Instalatii folosite la deshidratarea produselor vegetale

Instalatii folosite la deshidratarea produselor vegetale

Uscatorul cu benzi suprapuse

Uscarea este procedeul ce se bazeaza pe principiul biologic al xeroanabiozei, care, prin eliminarea partiala a umiditatii produsului, conduce la perturbarea, reducerea sau intreruperea functiunilor vitale ale microorganismelor.

In industria alimentara sunt folosite pe scara larga uscatoarele cu zone, uscatorul cu benzi si tunelul de uscare.

Uscatorul cu benzi suprapuse se utilizeaza in special la uscarea legumelor, deoarece fructele se lipesc de banda datorita sucului ce-l elimina in timpul transportului de pe o banda pe alta.

Uscatorul cu benzi suprapuse: 1 - dulap metalic; 2 - banda transportoare; 3 -intorcator; 4 - valt de uniformizare; 5 - guri de vizitare; 6 - ventilator prin refulare; 7 - radiatoare; 8 - transportor material uscat; 9 - banda de alimentare; 10- ventilator

Sunt uscatoare de tip continuu, cu circulatia fortata a aerului prin refulare sau aspiratie, in contracurent, cu aer proaspat sau aer proaspat si recirculat.

Uscatorul este constituit dintr-o camera paralelipipedica in interiorul careia sunt montate 4-5 benzi transportoare suprapuse, prevazute cu valturi de uniformizare a stratului de material, radiatoare montate intre laturile benzii, ventilator centrifugal ce poate actiona prin refulare sau aspiratie, aparatura de masura si control.

Banda cu dimensiuni de 2 x 5 m este constituita din sita inox, are o viteza reglabila intre 0,1-0,3 m/min si este prevazuta la capatul de antrenare cu intorcatoare de material si la cel de alimentare cu valturi de uniformizare a stratului.

Produsul supus uscarii este adus cu un elevator la partea superioara si este evacuat la partea inferioara a instalatiei.

Aerul este aspirat de la partea inferioara a uscatorului, strabate cele 4-5 site si radiatoare si este evacuat in atmosfera cu ajutorul unui ventilator.

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

2. Uscatorul tip tunel I.U.F.

Uscatorul tip tunel este o constructie de zid de forma paralelipipedica si se compune din: tunel de uscare, camera de obtinere a agentului de uscare, 12 carucioare cu cate 25 gratare pe care se aseaza produsul.

Tunelul de uscare are la capete usi pentru introducerea si scoaterea carucioarelor, iar la usa de alimentare prezinta cosul de evacuare a agentului: termic si eventual conducta de recirculare. Circulatia agentului termic se face in contracurent cu produsul, in regim fortat cu ajutorul unui ventilator plasat pe conducta montata deasupra tunelului.

Uscatorul tip tunel: 1 - tunel de uscare; 2 - carucior; 3 - usa de alimentare; 4 - usa evacuare; 5 - baterie radiatoare; 6 - ventilator.

Camera de obtinere a agentului termic este dispusa deasupra tunelului la capatul de alimentare a tunelului. Ea poate fi o camera prevazuta cu arzator de gaz metan sau motorina cand se utilizeaza gazele de ardere drept agent termic sau o baterie de radiatoare cu abur cand se utilizeaza aerul ca agent de uscare. La unele tipuri, pentru a se facilita uscarea, se monteaza radiatoare si in interiorul tunelului pe peretii laterali.

Tunele sunt instalatii utilizate pentru deshidratarea industriala a fructelor si legumelor. Lungimea lor variaza intre 10,5 si 15 m, iar latimea si inaltimea intre 1,80 si 2,10 m . Ca si la sisteme de uscare, in care deshidratarea se realizeaza cu ajutorul aerului cald, uscatorul tunel cere un volum mare de aer, care transporta caldura la produs si in acelasi timp indeparteaza apa ce se evapora din aceasta. De aceea constructia tunelului este prezentata cu un ventilator de mare capacitate, care absoarbe aerul proaspat din afara, gazele rezultate din arderea combustibilului si aerul de recirculatie si le impinge in camera de uscare (tunelul propriu-zis).

Pentru economie de caldura este necesar sa recircule o proportie cat mai mare de aer, fara sa se depaseasca o anumita valoare a umiditatii relative a aerului, la care uscarea poate fi franta.

In uscatoarele tunel legumele si fructele ce trebuie deshidratate sunt incarcate pe gratare din lemn, care se aseaza pe carucioare. Acestea, incarcate cu materialul respectiv, parcurg tunelul cu o miscare de inaintare inceata, de la un capat la altul, materialul ramanand pe gratarele pe care a fost asezat. Miscarea carucioarelor in tunel se face in sens opus directiei aerului cald, adica in contracurent. Aerul cald se misca in lungul axului tunelului, invaluind fructele si legumele asezate pe gratare.

Incalzirea tunelului se face in general in mod direct, caldura realizandu-se prin arderea combustibilului lichid sau gazos intra camera de combustie speciala. Caldura produsa este transportata cu ajutorul ventilatorului prin intermediul gazelor de ardere in tunelul de uscare, dupa ce in prealabil acestea au fost amestecate cu aer rece (proaspat) si cu o parte din aerul de recirculatie. Se obtine astfel o scadere a temperaturii gazelor de ardere la nivelul corespunzator pentru deshidratarea legumelor si fructelor.

Aerul cald circula printre gratare, aluneca pe suprafata produselor absoarbe umiditatea si le usuca treptat. La iesirea din tunelul de uscare, cea mai mare parte a aerului incarcat cu vapori de apa este eliminat in atmosfera.

In tunelul cu circulatie in contracurent, aerul mai uscat si mai cald vine in contact cu produsul aproape uscat, in timp ce aerul partial racit si incarcat cu umiditate vine in contact cu materialul umed odata cu intrarea lui in tunelul de uscare. Temperatura maxima a aerului care poate fi folosita este determinata de natura produsului respectiv de temperatura pe care o poate suporta acesta in perioada finala de uscare.

Mentinerea temperaturii constante in tunel se face in mod automat prin reglarea cantitatii de combustibil consumata de arzator.

Uscatoarele tunel, care utilizeaza gazele de ardere, in amestec cu aerul proaspat si de recirculatie, au un consum mai redus de combustibil, comparativ cu tunelurile incalzite in mod indirect.

In uscatoarele tunel, factorii principala care conditioneaza uscarea rationala a fructelor si legumelor (temperatura, umiditatea si viteza aerului) pot fi reglati in limite relativ largi, pentru ca in cursul procesului sa se pastreze maximum de calitate si valoare nutritiva a acestora. Acest tip de uscare are urmatoarele caracteristici tehnice:

Lungimea tunelului superior si interior ..........    13,60 m

Latimea tunelului superior si inferior ........... 1,875 m

Inaltimea tunelului inferior ............... 2,10 m

Inaltimea tunelului superior ............... 1,50 m

Puterea instalata .................. 22 kW/h

Debitul ventilatorului pentru micsorarea aerului ......    72000 m³/h

Debitul caloric ................... 30-40 mii kcal/h

Presiunea totala a aerului ............... 36 mm c.s.

Temperatura aerului de uscare la intrarea in tunelul inferior ..    80-90⁰ C

Temperatura aerului la iesirea din tunelul inferior ......    35-45⁰ C

Umiditatea relativa a aerului la intrarea in tunelul inferior ..    20-25⁰ C

Umiditatea relativa a aerului la iesirea din tunelul inferior .. 65-75 %

Suprafata totala pentru deshidratare

12 x 27 x 1,60 480-520 m²

Date tehnice privind functionarea tunelului:

intrare iesire intrare iesire

Temperatura aerului in tunel .... 65⁰ C 33⁰ C 72⁰ C 45⁰ C

Viteza medie a aerului in tunelul cu

12 carucioare a 27 gratare pline ....    6,50 m/min 6,50 m/min

Viteza medie a aerului in tunelul gol

(minima) ........... 4,5 m/min 4,5 m/min

Umiditatea aerului in tunelul cu 12

carucioare a 27 gratare pline ..... 35% 65 % 35 % 65 %

Presiunea statica ......... 22-24 mm/H₂O 22-24 mm H₂O

Debitul ventilatorului ....... 72000 m³/h 72000 m³/h

Consum orar de motorina .... 28-35 kg/h 28-35 kg/h

Randamentul energiei termice ..    76 % 76 %

Randamentul real al instalatiei

pentru ceapa deshidratata ..... 550-600 kg/24 h 550-600 kg/24 h

Temperatura aerului variaza in sectiunea longitudinala a tunelului si prezinta o scadere lenta de la zona de intrare spre cea de iesire a aerului. In sectiune transversala, pe verticala, se inregistreaza valori maxime ale temperaturii aerului in partea superioara a tunelului, unde produsul de pe gratarele de sus are o umiditate mai mica. Pe prima portiune de la intrarea aerului in uscator (primele trei carucioare) temperatura unui anumit punct este foarte instabila, inregistrand fluctuatii de 3, 4⁰ C intr-un interval de 5-6 secunde. Aceste fluctuatii se datoreaza aprinderii si stingerii intermitente a arzatorului, comandat de termostat. In restul tunelului, asemenea fluctuatii de temperatura, in functie de intreruperea flacarii arzatorului, nu mai exista.

Viteza medie a agentului de uscare la iesirea din tunelul inferior este de 6,5 m/s. Valorile maxime ale vitezelor maxime au fost inregistrate in partea superioara a tunelului, unde prin spatiul ramas intre ultimul gratar si planseul tunelului curentul de aer se gaseste o sectiune de minima rezistenta.

Scurgerea aerului cald prin tunel se face in regim turbulent. Acest lucru face ca viteza de evaporare a apei din material sa se mareasca, apa de pe suprafetele produsului fiind sub forma de vapori de catre curentii oblici sau verticali. In zona de centru a tunelului se constata o diminuare a vitezei de uscare a materialului. Observandu-se un carucior cu material scos din tunel cu cateva ore inainte de terminarea uscarii, se poate constata ca bucatile de produs asezate pe gratarele din mijloc sunt mai putin uscate decat cele de pe gratarele extreme. Fenomenul se datoreaza diferentei de temperatura si de umiditate relativa a aerului care se inregistreaza.

Pentru stabilirea debitului ventilatorului s-au facut determinari ale vitezei curentului de aer in zona de recirculatie si in cea de evaporare a aerului umed, pentru diferite reglaje ale clapetelor de aspiratie a aerului proaspat (deshidratarea maxima, medie si zero). Viteza agentului de uscare in zona de recirculatie pentru cele trei reglaje ale deshidratarii clapelor de aspiratie variaza astfel: pentru deshidratare maxima de la 6,10-10,40 m/s, pentru deshidratarea medie de la 8,15-13,60 m/s si pentru cazul inchiderii complete a clapelor de la 9-14 m/s.

Din punct de vedere al calitatii productiei rezultate, analizele facute pentru regimuri diferite de functionare a arzatorului (debit maxim, minim si mediu) au dovedit ca gazele de ardere nu exercita nici o influenta asupra materialului uscat.

3. Instalatia de deshidratare convectiva

Date tehnice

Ø      Capacitatea masinii de baza l 100

Ø      Capacitatea containerului atasat l 200

Ø      Tensiunea de alimentare    220 / 380 V 50 Hz

Ø      Element de incalzire kW 4,5

Ø      Ventilator kW 0,95

Ø      Inaltime transport m 3

Ø      Presiunea de transport bar 0,055

Ø      Generator aer uscat kW 0,74

Ø      Puterea totala fara generatorul de aer cald kW 5,5

Ø      Puterea totala cu generatorul de aer cald kW 6,2

Ø      Cantitate aer uscat m3/h 90

Ø      Cantitate aer regenerat m3/h 20

Ø      Presiunea de conectare a aerului comprimat pentru alte dispozitive de transport bar 4 6

Ø      Cantitatea max. de filtrare a aerului m3/h 180

Avantaje:

- Utilajul este actionat direct din unitatea de control a masinii.

- Timpii pentru inchidere si deschidere, operarea temperaturilor si reducerea temperaturilor pot fi programate pe monitorul masiii Allrounder.

- Datele setate sunt stocate impreuna pe discheta.

Mecanismul procedeului de uscare in aceasta instalatie

Pentru indepartarea apei din-legume si fructe, in timpul procesului de uscare, intervin doua fenomene fundamentale:

- transferul de caldura, care asigura energia necesara transformarii apei in vapori;

- transferul de masa prin transferul apei sau vaporilor de apa prin celule si apoi afara din produs.

Pentru a putea fi uscate produsele trebuie sa fie in primul rand incalzite. Caldura este adusa la produs fie cu ajutorul aerului cald (convectie), fie prin incalzirea suprafetei pe care se gasesc produsele, de la care acestea preiau caldura (conductie). in cazul incalzirii produselor direct de la razele solare, transmiterea caldurii se face prin radiatie. Vaporii de apa iesiti din produs sint preluati de aer, care devine mediu de transfer de masa.

Pentru a intelege transferul de apa din produs, trebuie definite si explicate cateva proprietati de baza ale amestecului de aer -f- vapori de apa:

- Umiditatea absoluta a unui amestec aer -f- vapori, reprezinta cantitatea de vapori de apa exprimata in grame, care poate fi continuta de un m⁸ de aer la o anumita temperatura si presiune.

-'Umiditatea relativa a aerului este definita printr-un raport, exprimat in procente, intre cantitatea de vapori de apa aflati intr-un volum de aer la un moment dat si cantitatea de vapori de apa aflati in acelasi volum de aer, cand este saturat, la aceeasi temperatura si presiune. Umiditatea relativa a aerului arata capacitatea aerului respectiv de a prelua cantitati noi de vapori de apa in cursul deshidratarii, pina la atingerea gradului sau de Saturatie. Viteza de deshidratare si uscare depinde deci de umiditatea relativa a aerului din instalatie; cu cit aceasta va fi mai scazuta, cu atat uscarea va avea loc intr-un timp mai redus. Daca temperatura aerului din instalatia de uscare creste, umiditatea relativa a aerului scade, deci el va putea prelua cantitati noi de vapori de apa. Dimpotriva, daca temperatura aerului va scadea, el va deveni saturat in vapori de apa, iar daca va scadea si mai mult, vaporii de apa din aerul respectiv se vor condensa. Acesta este punctul de, roua sau temperatura de roua.

De aceea, in timpul procesului de uscare, aerul din instalatie trebuie sa fie in continua circulatie si sa fie incalzit, pentru a-i creste capacitatea de a prelua cantitati noi de vapori de apa.

In instalatiile de uscare, evaporarea apei are loc atat pe baza diferentei de temperatura dintre cea a produsului supus uscarii si cea a aerului incalzit, cit mai ales prin diferenta dintre presiunea vaporilor din interiorul tesuturilor si .cea a vaporilor cuprinsi de aerul din instalatie. Evaporarea este influentata si de tensiunea (forta) superficiala a vaporilor de apa din produs. Evaporarea se desfasoara pana cand se realizeaza un echilibru intre presiunea vaporilor din cele doua medii, cu alte cuvinte pana cand aerul cald din instalatie a fost saturat cu vapori de apa. Cantitatea de vapori de care poate fi absorbita de aer este in stransa dependenta de temperatura aerului din instalatie, deoarece cu cit aerul este mai cald, cu atat el poate absorbi o cantitate mai mare de vapori.

Cand s-a stabilit echilibrul intre umiditatea produsului si saturatia aerului cu vapori de apa in instalatie, iar produsul nu este inca gata uscat, procesul de uscare va putea continua numai prin crearea unui nou dezechilibru intre umiditatea celor doua medii. Acest dezechilibru se poate realiza prin una din urmatoarele masuri tehnologice:

- fie prin ridicarea temperaturii aerului din instalatie - daca aceasta operatie este posibila din punct de vedere tehnologic;

- fie ventiland aerul din instalatie, facindu-1 sa piarda o anume cantitate de vapori de apa cu care este incarcat.

Asupra caracteristicilor structuro-texturale si fizico-chimice pierderea apei din tesuturile legumelor si fructelor are o influenta profunda.

Tesuturile vegetale in stare vie au proprietatea de turgescenta; fiecare celula este mentinuta destinsa, datorita continutului ei in lichid si are o structura destul de ferma.

Peretii celulelor sint sub. tensiune, iar continutul lor sub compresie. Peretii celulelor au rezistenta si elasticitate, dar daca solicitarea elastica creste peste o oarecare valoare, moderata, structura cedeaza partial j ireversibil. Aceste deformatii plastice au loc indiferent de metoda folosita pentru uscarea celulelor vegetale sau animale in afara de liofilizare * , unde dimensiunile originale sint mentinute.

Daca celulele sint omorate prin oparire, peretii celulari devin mai usor permeabil, turgescenta poate disparea ,iar deformarea permanenta prin uscare poate deveni chiar mai mare. Aceste procese se desfasoara ; in trei faze:

- Faza de incalzire a materiei prime supusa uscarii, in cursul acestei faze, practic nu are loc fenomenul de evaporare a apei din produs, ci se urmareste depasirea starii de echilibru .dintre umiditatea relativa a aerului din instalatia de uscare si umiditatea produsului de uscat, incalzind aerul din instalatie se creeaza capacitatea acestuia de a absorbi o cantitate mai mare de vapori, iar prin incalzirea produsului scade tensiunea superficiala a vaporilor de la suprafata lui.

In aceasta faza, pe masura evaporarii apei de pe suprafetele umede ale produselor, diametrul porilor superficiali si a capilarelor pline cu apa se micsoreaza, elementele structurale solide se strang sub influenta tensiunii superficiale si efectul se adanceste in straturile de tesuturi, spre centrul bucatilor de produse supuse uscarii; volumul contractiei este egal cu cel al apei evaporate si viteza uscarii pe unitatea de suprafata ramane constanta.

- Faza de uscare, in care evaporarea apei se produce ca urmare a dezechilibrului creat intre umiditatile celor doua medii si a scaderii tensiunii superficiale a vaporilor de la suprafata produsului. Evaporarea se va realiza intr-un timp cu atat mai scurt, cu cit circuitul aerului pentru eliminarea vaporilor de apa pe care i-a preluat de la produs, se va realiza intr-un ritm, mai rapid si intr-un circuit inchis fara pierderi de caldura.

In aceasta faza, elementele structurale ale produsului incep sa se deformeze prin incretire asa incat tind sa ocupe mai putin spatiu iar o parte din apa este indepartata la suprafata, dar la aceasta se opune cresterea rezistentei la deformare, iar nivelul de apa sant, de asemenea, indepartati de la suprafata legumelor si fructelor prin difuzie moleculara in aer prin capilarele deschise.

In continuare, straturile groase de apa care tineau separat lanturile moleculare lungi si flexibile ale produselor, incep sa cedeze moleculele mai slab retinute intr-un strat difuzional in directia tesuturilor cu concentratie scazuta in apa, desigur spre suprafata. Procesul continua prin subtierea straturilor groase pana ce apa ramane, in medie, in strat gros de o molecula, adsorbit de suprafetele interne, neuniform, dar de preferinta indreptate spre grupurile de celule cu polaritate mai mare din structura substratului. Elementele structurale continua sa fie tinute mai strans impreuna si se contracta, desi mai putin decat volumul de apa pierdut.

- Faza finala, se considera din momentul cand produsul incepe sa cedeze din apa legata, in aceasta faza, procesul de evaporare a apei din produse incetineste simtitor curba de uscare, inregistrand descresteri. Difuzia umiditati din masa produsului se face tot mai dificil; ea depinde de gradul de solubilitate a substantelor in apa celulara, de structura produsului, de capilaritatea lui, de marimea bucatilor de produs supuse uscarii.

In aceasta faza finala, moleculele de apa, adsorbite pe suprafetele interne ale constituientilor solizi, sint indepartate printr-un proces de difuzie activa de-a lungul lamelelor sau fibrelor solide, in directia suprafetelor cu potential mai scazut de vapori.

In acest proces, o molecula de apa, care prin schimb capata un impuls mai mare decat mediu, in vibrarea ei termica continua, poate sari din locul ei de absorbtie intr-un loc vacant, apropiat si, in medie, vor fi mai multe locuri vacante in directia presiunii scazute de vapori. Procesul va continua insa din ce in ce mai lent, pana cand este atins echilibrul cu umiditatea aerului inconjurator.

4. Deshidratarea in uscatoare tip camera

Aceste uscatoare sunt formate dintr-o incinta a carui volum poate fi cuprins intre cel al unui dulap obisnuit pana la volumul unei camere de locuit, insa pentru uscare acestor produse se folosesc uscatoare de mica dimensiune. In camera materialul este asezat pe stive, stelaje, carucioare sau alte sisteme de sustinere care depind de tipul de material. Pentru materiale granulare, pulberi sau paste materialul este asezat in tavi dispuse pe stelajele interioare ale uscatorului sau pe carucioare prevazute cu rafturi. Acest tip de uscator poate fi utilizat si pentru uscarea pieilor in unitatile de prelucrare cu

capacitatea de productie mica. In figura urmatoare. este prezentat un uscator cu camera pentru materiale granulare, produse semifabricate semisolide asezate in tavi plasate pe politele unui carucior. Regimul de functionare este discontinuu, iar agentul de uscare circula fortat scaldand sau strabatand materialul. Aceste

uscatoare pot functiona dupa varianta normala, dupa varianta cu incalzire intermediara, dupa varianta cu recircularea partiala a agentului de uscare sau dupa variante combinate.

De exemplu, uscatorul prezentat, functioneaza dupa varianta cu incalzirea intermediara a aerului combinata cu varianta cu recircularea partiala a agentului de uscare. Principalul dezavantaj al acestor uscatoare este functionarea discontinua si productivitatea mica, motiv pentru care ele sunt utilizate in special in industriile de mic tonaj cum ar fi: industria farmaceutica, industria colorantilor si a pigmentilor, industria cosmetica, etc.