea din tunelul inferior …. 65-75 %Suprafaţa totală pentru deshidratare

12 x 27 x 1,60 480-520 m2

Date tehnice privind funcţionarea tunelului:

intrare ieşire intrare ieşire

Temperatura aerului în tunel ………. 650 C 330 C 720 C 450 CViteza medie a aerului în tunelul cu 12 cărucioare a 27 grătare pline …….. 6,50 m/min 6,50 m/minViteza medie a aerului în tunelul gol(minimă) …………………………… 4,5 m/min 4,5 m/minUmiditatea aerului în tunelul cu 12cărucioare a 27 grătare pline ……….. 35% 65 % 35 % 65 %Presiunea statică ………………….. 22-24 mm/H2O 22-24 mm H2ODebitul ventilatorului …………….. 72000 m3/h 72000 m3/hConsum orar de motorină ………… 28-35 kg/h 28-35 kg/hRandamentul energiei termice …… 76 % 76 %Randamentul real al instalaţieipentru ceapă deshidratată …………. 550-600 kg/24 h 550-600 kg/24 h

Temperatura aerului variază în secţiunea longitudinală a tunelului şi prezintă o scădere lentă de la zona de intrare spre cea de ieşire a aerului. În secţiune transversală, pe verticală, se înregistrează valori maxime ale temperaturii aerului în partea superioară a tunelului, unde produsul de pe grătarele de sus are o umiditate mai mică. Pe prima porţiune de la intrarea aerului în uscător (primele trei cărucioare) temperatura unui anumit punct este foarte instabilă, înregistrând fluctuaţii de ± 3, ± 4 0

C într-un interval de 5-6 secunde. Aceste fluctuaţii se datorează aprinderii şi stingerii intermitente a arzătorului, comandat de termostat. În restul tunelului, asemenea fluctuaţii de temperatură, în funcţie de întreruperea flăcării arzătorului, nu mai există.

Viteza medie a agentului de uscare la ieşirea din tunelul inferior este de 6,5 m/s. Valorile maxime ale vitezelor maxime au fost înregistrate în partea superioară a tunelului, unde prin spaţiul rămas între ultimul grătar şi planşeul tunelului curentul de aer se găseşte o secţiune de minimă rezistenţă.

Scurgerea aerului cald prin tunel se face în regim turbulent. Acest lucru face ca viteza de evaporare a apei din material să se mărească, apa de pe suprafeţele produsului fiind sub formă de vapori de către curenţii oblici sau verticali. În zona de centru a tunelului se constată o diminuare a vitezei de uscare a materialului. Observându-se un cărucior cu material scos din tunel cu câteva ore înainte de terminarea uscării, se poate constata că bucăţile de produs aşezate pe grătarele din mijloc sunt mai puţin uscate decât cele de pe grătarele extreme. Fenomenul se datorează diferenţei de temperatură şi de umiditate relativă a aerului care se înregistrează.

17

Pentru stabilirea debitului ventilatorului s-au făcut determinări ale vitezei curentului de aer în zona de recirculaţie şi în cea de evaporare a aerului umed, pentru diferite reglaje ale clapetelor de aspiraţie a aerului proaspăt (deshidratarea maximă, medie şi zero). Viteza agentului de uscare în zona de recirculaţie pentru cele trei reglaje ale deshidratării clapelor de aspiraţie variază astfel: pentru deshidratare maximă de la 6,10-10,40 m/s, pentru deshidratarea medie de la 8,15-13,60 m/s şi pentru cazul închiderii complete a clapelor de la 9-14 m/s.

Din punct de vedere al calităţii producţiei rezultate, analizele făcute pentru regimuri diferite de funcţionare a arzătorului (debit maxim, minim şi mediu) au dovedit că gazele de ardere nu exercită nici o influenţă asupra materialului uscat.

5.3. Instalaţia de deshidratare convectivă

Date tehnice:

Capacitatea masinii de baza l 100 Capacitatea containerului atasat l 200 Tensiunea de alimentare 220 / 380 V 50 Hz Element de încalzire kW 4,5 Ventilator kW 0,95 Înaltime transport m 3 Presiunea de transport bar 0,055 Generator aer uscat kW 0,74 Puterea totala fara generatorul de aer cald kW 5,5 Puterea totala cu generatorul de aer cald kW 6,2 Cantitate aer uscat m3/h 90

18

Cantitate aer regenerat m3/h 20 Presiunea de conectare a aerului comprimat pentru alte dispozitive de transport

bar 4 ... 6 Cantitatea max. de filtrare a aerului m3/h 180

Avantaje: - Utilajul este actionat direct din unitatea de control a masinii. - Timpii pentru închidere si deschidere, operarea temperaturilor si reducerea temperaturilor pot fi programate pe monitorul masiii Allrounder. - Datele setate sunt stocate împreuna pe discheta.

Mecanismul procedeului de uscare în această instalație

Pentru îndepărtarea apei din-legume şi fructe, în timpul procesului de uscare, intervin două fenomene fundamentale:

— transferul de căldura, care asigură energia necesară transformării apei în vapori;

— transferul de masă prin transferul apei sau vaporilor de apă prin celule şi apoi afară din produs.

Pentru a putea fi uscate produsele trebuie să fie în primul rând încălzite. Căldura este adusă la produs fie cu ajutorul aerului cald (convecţie), fie prin încălzirea suprafeţei pe care se găsesc produsele, de la care acestea preiau căldura (conducţie). în cazul încălzirii produselor direct de la razele solare, transmiterea căldurii se face prin radiaţie. Vaporii de apă ieşiţi din produs sînt preluaţi de aer, care devine mediu de transfer de masă.

Pentru a înţelege transferul de apă din produs, trebuie definite şi explicate câteva proprietăţi de bază ale amestecului de aer -f- vapori de apă:

— Umiditatea absolută a unui amestec aer -f- vapori, reprezintă cantitatea de vapori de apă exprimată în grame, care poate fi conţinută de un m8 de aer la o anumită temperatură şi presiune.

—'Umiditatea relativă a aerului este definită printr-un raport, exprimat în procente, între cantitatea de vapori de apă aflaţi într-un volum de aer la un moment dat şi cantitatea de vapori de apă aflaţi în acelaşi volum de aer, când este saturat, la aceeaşi temperatură şi presiune. Umiditatea relativă a aerului arată capacitatea aerului respectiv de a prelua cantităţi noi de vapori de apă în cursul deshidratării, pînă la atingerea gradului său de Saturaţie. Viteza de deshidratare şi uscare depinde deci de umiditatea relativă a aerului din instalaţie; cu cît aceasta va fi mai scăzută, cu atât uscarea va avea loc într-un timp mai redus. Dacă temperatura aerului din instalaţia de uscare creşte, umiditatea relativă a aerului scade, deci el va putea prelua cantităţi noi de vapori de apă. Dimpotrivă, dacă temperatura aerului va scădea, el va deveni saturat în vapori de apă, iar dacă va scădea şi mai mult, vaporii de apă din aerul respectiv se vor condensa. Acesta este punctul de, rouă sau temperatura de rouă.

De aceea, în timpul procesului de uscare, aerul din instalaţie trebuie să fie în continuă circulaţie şi să fie încălzit, pentru a-i creşte capacitatea de a prelua cantităţi noi de vapori de apă.

In instalaţiile de uscare, evaporarea apei are loc atât pe baza diferenţei de temperatură dintre cea a produsului supus uscării şi cea a aerului încălzit, cit mai ales prin diferenţa dintre presiunea vaporilor din interiorul ţesuturilor şi .cea a vaporilor cuprinşi de aerul din instalaţie. Evaporarea este influenţată şi de tensiunea (forţa) superficială a vaporilor de apă din produs. Evaporarea se desfăşoară până când se realizează un echilibru între presiunea vaporilor din cele două medii, cu alte cuvinte

19

până când aerul cald din instalaţie a fost saturat cu vapori de apă. Cantitatea de vapori de care poate fi absorbită de aer este în strânsă dependenţă de temperatura aerului din instalaţie, deoarece cu cît aerul este mai cald, cu atât el poate absorbi o cantitate mai mare de vapori.

Când s-a stabilit echilibrul între umiditatea produsului şi saturaţia aerului cu vapori de apă în instalaţie, iar produsul nu este încă gata uscat, procesul de uscare va putea continua numai prin crearea unui nou dezechilibru între umiditatea celor două medii. Acest dezechilibru se poate realiza prin una din următoarele măsuri tehnologice:

— fie prin ridicarea temperaturii aerului din instalaţie — dacă această operaţie este posibilă din punct de vedere tehnologic;

— fie ventilând aerul din instalaţie, făcîndu-1 să piardă o anume cantitate de vapori de apă cu care este încărcat.

Asupra caracteristicilor structuro-texturale şi fizico-chimice pierderea apei din ţesuturile legumelor şi fructelor are o influenţă profundă.

Ţesuturile vegetale în stare vie au proprietatea de turgescenţă; fiecare celulă este menţinută destinsă, datorită conţinutului ei în lichid şi are o structură destul de fermă.

Pereţii celulelor sînt sub. tensiune, iar conţinutul lor sub compresie. Pereţii celulelor au rezistenţă şi elasticitate, dar dacă solicitarea elastică creşte peste o oarecare valoare, moderată, structura cedează parţial j ireversibil. Aceste deformaţii plastice au loc indiferent de metoda folosită pentru uscarea celulelor vegetale sau animale în afară de liofilizare * , unde dimensiunile originale sînt menţinute.

Dacă celulele sînt omorâte prin opărire, pereţii celulari devin mai uşor permeabil, turgescenţă poate dispărea ,iar deformarea permanentă prin uscare poate deveni chiar mai mare. Aceste procese se desfăşoară ; în trei faze:

— Faza de încălzire a materiei prime supusă uscării, în cursul acestei faze, practic nu are loc fenomenul de evaporare a apei din produs, ci se urmăreşte depăşirea stării de echilibru .dintre umiditatea relativă a aerului din instalaţia de uscare şi umiditatea produsului de uscat, încălzind aerul din instalaţie se creează capacitatea acestuia de a absorbi o cantitate mai mare de vapori, iar prin încălzirea produsului scade tensiunea superficială a vaporilor de la suprafaţa lui.

In această fază, pe măsura evaporării apei de pe suprafeţele umede ale produselor, diametrul porilor superficiali şi a capilarelor pline cu apă se micşorează, elementele structurale solide se strâng sub influenţa tensiunii superficiale şi efectul se adânceşte în straturile de ţesuturi, spre centrul bucăţilor de produse supuse uscării; volumul contracţiei este egal cu cel al apei evaporate şi viteza uscării pe unitatea de suprafaţă rămâne constantă.

— Faza de uscare, în care evaporarea apei se produce ca urmare a dezechilibrului creat între umidităţile celor două medii şi a scăderii tensiunii superficiale a vaporilor de la suprafaţa produsului. Evaporarea se va realiza într-un timp cu atât mai scurt, cu cît circuitul aerului pentru eliminarea vaporilor de apă pe care i-a preluat de la produs, se va realiza într-un ritm, mai rapid şi într-un circuit închis fără pierderi de căldură.

In această fază, elementele structurale ale produsului încep să se deformeze prin încreţire aşa încât tind să ocupe mai puţin spaţiu iar o parte din apă este îndepărtată la suprafaţă, dar la aceasta se opune creşterea rezistenţei la deformare, iar nivelul de apă sânt, de asemenea, îndepărtaţi de la suprafaţa legumelor şi fructelor prin difuzie moleculară în aer prin capilarele deschise.

20

In continuare, straturile groase de apă care ţineau separat lanţurile moleculare lungi şi flexibile ale produselor, încep să cedeze moleculele mai slab reţinute într-un strat difuzional în direcţia ţesuturilor cu concentraţie scăzută în apă, desigur spre suprafaţă. Procesul continuă prin subţierea straturilor groase până ce apa rămâne, în medie, în strat gros de o moleculă, adsorbit de suprafeţele interne, neuniform, dar de preferinţă îndreptate spre grupurile de celule cu polaritate mai mare din structura substratului. Elementele structurale continuă să fie ţinute mai strâns împreună şi se contractă, deşi mai puţin decât volumul de apă pierdut.

— Faza finala, se consideră din momentul când produsul începe să cedeze din apa legată, în această fază, procesul de evaporare a apei din produse încetineşte simţitor curba de uscare, înregistrând descreşteri. Difuzia umidităţi din masa produsului se face tot mai dificil; ea depinde de gradul de solubilitate a substanţelor în apa celulară, de structura produsului, de capilaritatea lui, de mărimea bucăţilor de produs supuse uscării.

In această fază finală, moleculele de apă, adsorbite pe suprafeţele interne ale constituienţilor solizi, sînt îndepărtate printr-un proces de difuzie activă de-a lungul lamelelor sau fibrelor solide, în direcţia suprafeţelor cu potenţial mai scăzut de vapori.

In acest proces, o moleculă de apă, care prin schimb capătă un impuls mai mare decât mediu, în vibrarea ei termică continuă, poate sări din locul ei de absorbţie într-un loc vacant, apropiat şi, în medie, vor fi mai multe locuri vacante în direcţia presiunii scăzute de vapori. Procesul va continua însă din ce în ce mai lent, până când este atins echilibrul cu umiditatea aerului înconjurător.

5.4. Deshidratarea în uscătoare tip cameră

Aceste uscătoare sunt formate dintr-o incintă a cărui volum poate fi cuprins între cel al unui dulap obişnuit până la volumul unei camere de locuit, însă pentru uscare acestor produse se folosesc uscătoare de mică dimensiune. În cameră materialul este aşezat pe stive, stelaje, cărucioare sau alte sisteme de susţinere care depind de tipul de material. Pentru materiale granulare, pulberi sau paste materialul este aşezat în tăvi dispuse pe stelajele interioare ale uscătorului sau pe cărucioare prevăzute cu rafturi. Acest tip de uscător poate fi utilizat şi pentru uscarea pieilor în unităţile de prelucrare cu

capacitatea de producţie mică. În figura următoare. este prezentat un uscător cu cameră pentru materiale granulare, produse semifabricate semisolide aşezate în tăvi plasate pe poliţele unui cărucior. Regimul de funcţionare este discontinuu, iar agentul de uscare circulă forţat scăldând sau străbătând materialul. Aceste

uscătoare pot funcţiona după varianta normală, după varianta cu încălzire intermediară, după varianta cu recircularea parţială a agentului de uscare sau după variante combinate.

21

De exemplu, uscătorul prezentat, funcţionează după varianta cu încălzirea intermediară a aerului combinată cu varianta cu recircularea parţială a agentului de uscare. Principalul dezavantaj al acestor uscătoare este funcţionarea discontinuă şi productivitatea mică, motiv pentru care ele sunt utilizate în special în industriile de mic tonaj cum ar fi: industria farmaceutică, industria coloranţilor şi a pigmenţilor, industria cosmetică, etc.

6. Uscarea cu ajutorul curenților calzi și instalațiile pentru acest tip de uscare

Intensificarea procesului de uscare al produselor alimentare, inclusiv a materiei prime din sectorul agrar, iminent este legată de specificul şi particularităţile ei, şi trebuie să se realizeze cu condiţia asigurării unei calităţi înalte a produsului finit şi a cheltuielilor specifice minime. De regulă, pentru intensificarea procesului de uscare şi ridicarea eficacităţii economice de lucru a instalaţiilor de uscare se folosesc diferite modalităţi (metode):

1. Folosirea câmpurilor cu temperaturi înalte (mai mari de 1000). Totodată trebuie să se ţină cont de rezistenţa de temperatură şi rezistenţa de căldură a fiecărui product concret şi de asemenea, menţinerea substanţelor biologice active în acesta producte;

2. Folosirea de noi metode combinate de influenţă a căldurii.

22

3. Utilizarea metodelor electrofizice de influenţă: razele infraroşii (IR) şi lămpile cu descărcare în gaze (LDG), UHF şi SHF şi combinarea lor cu metode tradiţionale de aport de energie.

Deosebită importanţă în ultima vreme, sunt întrebările legate de folosirea materiei prime atât în aspect alimentar cât şi medico-biologic. În cadrul prelucrării tehnologice a materiei prime de destinaţie medico-biologică de asemenea este supusă procesului de uscare. Pentru astfel de produse trebuiesc folosite aşa metode de prelucrare termică, care ar permite de a atinge nu numai eficienţa economică aşteptată, dar de a atinge şi alte efecte folositoare, în stare să influenţeze benefic asupra organismului uman în aspect medicinal (să întărească imunitatea, să preîntâmpine şi să ne protejeze de unele maladii, să fie utilizate în calitate de medicamente ş. a.). Este cunoscut faptul, că uscarea unei astfel de materii prime se efectuează pe platouri (închise sau deschise, bine ventilate) ori în încăperi. Acest proces este de lungă durată şi provoacă mari pierderi al productului finit , contribuie la apariţia micro-şi macroflorei şi altele. Toate acestea din punct de vedere medicinal diminuează efectul lor pozitiv final. La momentul actual sunt insuficient studiate problemele legate de determinarea modalităţilor şi regimurilor de uscare a materiei prime din sectorul agrar de destinaţie medico-biologică. Prezenţa a astfel de date ar permite crearea şi elaborarea regimurilor raţionale şi eficiente de uscare în direcţia respectării cerinţelor tehnologice, reducerii cheltuielilor de energie, păstrării componentelor biologice active a materiei prime.

Anumite perspective care ţin de intensificarea procesului de uscare a materiei prime din sectorul agrar cu destinaţia medico-biologică în vederea îmbunătăţirii calităţii produsului finit poate asigura aplicarea curenţilor de frecvenţă înaltă (UHF) şi supraînaltă (SHF).

În ultimul timp la această metodă apelează ingineria alimentară preocupată de intensificarea diferitor procese tehnologice. De aceea, elaborarea bazelor ştiinţifice de efectuare a procesului de uscare a materiei cu destinaţie medico-biologică prin aplicarea curenţilor de frecvenţă înaltă (UHF) şi supraînaltă (SHF) este o sarcină actuală şi are o mare importanţă atât teoretică cât şi practică pentru Republica Moldova.Lucrul de cercetare în această direcţie s-a început încă în perioada pregătirii tezei de doctor în tehnică din anul 1974.

Au fost efectuate cercetări şi elaborate procedee de uscare a astfel de culturi ca: boabele de cacao, măcieşul, seminţele de bostan şi de floarea soarelui, cătina albă, ardeiul iute, prunele, sfecla, nucile, merele, roşiile, caisele, vişinele ş.a.

Utilizarea câmpurilor electrofizice presupune eliminarea căldurii în material, care poate fi determinată cu formula:

(1)Pentru a calcula şi a dirija cu căldura eliminată în product este important de a

cunoaşte valorile tangentei unghiului dielectric tg şi permeabilitatea dielectrică relativă `, care constituie parametrii electrofizici ai materialului. Metodele existente de determinare a acestor parametri sunt prezentate numai pentru produsele omogene, dar nu şi pentru cele heterogene cum este materia primă agricolă, totodată aceste metode nu iau în consideraţie efectele pierderilor de frontieră. De aceea a fost elaborată o metodă nouă, care este exprimată prin formulele:

şi (2)

23

în care: Q1 şi C1 sunt factorul de calitate şi capacitatea electrică a conturului fără de condensatorul măsurător în momentul de rezonanţă;

Q2 şi C2 – factorul de calitate şi capacitatea electrică a conturului cu condensatorul măsurător fără de product în momentul de rezonanţă;

Q3 şi C3 – factorul de calitate şi capacitatea electrică a conturului cu condensatorul măsurător cu product în momentul de rezonanţă;

C0 – capacitatea electrică a condensatorului măsurător în vid, pF.Formulele obţinute au permis de a calcula valorile tg şi ` a produselor

agricole de destinaţie medico-biologică în limitele 1,5…20,0 pentru ` şi 0,05… 1,5 pentru tg.

Unele dificultăţi apar la determinarea tg şi ` a produselor cu structura complexă eterogenă, cum sunt produsele medico-biologice. Dacă de prezentat aceste obiecte ca o schemă electrică alcătuită din elemente conectate în serie: pericarpul (A) – miezul (B) – pericarpul (A) (fig. 1 ), atunci puterea totală aplicată materialului poate fi prezentată ca:

(3)în care PA şi PR sunt puterile activă şi reactivă, în W.

Fig. 1. Schema de substituire a productului: A – pericarp, B - miez.Valorile acestor puteri se determină ca suma puterilor fiecărui component Wj

inclus în acest sistem:

şi (4)

Utilizând formulele (4) şi schema de substituire consecutivă obţinem formulele de calcul ale tg şi ` pentru produsele complexe eterogene:

(5)

(6)

în care a şi b concentraţiile volumetrice ale componentelor;

şi (7)

Rezultatele obţinute prin calcul în practic au coincis cu cele experimentale.Pentru determinarea experimentală şi cercetarea parametrilor electrofizici a

fost elaborată o instalaţie de laborator (fig.2).

24

Fig. 2. Schema instalaţiei experimentale pentru determinarea parametrilor electrofizici a produselor vegetale: 1 – Q-metru; 2 – condensatorul măsurător; 3 – elemente electrice de încălzire; 4 – termocuplu; 5 – voltmetru; 6 – vasul Diuar.

În urma măsurărilor efectuate şi calculelor respective au fost obţinute dependenţele tg şi ` în funcţie de umiditatea, temperatura productului şi de frecvenţa câmpului electromagnetic.

Din grafice (fig. 3.) se observă, că corelaţia tgδ şi ` în funcţie de frecvenţa câmpului electromagnetic este complexă, dar totuşi, valori maximale obţin la frecvenţa 27 MHz. De aceea frecvenţa dată poate fi considerată ca cea de lucru.

a) b)Fig. 3. Corelaţia dintre frecvenţa câmpului electromagnetic şi tgδ (a), ` (b) a

produselor vegetale (seminţe de floarea soarelui).O mare importanţă, pentru materia primă agricolă prezintă cunoştinţele despre

corelaţia între umiditatea lor şi tgδ şi `. Această corelaţie este arătată în fig. 4.

a) б)Fig. 4. Corelaţia dintre umiditatea şi tgδ (a), ` (b) a produselor vegetale

(caise)

25

Din fig. 4. se vede că creşterea umidităţii provoacă şi o creştere a parametrilor electrofizici a produselor vegetale. Aceasta se datorează creşterii componentei active a curentului electric de conductibilitate.

Tot aşa tendinţă se observă şi la variaţia temperaturii produselor cu tgδ şi `.Pentru determinarea valorii şi variaţiei parametrilor principali ai procesului de

uscarea materiei prime vegetale de destinaţie medico-biologică este necesar de

analizat în prealabil curbele de uscare şi a vitezei de uscare .

Cu scopul obţinerii acestor funcţii au fost elaborate două instalaţii de laborator: una cu curenţi de frecvenţă înaltă (UHF) (fig 5) şi alta cu microunde (SHF) (fig.6).

Fig. 5. Instalaţie experimentală pentru studiul cineticii procesului de uscare a produselor vegetale cu aplicarea curenţilor de frecvenţă înaltă (UHF): 1 – camera de lucru; 2 – condensatorul cu produs; 3 – balanţă mecanică; 4, 5 – conductă de agent termic; 6 – ghid coaxial; 7 - elemente electrice de încălzire; 8 – ventilator; 9 – milivoltmetru; 10 – voltmetru electrostatic; 11 – micromanometru; 12 – termometru cu contacte.

26

200 g .......

Reglatorterm ic

Aerproaspăt

Ae

rca

ld u

tiliz

at

1 2 3 4

5 6 7 8 9 10Fig. 6. Instalaţie experimentală pentru studiul cineticii procesului de uscare a

produselor vegetale cu aplicarea curenţilor de supraînaltă (SHF): 1 – termometru; 2 – conductă de evacuare; 3 – cameră de lucru; 4 – vas Dwar; 5 – manometru diferenţial; 6 – calorifer; 7 – conductă de alimentare; 8 – produsul supus uscării; 9 – cântar electronic; 10 – termocuplu.

În baza cercetărilor experimentale şi calculelor au fost obţinute curbele de uscare (fig.7) şi a vitezei de uscare (fig.8) a produselor vegetale.

1 – 60 ºC; 2 – 70 ºC; 3 – 80 ºC; 4 – 90 ºC; 5 – 100 ºC.a) b)

c)

27

Fig. 7. Curbele de uscare a produselor vegetale (prune) cu aplicarea UHF: a) prin convecţie; b) prin convecţie şi perforarea pericarpului; c) prin convecţie + UHF şi perforarea pericarpului (densitatea perforării 4 găuri/ cm2).

a) b)

1 – 60 ºC; 2 – 70 ºC; 3 – 80 ºC; 4 – 90 ºC; 5 – 100 ºC.

c)Din graficele prezentate (fig. 7. şi 8.) se poate de conchis că uscarea prunelor

este mai eficientă în trei perioade: I – uscarea de la umiditatea iniţială până la prin convecţie; II – la umiditatea Wcr1 are loc perforarea pericarpului

prunelor şi uscarea în continuare prin convecţie până la umiditatea de polarizare W p; III – uscarea prin convecţie în combinaţie cu energia câmpurilor UHF până la umiditatea finală.

Graficele vitezei de uscare (fig. 8) ne demonstrează intensificarea procesului odată cu aplicarea metodelor netradiţionale cum sunt perforarea preliminară şi aplicarea câmpurilor electrofizice.

Pe baza cercetărilor efectuate asupra cineticii procesului de uscare, au fost elaborate condiţiile de automatizare ale procesului de uscare a materiei prime agricole. Pentru aceasta au fost elaborate un şir de modele matematice prin

28

Fig. 8. Curbele vitezei de uscare a produselor vegetale (prune) cu aplicarea UHF: a) prin convecţie; b) prin convecţie şi perforarea pericarpului; c) prin convecţie + UHF şi perforarea pericarpului (densitatea perforării 4 găuri/ cm2).

diferenţierea ecuaţiilor de termo- şi masotransfer pentru anumite produse şi prin metode statistice de autoregresie cu utilizarea sistemei MatLab.

Aşa dar, ca exemplu, pentru calcularea temperaturii şi umidităţii în procesul de uscare a măcieşului, cu sursa internă de energie, modelul matematic va fi:

(8)

(9)În formă redusă ecuaţiile (8) şi (9) au următoarea formă:

(10)

(11)

în care A1, B1, C1, A2, B2, C2 – constantele ecuaţiilor date, care se calculează după datele experimentale.

Tot cu această sistemă de ecuaţii diferenţiale au fost elaborate modele matematice pentru ardei iute, seminţe de bostan ş.a.

Cu sistema MatLab prin autoregresie au fost elaborate modele matematice pentru prune, caise, vişine, soriz, ciuperci, seminţe de floarea soarelui ş.a.

Avînd modelele matematice ale procesului de uscare a materiei prime agricole şi rezultatele obţinute au fost elaborate şi implementate un şir de instalaţii de uscare şi linii tehnologice de prelucrare a materiei prime agrare care includ aceste instalaţii.

Pentru uscarea prunelor, caiselor şi ardeiului iute prin aport de energie UHF a fost elaborat uscătorul prezentat în fig. 9.

Fig. 9. Instalaţie de uscare a produselor vegetale (prune, ardei, caise) cu curenţi de frecvenţă înaltă (UHF): 1 – buncăr de alimentare; 2 – transportor cu raclete; 3 – corpul instalaţiei; 4, 5 – mecanism de distribuire a produsului; 6 – ghidaj; 7 – lămpi cu descărcare în gaz; 8 – 8 – transportor; 9, 14 – afânător; 10-13 sistem de transportare a agentului termic; 15 – ghid UHF, 16 – transportor de evacuare; 17, 18 – mantaua instalaţiei; 19 – evacuarea aerului umed.

29

În fig. 10. este prezentată instalaţia de uscare a vişinilor şi măceşului.

Fig. 10. Instalaţie de uscare a produselor vegetale (vişine, măceş) cu curenţi de frecvenţă supraînaltă (SHF): 1 – ghid de SHF; 2 – calorifere; 3 – sistem de siguranţă; 4 – transportor.

Pentru uscarea cătinii albe şi a boabelor de cacao în câmp UHF a fost elaborată instalaţia prezentată în fig. 11.

Fig. 11. Instalaţie de uscare a produselor vegetale (cătină albă, boabe de cacao) cu curenţi de frecvenţă înaltă (UHF): 1 – tamburul; 2 – suportul tamburului; 3 – mecanism de transmisie a melcului; 4 – alimentatorul tamburului; 5 – troncon perforat; 6 – agitator; 7 – buncăr de alimentare; 8 – agitatorul buncărului; 9, 10 – transportor cu melc; 11 – mecanismul Huc; 12 - acţionarea tamburului; 13 – arbore gol.

În baza instalaţiilor de uscare au fost elaborate un şir de linii tehnologice de prelucrare a materiei prime vegetale ca: prelucrarea prunelor, caiselor, vişinelor ş.a.

30

6.1. Prezentarea unor linii tehnologice de deshidratare pentru diferite fructe

materiei prime vegetale ca: prelucrarea prunelor, caiselor, vişinelor ş.a.

Fig. 12. Linia tehnologică pentru uscarea prunelor fără sâmbure: 1 – maşină de spălat; 2 – transportor de inspectare; 3 – transportor; 4 – maşină de înlăturare a codiţelor; 5 – blanşator; 6 –Uscător cu bandă; 7 – vibrator; 8 – maşină de înlăturare a sâmburilor; 9 – uscător UHF; 10 – maşină de ambalare.

31

Linia de uscare a prunelor fără sâmburi

Fig. 13. Linia tehnologică pentru uscarea caiselor: 1 – maşină de spălat; 2 – transportor de inspectare; 3 – transportor; 4 – maşină de înlăturare a codiţelor; 5 – calibrator; 6 – vibrator; 7 – maşină de înlăturare a sâmburilor; 8 – maşină de prelucrare preventivă; 9 – blanşator; 10 – uscător UHF; 11 – maşină de ambalare.

Fig. 14. Linia tehnologică pentru uscarea caiselor: 1 – maşină de spălat; 2 – transportor de inspectare; 3 – transportor; 4 – maşină de înlăturare a codiţelor; 5 – calibrator; 6 – maşină de înlăturare a sâmburilor; 7 –

32

Linia de uscare a caiselor cu aplicarea UHF

Linia de uscare a vişinilor fără sâmburi cu aplicarea SHF

maşină de prelucrare preventivă; 8 – blanşator; 9 – uscător UHF; 10 – maşină de ambalare.

Colectivul savanţilor sub conducerea dr. hab. A.Lupaşco au elaborat linia mecanizată în flux pentru prelucrarea nucilor greceşti în care au fost proectate instalaţiile de zdrobire şi separare .

Interes deosebit prezintă procesele de uscare în câmp electromagnetic în regim oscilant, ceia ce permite de a obţine cîmpuri de temperatură şi de umiditate constante. Metoda menţionată intensifică procesul şi totodată permite de a obţine calităţi înalte a produsului finit datorită regimului moale de aplicare a energiei.

Analiza experienţelor realizate a arătat, că în toate cazurile de folosire a câmpurilor UHF şi SHF procesul de uscare se intensifică de 1,5 ... 10 ori. În particular:

măceş de 3,0 ori; prune de 1,3 ori; cătină albă – 10,1 ori; seminţe de bostan – 1,6 ori; boabe de cacao – 3,7 ori, etc.Concomitent cu intensificarea procesului de uscare este prezentă şi mărirea

calităţii indicilor calitativi, în special al culturilor oleaginoase ceea ce şi a determinat una din direcţiile principale de activitate ştiinţifică a noastră. Pe viitor este planificată susţinerea unei teze de doctor habilitat în această direcţie (dr. M. Bernic).

De asemenea au fost obţinute efecte pozitive şi la uscarea fructelor sâmburoase ca caisele, vişinele, prunele. Totalizarea datelor experimentale şi lucrărilor ştiinţifice referitoare la acest tip de fructe a permis pregătirea unei teze de doctor habilitat care şi este prezentată pentru susţinere în Consiliul Superior de Atestare (dr. V. Tarlev) (se anexează).

Este cunoscut, că nici o lucrare nu poate fi argumentată practic fără verificare şi confirmare în plan teoretic. Rezolvarea ecuaţiilor diferenţiale a proceselor de transfer de masă şi de căldură la aplicarea surselor interne de căldură (cum sunt UHF şi SHF) a permis de a analiza şi de a argumenta matematic procesul de uscare prin această metodă. Totodată modelele matematice obţinute ne dau posibilitatea de a automatiza procesele enumerate. În acest plan de asemenea este planificată pregătirea către susţinere a unei teze de doctor habilitat (dr. N. Ţislinscaia).

La moment, pe tema elaborării regimurilor tehnologice de uscare a diferitor materii prime agrare de destinaţie medico-biologică şi-au susţinut teza de doctor opt doctoranzi. Este finisată şi gata de susţinere o teză de doctor habilitat (Tarlev Vasile). Îşi continuă studiile de cercetare în această direcţie încă 8 doctoranzi.

Totodată, în lucrul de cercetare au fost antrenaţi circa 40 studenţi, 20 din ei elaborând teze de diplome pe această temă. În toate aceste lucrări eu am fost sau conducător, sau consultant ştiinţific.

În baza lucrului ştiinţific efectuat au fost publicate 304 lucrări ştiinţifice şi metodice, din care 240 după susţinerea tezei de doctor habilitat.

Pe parcursul activităţii ştiinţifice am ţinut raport personal la peste 30 conferinţe ştiinţifice şi expoziţii internaţionale.

Lucrările prezentate se deosebesc, de regulă, prin elemente de Know-How.Pentru prima dată au fost analizate următoarele întrebări: determinarea şi sistematizarea parametrilor electrofizici (PEF) a unor

materiale cu destinaţie medico-biologică;

33

elaborarea metodei de determinare PEF pentru sisteme heterogenice cum sunt materialele vegetale cu destinaţie medico-biologică;

efectuarea cercetărilor cineticii procesului de uscare a unor materiale vegetale cu destinaţie medico-biologică prin aplicarea metodei combinate de energie – convecţie + UHF (SHF);

fundamentarea teoretică şi argumentarea experimentală o serie de modele matematice pentru calcularea proceselor de transfer de masă şi căldură cu sursă internă de energie;

elaborarea o gamă de uscătorii pentru deshidratarea materialelor vegetale de destinaţie medico-biologică cu aplicarea metodei de energie combinată şi sursa de energie internă;

demonstrată eficacitatea folosirii metodelor diferenţelor finite, prin autoregresie în sistemul MatLab pentru calcularea cineticii procesului de uscare cu aproximare optimă.

Bazîndu-se pe datele obţinute pe parcursul a mai mult de 30 ani de activitate ştiinţifică a fost fondată direcţia nouă - intensificarea proceselor de deshidratare a materialelor vegetale cu destinaţie medico-biologică prin aplicarea energiei combinate folosind curenţi de frecvenţă înaltă (UHF) şi supraînaltă (SHF).

7. Sisteme de climatizare pentru asigurarea parametrilor de conservare, depozitare de durată

Condiţionarea aerului pe timp de iarnă

Tratarea complexa a aerului se relizeaza in agregate sau centrale de conditionare, realizate din schimbatoare de caldura si de masa precum si aparate auxiliare.

Pentru a fi adus la parametrii cu care sa poata fi introdus in spatiul de conditionat, aerul sufera o succesiune de transformari elementare.

Modul de tratare a aerului se alege in functie de conditii particulare (parametrii aerului din interior si exterior, regimul incaperii climatizate, sursa de frig disponibila, costuri, posibilitati de reglare si automatizare).

Dimensionarea aparatelor componente ale agregatului sau centralei se realizeaza considerandu-se atat regimul de functionare pe timp de vara cat si cel pe timp de iarna. Unele aparate se utilizeaza in ambele regimuri, iar altele numai in unul din cele doua regimuri.

In functie de sursele de substante nocive, din spatiul conditionat se poare alege unul din urmatoare sisteme de recirculare a aerului:- Fara recirculare (inlocuirea completa a aerului viciat cu aer proaspat);- Recirculare partiala (inlocuirea partiala a aerului viciat cu aer proaspat);- Recirculare totala (fara introducere de aer proaspat).

In figura este prezentata una din numeroasele solutii posibile pentru conditionarea pe timp de iarna, cu recirculare partiala.

34

Schema aparatului de conditionare a aerului pe timp de iarna, cu recirculare partiala.F - filtru, Pr - preincalzitor; CU - camera de umidificare; P - pompa; SP - separator de

picaturi; I - incalzitor; Vt - ventilator

Procesele de lucru pot sa fie reprezentate in diagrama h-x a aerului umed.

Reprezentarea in diagrama h-x a proceselor de conditionare a aerului pe timp de iarna

-Aerul proaspat cu starea E si debitul este trecut prin filtrul F;- Inainte de amestecarea cu aerul recirculat avand starea A, aerul proaspat (foarte rece pe timp de iarna) este incalzit in preincalzitorul Pr si astfel se evita ca starea de amestec sa rezulte in zona de ceata (sub curba j=100%);- Preincalzirea EC se realizeaza la xE=constant, pana la o temperatura tC=2…5°C;

- Din spatiul de conditionat este preluat debitul de aer recirculat, avand starea A;- Aerul proaspat preincalzit C, se amesteca impreuna cu aerul recirculat A, iar starea M de amestec, va rezulta pe dreapta de amestec CA, intre A si C;- Se defineste raportul de recirculare "n", ca fiind raportul dintre debitul masic de aer

recirculat si debitul masic de aer proaspat n= /

Entalpia si continutul de umiditate ale starii de amestec M, se pot determina cu relatiile:

35

- Aerul tratat care se introduce in spatiul de conditionat, avand starea B, trebuie sa

poata prelua fluxul de caldura [kW] si fluxul de umiditate

[kg/s] care se degaja in spatiul respectiv;- Directia procesului pe care il sufera aerul in camera de conditionat, este determinata pe diagrama de valoarea raportului de termoumidificare

- In consecinta starea B a aerului tratat, la intrarea in spatiul conditionat se va gasi pe dreapta care trece prin A si are inclinarea data de ;- Pentru fixarea precisa a starii B, se poate impune de exemplu diferenta de temperatura fata de starea A a aerului la iesirea din spatiul conditionat;- Odata determinata starea B, mai trebuie doar stabilita succesiunea de transformari elementare care poate sa aduca aerul din starea M in starea B;- O semnificatie importanta are si punctul D', aflat la intersectia dintre verticala care trece prin B (x=xB=xD') si curba de saturatie (j=100%);- Daca parametrii starii M sunt astfel incat xM<xB si hM>hD', atunci din starea M in starea B se poate ajunge asa cum s-a reprezentat in diagrama h-x, printr-o umidificare adiabatica MD, la hM=hD=constant, care se incheie atunci cand se atinge umiditatea absoluta a starii B (xD=xB), in camera de umidificare CU, urmata de incalzirea finala DB, la xD=xB=constant, pana la atingerea starii dorite B;- In cazul in care starile M si D, respectiv D' sunt in alte sitiatii fata de cea prezentata, pot apare diverse variante pentru procesele din agregatul de conditionare, ca in figura, care pot determina chir si o alta constructie a agregatului.

Elemente de calcul a unui agregat de conditionarea aerului pe timp de iarna

Debitul masic de aer introdus de ventilator in spatiul conditionat se poate

determina cunoscand marimile si

36

sau

Debitele de aer proaspat si recirculat se determina cunoscand, sau impunand valoarea raportului de recirculare n:

Sarcinile termice ale preincalzitorului Pr si incalzitorului final I, se determina cu relatiile:

Cantitatea de apa evaporata in camera de umidificare si preluata de aerul tratat , se determina cu relatia:

reprezinta aproximativ 1…2% din debitul de apa pulverizat in camera de

umidificare , deci:

Pentru dimensionarea camerei de umidificare se considera o viteza a aerului wa=2…3m/s.

Sectiunea transversala S a camerei de umidificare se determina cu relatia:

H si B reprezinta inaltimea, respectiv latimea camerei de umidificar. Lungimea acestei camere se determina din conditia ca aerul sa ramana in contact cu apa pulverizata, cel putin o secunda.

Condiţionarea aerului pe timp de vară

În figură este reprezentat un agregat pentru condiţionarea aerului pe timp de vară, cu recirulare parţială:

37

Schema aparatului de conditionare a aerului pe timp de vara,cu recirculare partiala.

F - filtru, V - vaporizator, C - compresor, K - condensator,VL - ventil de laminare, I - incalzitor, Vt - ventilator

Procesele de lucru pot fi reprezentate in diagrama h-x, ca în figura următoare:

Reprezentarea in diagrama h-x a procesului de conditionare a aerului pe timp de vară- A reprezinta starea aerului recirculat provenit din spatiul conditionat, iar E este starea aerului exterior;- Aerul tratat in aparatul de conditionare, care se introduce in incinta, avand starea B, trebuie sa preia degajarile de caldura [kW] si de umiditate [kg/s];- Directia procesului suferit de aer in incinta este data de raportul de termoumidificare ;- Prin punctul A se traseaza dreapta avand raportul de termoumidificare e V, iar punctul B se fixeaza pe aceasta dreapta, adoptandu-se o anumita diferenta de temperatura fata de starea A;- Aerul recirculat A se amesteca cu aerul proaspat E si rezulta starea de amestec M;- De regula xM>xB, deci aerul va trebui sa fie uscat;- Pe verticala din B, se fixeaza starea D avand xD=xB si jD=90…95%;- Se uneste M cu D, iar apoi se prelungeste acest segment pana la intersectia cu j=100%, rezultand starea P, avand temperatura tP;- Circuland aerul cu starea M peste o suprafata rece avand temperatura tP, se va obtine procesul de racire si uscare MD;

38

- Temperatura suprafetei tP se asigura cu o instalatie frigorifica, a carei temperatura de vaporizare va fi t0<tP;- Ultimul proces din aparatul de conditionare va fi incalzirea finala DB.

Calculul agregatului de conditionare a aerului pe timp de vara se efectueaza asemanator cu cel a agregatului de conditionare a aerului pe timp de iarna, cu observatia ca pe timp de vara nu este necesara umidificarea.

Calculul necesarului de frig pentru conditionarea aerului cu programul CoolPack

Pe timp de vara una dintre cele mai importante functii ale aparatelor de conditionare a aerului o reprezinta racirea si uscarea aerului.

Programul de calcul CoolPack, are implementat un modul pentru calculul necesarului de frig pentru conditionarea aerului pe timp de vara, intr-un proces fara recirculare, care nu tine seama de umiditatea degajata in spatiul respectiv, considerat un spatiu locuibil (locuinta sau birou, fara degajari sensibile de umiditate), deci nu un spatiu tehnologic (unde pot sa apara procese de umidificare sau uscare).

Datele si rezultatele se introduc, respectiv se obtin in trei ferestre principale.Fereastra "HEAT TRANSFER THROUGH BUILDING PARTS", adica

"Patrunderi de caldura prin elementele constructiei", este reprezentata in imagine:

Fereastra "HEAT TRANSFER THROUGH BUILDING PARTS"

In partea dreapta este schitata camera climatizata, iar datele de intrare care pot sa fie introduse in aceasta zona a interfetei sunt:- TROOM [°C] - temperatura aerului din camera;- RHROOM [%] - umiditatea relativa a aerului din camera - RH provin de la (Relative Humidity);- Length [m] - lungimea camerei (conform schitei);- Width [m] - latimea camerei (conform schitei);- Heigh [m] - inaltimea cemerei.

In aceasta zona este afisata si valoarea calculata a necesarului de frig datorat

patrunderilor de caldura prin elementele construnctive ale camerei, Cu ajutorul dimensiunilor constructive ale camerei este calculat si afisat, in interiorul schitei camerei, volumul acesteia "Volume" exprimat in [m3].

In partea stanga se pot introduce restul datelor, cu ajutorul carora se pot calcula patrunderile de caldura.

Partile constructive ale camerei sunt considerate:- WALL 1…4 - Perelele 1…4 (conform schitei);- FLOOR - podea;

39

- CIELING - tavan.Pentru fiecare dintre aceste parti constructive se pot introduce urmatoarele

elemente pe baza carora sa se calculeze patrunderile de caldura:- k value [W/(m2K)] - valoarea coeficientului global de transfer termic;- T [°C] - valoarea temperaturii in zona respectiva, in afara camerei climatizate;- AWIN [m2] - suprafata ferestrelor pentru peretele respectiv;

[W/m2] - densitatea de flux termic transmisa prin fereastra respectiva.Fereastra "AIR CHANGE (Infiltration)" adica "Patrunderi de aer (infiltratii)"

este reprezentata in imagine:

Datele de intrare pentru aceasta componenta a necesarului de frig, datorata patrunderii unui debit de aer exterior in camera cu aer conditionat, sunt urmatoarele:- TAIR,IN [°C] - temperatura aerului la intrarea in camera;- RHAIR,IN [%] - umiditatea relativa a aerului la intrarea in camera;- Air Change Factor (ACF) - numarul de recirulari in 24h, adica raportul dintre volumul total de aer infiltrat in incinta in 24h si volumul camerei;- Volume flow [m3/h] - debitul volumic de aer introdus in camera, marime cate foate fi introdusa, daca se doreste, in locul numarului de recirculari.

Programul calculeaza si afiseaza debitul volumic, respectiv numarul de

recirculari, in functie de cealalta marime introdusa si [kW], patrunderea de caldura datorata infiltrarii aerului in incinta.

Fereastra "AUXILIARY LOADS" adica "Sarcini termice auxiliare", este prezentata in imaginea alaturata:

Fereastra "AUXILIARY LOADS"

Aceasta zona a interfetei programului permite calcularea necesarului de frig datorat unor sarcini termice auxiliare si anume:- No. of persons [-] - numarul de persoane care isi desfasoara activitatea in interior;- Work type - tipul de munca desfasurat in interior, care poate sa fie unul dintre urmatoarele trei:- Light - munca usoara;- Medium - munca medie;- Heavy - munca grea;- Fans [kW] - puterea ventilatoarelor "Fans" din incinta, care se va regasi in camera sub forma de caldura degajata;- Other heat developing equipment [kW] - alte echipamente care genereaza caldura;- Lighting [W sau W/m2] - caldura produsa prin iluminarea "Lighting" camerei.

40

Programul determina fluxul de caldura degajata de o persoana din camera exprimat in [W/person] adica "[W/persoana]", la temperatura interioara din camera si

bineinteles, necesarul de frig datorat sarcinilor termice auxiliare prezentate, [kW]

Necesarul de frig global, sau total, pentru conditionarea aerului intr-o incinta

[kW], este afisat intr-o fereastra separata asa cum se observa in figura:

Fereastra rezultatelor globale

In aceeasi fereastra, mai este afisata valoarea marimii SHR [%] "Sensibel Heat Ratio" adica "Raportul dintre caldura caldura senibila si caldura totala extrasa". Introducerea acestei marimi este importanta atunci cand in vaporizator se produce uscarea aerului umed, fenomen care introduce o sarcina termica suplimentara. Situatia de referinta este cea in care vaporizatorul extrage numai caldura sensibila necesara pentru scaderea temperaturii aerului, cu mentinerea constanta a umiditatii absolute. Atunci cand suprafata vaporizatorului are temperatura mai mica decat temperatura punctului de roua, pe aceasta se depune o parte din umiditatea continuta de aer, sub forma de condens, realizandu-se implicit uscarea aerului. In acest caz se extrage in plus caldura latenta de condensare a cantitatii de apa depuse. Caldura totala extrasa se compune in acest caz din doua componente: caldura sensibila si caldura latenta. SHR se defineste matematic prin raportul dintre caldura sensibila si caldura totala extrasa. In consecinta SHR ofera o informatie utila privind cresterea necesarului de frig datorat uscarii aerului. O valoare de 100% pentru SHR indica faptul ca vaporizatorul raceste aerul, fara ca pe acesta sa se depuna umiditate. In acest caz temperatura suprafetei vaporizatorului este mai mare decat temperatura punctului de roua. O valoare de 80% pentru SHR, indica faptul ca 80% din sarcina totala a vaporizatorului reprezinta caldura sensibila necesara scaderii temperaturii aerului, iar 20% din sarcina totala a vaporizatorului reprezinta caldura latenta extrasa prin condensarea umiditatii depuse pe suprafata vaporizatorului. In acest caz temperatura suprafetei vaporizatorului este mai mica decat temperatura punctului de roua.

Instalaţii pentru condiţionarea aerului

Conditionarea aerului presupune evacuarea totala sau partiala a aerului din incinta si inlocuirea acestuia cu aer tratat corespunzator.

Instalatiile de conditionare a aerului por sa fie locale sau centralizate.Principalele elemente ale unei instalatii de conditionare a aerului sunt

urmatoarele:- Priza de aer proaspat;- Bateria de conditionare;- Ventilatoare de aer;- Retea de canale pentru distributia aerului proaspat (cu guri de refulare);- Retea de canale pentru evacuarea aerului din incinta (cu guri de absorbtie);- Aparate de masura control si automatizare.

Priza de aer proaspat se amplaseaza intr-o zona cu aer curat, la o oarecare inaltime pentru a evita aspirarea impuritatilor sau acoperirea cu zapada. Deschiderile

41

pentru aer proaspat sunt echipate cu jaluzele pentru a impiedica patrunderea precipitatiilor atmosferice.

Bateria de conditionare este compusa din camere de amestec, baterii de preincalzire, reincalzire si racire a aerului, instalatie frigorifica, camera de umidificare, separatoare de picaturi si filtre de aer.

Circularea aerului peste baterii se poate realiza dupa mai multe scheme, dintre care in imagine este prezentata o varianta inovatoare propusa de firma Trane (imaginea din stanga) si una traditionala (imaginea din dreapta).

Scheme de circulare a aerului peste bateriile de conditionare

Reteaua de canale trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:- Stabilitate hidraulica ridicata a retelei (distributia aerului in diferitele spatii sa nu fie influentata de conditii externe);- Sa nu genereze curenti de aer in incaperile climatizate;- Sa nu produca zgomote, sau sa nu permita propagarea acestora.

In figura sunt prezentate doua sisteme posibile pentru asigurarea recircularii aerului in agregatul de conditionarea aerului.

42

Dispunerea componentelor sistemului de condiţionare

In figura este prezentata schema constructiva a unui aparat de conditionare a aerului, care poate sa functioneze si ca pompa de caldura. Inversarea rolului functional al celor doua schimbatoare de caldura este realizata de un ventil cu patru cai.

Schema unui aparat de conditionarea aerului cu pompa de calduraC- compresor; V4C - ventil cu 4 cai;V(K) - vaporizator pe timp de vararespectiv condensator pe timp de iarna;K(V) - condensator pe timp de vararespectiv vaporizator pe timp de iarna;Vt - ventilator de aer; TC - tub capilar

8. Bilanţ de materiale pentru procesul de uscare

Se notează cu: G1 – cantitatea de material umed care intră în uscător, în kgf/h;G2 – cantitatea de material uscat iese din uscător, în kgf/h;Gu – cantitatea de produs complet uscat în materialul umed, în kgf/h; W1 – umiditatea materialului înainte de uscare, în %;W2 – umiditatea materialului după uscare, în %ŞW – cantitatea de umiditatea îndepărtată din material în uscător, în kgf/h;L – cantitatea de aer complet uscat care trece prin uscător, în kgf/h;x0 – conţinutul de umiditate al aerului la trecerea prin radiator, în kgf/kgf aer uscat.x1 – conţinutul de umiditate al erului la intrarea în uscător, în kgf/kgf aer uscat;x2 - conţinutul de umiditate al erului la ieşirea din uscător, în kgf/kgf aer uscat.

Când nu sunt pierderi de material, cantitatea de substanţă uscată rămâne constantă ţi înainte şi după uscare. Se poate exprima în kgf/h, prin relaţia:

Gu = G1 = G2

de unde rezultă.

43

G1 = G2

G2 = G1

Umiditatea îndepărtată prin uscare, reprezintă diferenţa dintre greutatea materialului umed şi materialului uscat:

W = G1 + G2

Introducând în ultima ecuaţie G2 valoarea din ecuaţia enterioară, se obţine:

W = G1 – G1

sau

W = G1

Înlocuind valoarea G1, valoarea lui din ecuaţia anterioară, se obţine:

W = G2 G2

sau

W = G2 kgf/h

Consumul de aer. Într-un uscător fără pierderi, cantitatea de aer complet uscat care trece prin uscător, ca şi cantitatea de material complet uscat, rămân invariabile.

În cazul unui proces staţionar, umiditatea (în kgf/h) va fi:

cu materialul care se uscă.....................G1

cu aerul..........................................Lx1

total................ G1 + Lx1

Din uscător se îndepărtează umiditatea (kgf/h):

cu materialul uscat........................................G2

cu aerul...........................................Lx2

total.................. G2 + Lx2

În absenţa pierderilor, umiditatea totală rămâne constantă şi se respectă egalitate:

G1 + Lx1 = G2 + Lx2 (1)Umiditatea îndepărtată din material va fi:

W = G1 - G2 (2)Comparând ecuaţiile (1) şi (2) rezultă:

44

W = L (x2- x1)De unde, consumul total de aer necesar uscării va fi:

L = kgf/h

Iar consumul specific de aer, l, adică consumul de aer, raportat la 1 kgf umiditate, îndepărtată din material în uscător, va fi:

l = = kgf/kgf umiditate

Deoarece aerul care străbate bateria de radiatoare nu absoarbe şi nu cedează umiditate, conţinutul lui de umiditate la încălzirea în rediator rămâne constant şi deci: x1 = x0 de unde

l = kgf/kgf umiditate.

Bibliografie

http://www.dupps.com/quadcom3.html

45

http://www.dupps.com/quadcom4.html

http://www.simon-dryers.co.uk/material.htm

http://www.simon-dryers.co.uk/rotary/index.htm

www.CSA acad.md/nm/tehn/mec_electr

www.uscatoare.ro

www.bonton.md.ro

www.agir.ro

http://www.cceei.energ.pub.ro/cursuri_postuniversitare/modulul1_3.pdf

www.agir.ro/buletine/32.pdf?PHPSESSID=90e6a05deb445bc39694e241bfad2932

www.cfr.ro/JF/romana/0206/loc_2016.htm - 28k

www.osim.ro/publicatii/brevete/bopi102/brevete/bopi102.pdf

www.electronica-azi.ro/articol.php?id_ar=1403 - 27k

www.cncsis.ro/2006/granturi/noi/Lista_propuneri_proiecte_primite_tip_TD.html -

www.fao.org/docrep/V5030E/V5030E00.htm - 16k

www.dnd.aps.anl.gov/pictures/m.jpg

Bratu A. – Operaţii şi utilaje în industria chimică – Editura Tehnică – Bucureşti – 1970

Banu C. - Manualul inginerului de industrie alimentară – Editura tehnică – Bucureşti - 1998

Dascalescu Aurelia-Uscarea si aplicatiile ei industriale.

Davidescu – Schimbul de caldura in instalatiile industriale

Ion Marinescu, Brad Segal, Al. Georgescu, A. Ciobanu, M. Olaru, A. Hobincu - „Tehnologii moderne în industria conservelor vegetale”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1976

46