Operatii unitare si utilaje

Transportul fluidelor

Proprietatile fizice ale fluidelor

Densitatea - ρ - se defineste ca fiind masa unitatii de volum a fluidului

Volumul specific - v - este raportul invers al densitatii fluidului

v =

Greutatea specifica -- este greutatea unitatii de volum a fluidului

Vascozitatea - este proprietatea fizica care caracterizeaza starea de curgere a fluidelor. Ea se datoreste frecarii interne dintre moleculele fluidului in curgere, manifestandu-se prin rezistenta pe care fluidele o opun deformarii.

Regimuri de curgere a fluidelor

Curgerea unui fluid printr-o conducta, este caracterizata de deplasarile straturilor sau particulelor care constituie fluidul respectiv. In functie de natura, directia si intensitatea acestor deplasari, curgerea poate fi:

laminara ( in straturi )

turbulenta ( in vartejuri )

de tranzitie

S-a constatat ca factorii care stabilesc natura curgerii fluidului ( in regim laminar sau turbulent ) , sunt:

diametrul conductei: d

viteza de curgere a fluidului: v

vascozitatea cinematica a fluidului: ν

Expresia R_e = (vּd)/ ν, cunoscuta ca numarul lui Reynolds, combina acesti factori si este considerat criteriu pentru stabilirea regimului de curgere:

daca R_e<2300, curgerea este laminara

daca R_e>3000, curgerea este turbulenta.

Cand valoarea numarului R_e este cuprinsa intre 2300 si 3000, curgerea poate fi laminara, dar poate sa capete caracter de curgere turbulenta daca se transmit din exterior trepidatii sau vibratii, fluidului care circula prin conducta.

Pompe pentru transportul fluidelor

Pompa cu roti dintate

Pompa cu roti dintate este o pompa de tip rotativ, folosita la transportul lichidelor. Acest tip de pompa deplaseaza lichidul prin rotirea unei piese, numita rotor, ce se roteste intr-o carcasa de forma corespunzatoare.

Pompa cu roti dintate este alcatuita din doua roti dintate, care au miscare de rotatie in sens opus si indeplinesc rolul a doua pistoane. Una din roti este actionata de un electromotor si actioneaza la randul ei cea de-a doua roata. Lichidul este aspirat in pompa prin conducta de aspiratiesi apoi este transportat prin spatiul dintre dintii rotilor si carcasa, fiind evacuat prin conducta de refulare.

Pompa centrifuga

In industria alimentara, pompele centrifuge sunt folosite pentru transportul lichidelor curate sau cu impuritati. Lichidul este transportat cu aceste pompe sub efectul fortei centrifuge, ce ia nastere datorita rotirii in interiorul corpului pompei a unui rotor cu palete.

Rotorul pompei imprima lichidului o energie cinetica, astfel ca la iesirea din pompa presiunea de refulare poate asigura transportul lichidului pe distante si la inaltimi mari.

Pompa centrifuga este alcatuita dintr-o carcasa in care se roteste un rotor cu palete curbate. Lichidul este aspirat in pompa in zona centrala a rotorului, si sub actiunea fortei centrifuge este impins cu viteza mare spre periferia rotorului.

Injectorul

In afara de pompe care sunt actionate de un motor, in industria alimentara se folosesc la transportul lichidelor, aparate ce functioneaza sub influenta energiei cinetice a unui fluid de antrenare, numit fluid motor.

Injectorul este alcatuit din doua ajutaje succesive si o camera de amestec terminata cu un difuzor lung. Prin primul ajutaj se alimenteaza abur cu presiune mare, care intra cu viteza mare in al doilea ajutaj. In camera de amestec in vecinatatea gurii de alementare a ajutajului 2 se creaza o depresine determinand antrenarea lichidului care se transporta.

Cand amestecul de lichid si fluid motor trece din al doilea ajutaj in difuzorul lung, energia cinetica a acestuia creste, urmand ca apoi in difuzor sa se transforme treptat in energie de presiune.

Aceste dispozitive sunt sigure in functionare, pot transporta fluide cu impuritati in suspensie, dar au randament scazut.

Suflanta cu pistoane rotative

Suflanta cu pistoane rotative este o pompa pentru gaze. Ea este utilizata pentru comprimarea aerului necesar transportului pneumatic al produselor granulare sau sub forma de pulberi.

Pompa este alcatuita din carcasa 1 in care doua pistoane 2 si 3 se rotesc in sens invers. Pistoanele realizeaza in miscarea lor marirea spatiului a si deci presiunea scade in aceasta zona si se aspira aer in pompa. In acelasi timp spatiul r, in care a fost antrenat aerul se micsoreaza, creste presiunea in aceasta zona si, ca urmare, aerul este refulat in conducta de transport 4

2.Transportul materialelor solide

Pentru desfasurarea procesului de productie, intr-o intreprindere de industrie alimentara, sunt necesare materiale solide, de o diversitate mare. Acestea trebuie aduse la locul de folosire prin deplasari la acelasi nivel sau la nivele diferite, pe distante mici sau mari.

In functie de modul cum se realizeaza operatia de transport, mijloacele de transport se impart in doua categorii:

cu actiune continua

cu actiune intermitenta (discontinua)

Dupa natura fortelor care realizeaza transportul, mijloacele se impart in:

gravitationale

mecanice

pneumatice

hidraulice

Mijloace de transport cu actiune continua:

Aceste mijloace de transport realizeaza concomitent operatia de alimentare si evacuare, cu decalaj mic dat de durata de deplasare a produsului intre punctele de alimentare si evacuare.

a.)    Transportoare mecanice

Transportoarele din aceasta categorie sunt actionate cu ajutorul electromotoarelor. Ele transporta materiale granulare, sub forma de pulbere sau bucati mari.

Cele mai utilizate transportoare mecanice sunt : banda transportoare, transportorul elicoidal, elevatorul.

Banda transportoare

Banda transportoare realizeaza transportul produselor pe orizontala sau pe un plan usor inclinat, pe principiul aderentei acestora la o curea. Transportorul este alcatuit dintr-o banda flexibila (1), infasurata peste doi cilindrii orizontali (2) si (3). Acestia sunt sprijiniti pe un schelet metalic. Banda se sprijina pe rolele cilindrice de sustinere (4), si este antrenata de cilindrul (2), numit de actionare, care primeste miscarea de la un electromotor. Cilindrul (3) serveste la intinderea benzii.La unul din capete banda se incarca cu produs (5), iar descarcarea se face la capatul opus.

Materialul din care se confectioneaza banda difera, in functie de domeniul de utilizare, astfel:

impletitura textila in cazul benzii pentru modelarea aluatului de paine;

impletitura de sarma pentru benzile cuptoarelor de paine;

tabla subtire din otel inox pentru benzile3 utilizate la transarea carnii;

cauciuc pentru transportul fructelor, legumelor, cerealelor si preparatelor din carne.

Transportorul elicoidal

Transportorul elicoidal sau cu melc este alcatuit dintr-un jgheab (1), in forma de U, in interiorul caruia se roteste o suprafata elicoidala (2), fixata pe un arbore (3). Aceasta suprafata poate avea diferite forme: elice plana, elice banda, elice cu margini dintate sau palete dispuse in elice. Arborele se sprijina in lagarele (4) si este actionat de un electromotor. Materialul este adus prin cadere in gura de alimetare (5), fiind deplasat prin impingere catre gura de evacuare (6). Jgheabul poate fi montat orizontal sau inclinat la maximum 20⁰.

Domeniile de utilizare ale transportorului elicoidal sunt:

la transportul produselor solide granulare, pulverulente sau bucati mici;

pentru produsele pastoase; pasta de carne, aluaturi de paine, creme sau lichide foarte vascoase;

melcul poate fi montat si vertical, asigurand astfel impingerea produsului de jos in sus (ex. la deplasarea taiteilor de sfecla de zahar).

Elevatorul

Din punct de vedere constructiv se aseamana cu banda transportoare, avand insa pozitie verticala, iar pe banda flexibila (1), din loc in loc sunt fixate cupele (2), in care se incarca produsul. Bnda este infasurata peste doi cilindrii (3) si (4): cel superior de actionare, iar cel inferior de intindere. Elementele in miscare sunt inchise in carcasa (5) prevazuta cu gura de alimentare la partea inferioara si gura de descarcare la partea superioara.

Domeniile de utilizare ale elevatorului sunt:

in fabricile de bere sau in mori, pentru transportul cerealelor la nivele superioare ale sectiilor.

b.) Transportoare pneumatice

Transportul pneumatic se bazeaza pe proprietatea unor produse (granule, pulberi) de a capata in amestec cu un gaz, de obicei aer, proprietati apropiate de cele ale fluidelor. Avantajele instalatiei de transport pneumatic sunt:

instalatia este simpla;

poate transporta materialul fara pierderi in conditii igienice;

nu raspandeste praf in atmosfera;

are capacitate mare de transport, deservire usoara si este automatizata.

Dezavantajul instalatiei consta in consumul mare de energie necesara functionarii pompei de aer.

In functie de locul in care este plasata pompa de aer in instalatie, transportul pneumatic se poate realiza prin aspiratie si prin refulare.

Instalatia de transport pneumatic prin aspiratie

Instalatia de transport pneumatic prin aspiratie este alcatuita din: pompa de gaz (6), care aspira aer prin sorbul (2) si conductele de legatura (3). Aerul incarcat cu particulele soplide (1) este aspirat cu energie mare intr-un grup de mai multe cicloane (4) si (5), cu scopul de a reduce din viteza aerului si de a separa particulele de produs din aer.

Produsul granular cade la baza cicloanelor de unde este evacuat in alt mijloc de transport sau poate fi ambalat in saci.

Ciclonul

Indiferent de sistemul ales (prin aspiratie sau prin refulare) transportul pneumatic nu pune probleme la incarcare, ci la descarcarea produsului, adica la separarea acestuia din aerul care l-a antrenat. In majoritatea cazurilor, in acest scop sunt utilizate cicloanele.

Ciclonul este un separator centrifugal fara a avea elemente in miscare de rotatie. El se compune dintr-o incapere (1) de forma cilindrica terminata cu un trunchi de con (2). La partea superioara este prevazut racordul (5)m pentru alimentarea amestecului gaz-solid. In partea centrala se gaseste tubul (3), at astfel incat ajunge cu un capat aproape de baza partii cilindrice, iare celalalt capat este scos in atmosfera. La partea inferioara trunchiul de con se leaga la o ecluza (4). Separarea amestecului se bazeaza pe actiunea fortei centrifuge asupra particulelor solide, care sunt aduse tangential in corpul cilindric al ciclonului. Prin constructia speciala a gurii de alimentare acestea sunt dirijate spre partea de jos a ciclonului.

Particulelel solide fiind grele cad si aluneca pe peretele conic spre ecluza, iar aerul se ridica prin tubul (3) in atmosfera.

3. Maruntirea

Operatia in care un produs de dimensiuni mari este transformat in bucati sau particule de dimensiuni mai mici se numeste maruntire.

Prin maruntire se intelege operatia de reducere a dimensiunilor geometrice a particulelor prin distrugerea integritatii lor fizice, ca urmare a actiunii unor forte mecanice.

Metode de maruntire

Operatia de maruntire este rezultatul aplicarii unei forte exterioare asupra produsului. Dupa felul fortelor aplicate asupra produselor maruntirea se realizeaza prin:

a.       strivire (comprimare)

b. lovire

c.       frecare

d. taiere.

a. b. c. d.

Uneori se aplica forte combinate: compresiune si taiere, compresiune si frecare, lovire si frecare.

In urma maruntirii produsului de dimensiune initiala D, se obtin particule de dimensiuni finale mici, d.

Se defineste ca grad de maruntire n, raportul dintre dimensiunea initiala a produsului si dimensiunea particulelor dupa maruntire:

n =

Pentru a se obtine gradul de maruntire dorit, operatia de maruntire se poate realiza intr-o singura treapta sau in mai multe trepte (de ex. macinarea graului, cand se obtin mai multe fractini).

Utilaje de maruntire

Operatia de maruntire se realizeaza in masini care functioneaza prin: compresiune, lovire, frecare, taiere.

Moara cu ciocane

Moara cu ciocane este o masina de maruntit prin dezintegrare. Aceste masini folosesc actiunea de lovire a unor piese (ciocane), aflate in miscare, asupra materialului supus muntirii. Concomitent cu actiunea de lovire produsul este proiectat cu viteza mare pe suprafata fixa a carcasei masinii, producandu-se o noua lovire, care contribuie la maruntirea produsului.

Moara cu ciocane este utilizata pentru maruntirea grosiera sau fina a produselor cu un continut de apa de maxim 15%.

Moara este alcatuita din carcasa (1) in interiorul careia se roteste rotorul (2) pe a carui periferie se monteaza, in articulatii mobile ciocanele (3). Produsul alimentat prin conducta (4) este preluat de ciocane si sub actiunea fortei de lovire este spart in bucati de dimensiuni mici.

Pentru a elimina din moara produsul finit de marime si dimensiuni uniforme, la partea inferioara se monteaza o sita (5), care retine bucatile insuficient maruntite.

Valtul automat

Valtul automat este o masina pentru macinare folosita in industria moraritului, a uleiului, a produselor zaharoase, etc.

Valturile realizeaza maruntirea sub actiunea fortelor combinate de comprimare si frecare a materialului pe tavalugii aflati in miscare de rotatie.

Valtul automat este utilizat in morile de capacitate mare pentru macinarea cerealelor .

In carcasa (1) se monteaza doua grupe de cate doi tavalugi, unul rapid (2), celalalt lent (3). Alimentarea produsului este realizata prin sistemul de comanda format din parghia (4) si clapeta mobila (5), ce se afla de-a lungul distribuitorului (6). Produsul cade prin cosul de alimentare pe distribuitorul (6), apoi ajunge pe tavalugul de alimentare (7), dozarea facandu-se cu ajutorul unei clapete (8). Tavalugul accelerator (9) primeste produsul si-l distribuie uniform pe toata lungimea tavalugilor de macinare (2) si (3), prin intermediul unui plan de alunecare (10). Produsul macinat este colectat in melcul transportor (11) si evacuat prin deschiderea (12). Pentru curatirea tavalugilor macinatori, se utilizeaza cutitele de raclare (13) sau periile (14).

Tipuri de cutite pentru taiat

Materialele cu duritate foarte mica sau care au consistenta mare (cum ar fi legumele, carnea) nu pot fi maruntite prin compresiune, lovire sau frecare. Maruntirea lor se realizeaza sub influenta fortelor taietoare, in masinile de taiat. Elementul principal al masinilor de taiat este cutitul, confectionat din otel de calitate superioara.

In functie de forma cutitului de taiere masinile de taiat se pot clasifica astfel:

masini cu cutite disc;

masini cu cutite plane;

masini cu cutite secera sau stea;

masini cu cutite banda sau cu dinti de ferastrau.

Tipurile de cutite pentru taiat prezentate mai jos sunt:

a, b - cutite disc

c, d - cutite secera

e, f - cutite banda

g - cutit stelat

Separarea materialelor solide

Operatia de separare a particulelor de aceasi natura, dupa dimensiunile lor, se numeste calibrare In cazul pulberilor, calibrarea poarta numele de cernere. Separarea pe categorii de materiale pe baza altor criterii precum: greutatea specifica, integritate, soi, culoare, forma, se numeste sortare.

Cernerea

Cernerea este operatia de separare mecanica, pe criterii dimensionale a amestecurilor de granule si pulberi, cu ajutorul unei suprafete prevazute cu orificii de diferite forme si dimensiuni.

Ca rezultat al cernerii materialului printr-o sita se obtin doua fractiuni si anume:

partea avand particule cu dimensiuni mai mici decat ochiurile sitei constituie cernutul;

partea formata din particule mai mari decat ochiurile sitei constituie refuzul.

Cernerea poate fi executata cu gratare, ciururi sau site. Gratarele au suprafata de cernere formata din bare de otel, fixate la distante egale, pe suporturi transversale. Ciururile si sitele au suprafata de cernere cu orificii de forma dreptunghiulara, patrata sau rotunda. Ele pot fi din : tabla perforata sau din foi de tabla subtire, avand orificiile stantate; plase de sarma; tesaturi textile.

Aparatele de cernere a caror suprafete de cernere au ochiuri sau gauri cu latura sau diametrul mai mici de 1 mm sunt denumite site, iar cele cu latura sau diametrul mai mare de 1 mm, ciururi.

Separarea dupa marime si forma

Unele produse cum sunt cerealele, contin impuritati (de exemplu neghina), astfel ca in amestec se afla componente de marimi si forme diferite. Cele doua componente se pot separa folosind triorul.

Suprafata de separare este mantaua cilindrica (1), care are pe fata interioara alveolele (2). Dupa ce a fost introdus prin racordul de alimentare (3) produsul este purtat prin rotirea lenta a mantalei pe suprafata de separare. Pe baza diferentei de forma si marime, in alveole se aseaza atat boabele de grau cat si boabele de neghina. Neghina este mentinuta prin actiunea fortei centrifuge pe peretele mantalei pana la un moment dat cand cade in jgheabul (4) de unde melcul transportor (5) o evacueaza din utilaj prin racordul (6). Graul datorita lungimii sale, cade inaintea bobului de neghina prin alunecarea din alveole pe langa peretele mantalei si este trasportat prin rotirea acesteia spre racordul (7), fiind apoi evacuat. Pentru a asigura o buna separare, jgheabul (4) este prevazut la partea superioara cu pereti rabatabili (8).

Separarea pneumatica

Aceasta metoda de separare consta in mentinerea particulelor mari pe site si antrenarea particulelor usoare de un curent ascendent de aer.

Tararul

Tararul realizeaza separarea pneumatica, folosind pentru cernere sitele (1), (2), (3), a caror miscare de vibratie se realizeaza cu un sistem de actionare cu excentric (5).

In timpul operatiei de separare, prin deschiderile (6), se aduce un curent ascendent de aer, repartizat in masa de cereale inca in zona de alimentare (7). Acesta traverseaza sitele, trece prin stratul de produs antrenand particulele usoare (pleava, praf, boabe seci) si le elimina prin conducta (8). Acestea sunt indepartate din aparat prin camera (9), pentru a se depune la baza camerei particulele grele de impuritati, si de aici in atmosfera. Concomitent prin cernere se realizeaza separarea dupa dimensiune, obtinandu-se particule de granulatii diferite: cernutul care se colecteaza in spatiul (4), si refuzul in spatiul (10).

Separarea pe site se realizeaza prin cernere astfel:

sita 1 retine corpuri mari, sfori, pietre, bulgari de pamant etc.

sita 2 retine corpuri mai putin mari decat bobul de grau, ca mazare, orz, porumb etc.

sita 3 retine graul curat, eliminand ca cernut particulele mici de impuritati.

Separarea amestecurilor eterogene

In natura se gasesc mai rar substante pure si foarte adesea amestecuri. Amestecurile pot fi omogene si eterogene. Atat amestecurile omogene cat si cele eterogene contin doi sau mai multi componenti.

Amestecurile omogene au aceleasi proprietati in toate punctele lor (exemplu: apa in amestec cu otet, zahar dizolvat in apa), formand o singura faza.

Amestecurile eterogene sunt formate din cel putin doua faze (exemplu: lichid - particule solide; gaz - particule solide; lichid cu densitate mare - lichid cu densitate mica).

Faza este o parte dintr-un amestec caracterizata printr-o compozitie omogena si proprietati fizice bine determinate, diferite de proprietatile celorlalte parti ale amestecului si care poate fi separata de acestea prin metode mecanice.

Separarea prin sedimentare

Principiul separarii fazelor

Daca se lasa in repaus un amestec eterogen, ale carui faze au particule de masa si densitate diferita, sub actiunea gravitatiei, mai intai se depun particulele de masa mai mare, apoi cele cu masa mai mica.

Factorii care influenteaza sedimentarea

Operatia de sedimentare este influentata de o serie de factori, cei mai importanti fiind: concentratia suspensiei, marimea si structura fazei solide, temperatura, concentratia in electroliti.

a.          Concentratia suspensiei - in cazul suspensiilor diluate s-a constatat ca fiecare granula se depune independent de celelalte, pe cand in cazul suspensiilor concentrate, sedimentarea nu se mai face independent, ci particulele mari antreneaza in cadere si particulele mici.

b.          Marimea si structura fazei solide - sedimentarea unei suspensii formata din granule de dimensiuni neuniforme se face in mod diferit. La inceput se depun particulele mai mari, iar apoi cele mai mici.

c.           Concentratia in electroliti - particulele de dimensiuni mici sedimenteaza greu, de aceea suspensiile care contin astfel de particule sunt deoasebit de stabile. Acest fenomen se explica prin incarcarea particulelor coloidale cu sarcini electrice in urma absorbirii unor ioni din mediul de dispersie. Particulele incarcate cu sarcini electrice de acelasi semn se resping, mentinandu-se in suspensie. Prin neutralizarea sarcinilor electrice cu ajutorul electrolitilor sau a coloizilor cu semn contrar, particulele se coaguleaza si sedimenteaza mai usor.

d.          Temperatura suspensiei - cresterea temperaturii determina scaderea densitatii si vascozitatii lichidului, respectiv cresterea vitezei de sedimentare.

Utilaje de sedimentare:

Camera de desprafuire cu sicane - este folosita la separarea amestecurilor eterogene gazoase care contin particule solide in suspensie. Este formata dintr-o incapere (1) montata in pozitie verticala, in interiorul careia se fixeaza pereti - sicane (2). Acestia prin schimbarea directiei de circulatie a aerului, favorizeaza sedimentarea particulelor solide. Sicanele pot fi montate in pozitie verticala sau inclinata (3), fata de sensul de circulatie a aerului. Amestecul de separat este alimentat lateral, si dupa ce aerul ocoleste peretele iar particulele solide sedimenteaza, aerul curat este evacuat prin partea superioara a camerei.

Decantorul orizontal - este folosit la separarea particulelor solide aflate in suspensie intr-un lichid. Este construit sub forma unui bazin (1) cu baza inclinata pentru a asigura alunecarea namolului spre groapa de namol si gura de evacuare. Alimentarea amestecului se face prin (4), intr-un spatiu (2) prevazut cu preaplin care realizeaza distribuirea uniforma in camera de sedimentare. Lichidul limpede, obtinut deasupra namolului se scurge peste deversor in spatiul (3) unde, dupa o ultima decantare, este evacuat prin conducta (5). Pentru curatirea bazinului de namolul depus se utilizeaza un razuitor (7) ce este deplasat cu ajutorul unui carucior (6).

Vasul florentin simplu - este folosit la separarea unui amestec format din doua lichide de densitati diferite. Este compus dintr-un recipient de forma cilindrica (1), avand partea inferioara conica. Amestecul se alimenteaza in aparat prin conducta (2), aproape de nivelul de separare a celor doua faze. Faza cu densitate mai mica se ridica deasupra fazei cu densitate mare.

Lichidul mai usor se elimina prin conducta superioara (4), iar lichidul de densitate mai mare se elimina pe la partea inferioara, prin sifonare. Conductele (6) sunt pentru eliminarea aerului.

Separarea prin filtrare

Principiul separarii fazelor

Fazele unui amestec eterogen pot fi separate prin retinerea uneia din ele pe anumite suprafete denumite medii de filtrare. Mediile de filtrare pot avea o structura poroasa sau capilara. Dimensiunile porilor sau capilarelor trebuie sa fie mai mici decat cea mai mica particula a fazei ce urmeaza sa se depuna pe suprafata de filtrare si care se numeste precipitat. Faza cu particule mai mici decat dimensiunile porilor sau capilarelor strabate suprafata de filtrare si se colecteaza ca lichid limpede denumit filtrat.

Factori ce influenteaza filtrarea

Operatia de filtrare este caracterizata de viteza de filtrare - v _f - care reprezinta cantitatea de filtrat (V), obtinuta pe unitatea de suprafata filtranta (A), in unitatea de timp(t_f ).

v_f = ;

Viteza de filtrare este influentata de urmatorii factori:

a.          Diferenta de presiune dintre spatiul de deasupra suprafetei filtrante si spatiul in care curge filtratul. Cu cat diferenta este mai mare , filtrarea se realizeaza mai repede.

b.          Calitatea materialului filtrant, care trebuie sa opuna o rezistenta hidraulica cat mai mica la trecerea filtratului, dar sa fie rezistent.

c.          Granulatia particulelor continute in amestecul supus filtrarii . Cu cat este mai mare, viteza de filtrare este mai mare.

d.          Grosimea stratului de precipitat depus pe suprafata de filtrare. Cu cat este mai mare, viteza de filtrare scade, deoarece opune o rezistenta mai mare la curgerea filtratului.

e.          Temperatura amestecului influenteaza in mare masura viteza de filtrare. Prin incalzire viscozitatea fluidului scade , conducand la cresterea fluiditatii si deci a vitezei de curgere a filtratului.

Utilaje folosite la filtrare:

Filtrul deschis cu agitator - este folosit la separarea particulelor solide aflate in suspensie intr-un lichid. Este construit dintr-un recipient cilindric (1) cu diametru mare, la baza caruia se afla o sita (4) sau o tabla perforata ce constituie suportul de asezare a precipitatului. Amestecul este alimentat prin conducta (2). Descarcarea precipitatului se realizeaza manual, prin gura de evacuare (5), iar filtratul curge liber prin orificiul (3) aflat la baza aparatului. Deasupra sitei se monteaza un agitator (6) care sa asigure afanarea precipitatului, precum si evacuarea acestuia la terminarea operatiei.

Filtrul cu saci - retine particulele solide din gaze, pe suprafata de filtrare care poate fi din tesatura textila foarte fibroasa, sub forma unor saci. Este format dintr-un cilindru din tabla (1) avand fundul conic (2), in interiorul caruia se afla mai multi saci (6) din panza, cu diametru mic si lungime mare. Sacii pot fi montati cu fundul in sus (a), sau in jos (b) cu ajutorul unui sistem de prindere (7) cuplat la mecanismul de scuturare (8). Amestecul este aspirat prin racordul (3) in aparat, separarea particulelor solide din aer avand loc prin retinerea acestora de tesatura sacilor, in timp ce aerul este aspirat de un ventilator prin racordul (5). Particulele solide cad in ecluza (4) prin scuturarea sacilor de catre mecanismul de scuturare (8).

Filtrul cu rame si placi - face parte din categoria filtrelor presa. Filtrele presa sunt formate din suprafete de filtrare asezate pe suporturi, stranse sub forma unor pachete de dimensiuni relativ reduse. Ele se utilizeaza in industria alimentara atat la filtrarea lichidelor vascoase cu impuritati multe in suspensie, cat si a lichidelor cu foarte putine particule in suspensie.

1-placi filtrante; 2-rame; 3-canal de alementare; 4-intrarea suspensiei in camerele filtrului; 5-panza filtranta; 6-evacuarea filtratului de pe suprafata placii; 7-canal pentru evacuarea filtratului.

Filtrul cu rame si placi prezentat in figura de mai sus este format dintr-o serie de placi dreptunghiulare filtrante (1), care alterneaza cu ramele (2), intre care se preseaza panza filtranta (5). Fiecare pereche de placi vecine, impreuna cu rama dintre ele, formeaza la strangerea presei un spatiu gol de filtrare, care lucreaza independent si poarta numele de unitate de filtrare. Placile filtrului sunt prevazute cu canale de scurgere (7) pentru evacuarea filtratului in canalul colector si deservesc in acelasi timp doua spatii goale. Placile si ramele trebuie sa fie suficient de groase pentru a suporta o presiune de cateva atmosfere. In partea superioara a placilor si ramelor se gasesc orificii coaxiale, care formeaza un singur canal comun (3) pentru introducerea suspensiei in spatiul gol dintre placi. Cand spatiul dintre rame se umple cu precipitat, iar evacuarea filtratului se face lent, se opreste alimentarea, se incepe spalarea precipitatului si decolmatarea filtrului.

Centrifugarea

Principiul separarii prin centrifugare

Pentru separarea amestecurilor eterogene formate din doua faze se utilizeaza separarea sub influenta fortei centrifuge care ia nastere fie la rotirea unui aparat numit centrifuga, fie numai la rotirea amestecului intr-un aparat de forma corespunzatoare.

Forta centrifuga F_c este determinata de relatia: F_c=mω²R , unde

m - masa particulelor care se separa, in Kg

R - raza aparatului, in m

ω - viteza unghiulara de rotatie

Forta centrifuga actioneaza asupra tuturor particulelor dar, cum masa si densitatea influenteaza direct proportional marimea fortei centrifuge, particulele de densitate mai mare se indreapta mai repede spre periferia aparatului, pe cand cele de densitate mai mica vor ocupa zona centrala.

Utilaje de centrifugare:

Utilajele folosite la separarea prin centrifugare se numesc centrifuge si se clasifica dupa urmatoarele criterii:

dupa pozitia lor: centrifuge verticale sau centrifuge orizontale

dupa principiul de separare in camp centrifugal: centrifuge decantoare sau centrifuge filtrante

Centrifuge decantoare verticale

Aceste aparate realizeaza separarea celor doua faze din amestec pe principiul decantarii in camp centrifugal. Elementul de separare este talerul care poate fi de forma tronconica (fig. a) cu sau fara orificii coaxiale, sau de forma cilindrica ( fig. b) .

Centrifuga decantoare verticala este formata din toba de separare (1) inchisa intr-o carcasa (2) avand la baza un postament prin care se fixeaza solid pe fundatie. Prin axul vertical (4) toba este pusa in miscare de rotatie si transmite miscarea amestecului ce se alimenteaza prin conducta superioara (5) la baza conului (3), de unde se distribuie apoi intre talere.

Forta centrifuga are valoare mai mare pentru particulele grele care sunt proiectate la periferie si se depun pe pereti, iar lichidul limpede urmeaza un drum ascendent spre partea superioara, de unde este evacuat in exterior printr-o conducta laterala (6).

Cand stratul de sediment se ingroasa, centrifuga se opreste, se curata si se repune in functie.

Aparatul acesta se utilizeaza pentru limpezirea lichidelor cu continut mic de substanta solida: vin, bere, lapte.

a-centrifuga decantoare verticala cu talere tronconice

b- centrifuga decantoare verticala cu talere cilindrice

1-toba de separare; 2-carcasa; 3-con de distributie; 4-ax vertical; 5-conducta de alimentare amestec eterogen; 6-conducta de evacuare filtrat; 7-capac;

6.Amestecarea

Definire

Operatia prin care se realizeaza repartizarea cat mai uniforma a unor bucati sau particule de materiale, unele printre altele, se numeste amestecare, iar materialul rezultat, amestec.

Operatia de amestecare poarta diferite denumiri in functie de caracteristicile materialelor care se amesteca:

i. amestecare, in cazul materialelor solide;

ii. agitare, in cazul lichidelor;

iii. malaxare, in cazul materialelor pastoase.

Eficienta amestecarii

Amestecarea poate fi caracterizata de doi factori: eficienta amestecarii si consumul de energie. Eficienta amestecarii arata daca amestecul este uniform, respectiv daca materialele sunt uniform distribuite, in functie de durata operatiei. Aceasta inseamna ca pentru aceleasi materiale si cantitati este mai eficient acel mod de lucru sau utilaj care realizeaza operatia intr-un timp scurt, fara pierderi sau degradari de materiale, si cu un consum minim de energie.

Cu cat operatia de amestecare realizeaza un amestec mai uniform, cu un consum redus de energie, intr-un timp cat mai scurt, cu atat este mai eficienta.

Amestecarea materialelor pastoase

In industria panificatiei si pastelor fainoase, a produselor zaharoase si de patiserie, a preparatelor de carne, se intalnesc numeroase materiale in stare pastoasa (aluaturi, carne tocata). La obtinerea acestora se folosesc malaxoare a caror constructie asigura o energie de amestecare mare.

Malaxorul cu cuva dubla

Malaxorul cu cuva dubla se foloseste in industria preparatelor din carne, pentru obtinerea compozitiei de carne (brat), precum si in industria pastelor fainoase, pentru prepararea aluatului. Utilajul este prevazut cu doua brate de amestecare (4) de constructie robusta, sub forma literei Z, ce se rotesc intr-o cuva (1) de forma prismatica, cu fund dublu (2).

Cuva este acoperita cu un capac (3) si are posibilitatea ridicarii pe o parte, pentru a determina alunecarea produsului omogenizat in momentul descarcarii ( c ).

Amestecarea este realizata de cele doua brate avand sens de miscare opus (b), a caror constructie asigura concomitent rotirea, deplasarea de-a lungul axei precum si rasturnarea materialului dintr-o parte in cealalta a cuvei.

Amestecarea in mediu lichid

Amestecarea lichidelor se poate realiza folosind un gaz a carui presiune asigura curenti de convectie in masa lichidului, sau folosind dispozitive de amestecare actionate mecanic.

Amestecarea mecanica a lichidelor

Amestecarea diferitelor produse, cum ar fi doua lichide sau a unui lichid cu un produs sub forma de pulbere se poate realiza prin crearea unor miscari a particulelor ce iau nastere dartorita curentilor produsi prin rotirea unor dispozitive amestecatoare. Dispozitivul de aestecare, care se roteste in lichid poate avea diferite forme constructive, in functie de care amestecatoarele se pot clasifica astfel:

- amestecatoare cu brate;

- amestecatoare cu elice;

- amestecatoare cu turbina.

Amestecatoare cu brate

Amestecatoarele cu brate (sau palete) au constructii variate, determinate chiar de forma bratelor. In general, aceste utilaje sunt formate dintr-un recipient, in interiorul caruia se roteste dispozitivul de amestecare format dintr-un ax, pe care se fixeaza mai multe palete drepte sau inclinate. Aparatele de amestecare au diferite forme constructive. Recipientul este in general cilindric, cu fund plan (a, b, c, e), conic (d, h), sferic (f), tronconic (i). Recipientul poate avea forma cilindrica, fiind asezat orizontal (g). Daca este necesara incalzirea in timpul operatiei de amestecare, recipientul poate fi prevazut cu manta dubla (f).

Pe axul de amestecare care executa o miscare de rotatie in jurul axului recipientului sau in jurul axei proprii, se pot monta: un asingur brat, doua brate, mai multe brate drepte sau curbate.

Amestecatoare cu elice

Elicele, prin profilul lor, creaza la rotirea intr-un lichid curenti axiali, marind astfel viteza cu care se efectueaza amestecarea.

La turatii mari, datorita fortei centrifuge, lichidul se roteste in vas si se ridica pe peretii laterali sub forma unei palnii, fenomen denumit "vartej central". Acest lucru reduce foarte mult intensitatea amestecarii (b).

Pentru a evita formarea vartejului central, in interiorul vasului se monteaza in jurul elicei sicane verticale, care imprima lichidului si o miscare ascendenta (c). Tot pentru aceste considerente elicea se poate monta excentric fata de axul recipientului (d) sau inclinat fata de acesta.

Amestecatoarele cu elice se utilizeaza la omogenizarea diferitelor amestecuri de lichide cu vascozitate mica

7.Presarea

Definire

Multe materii prime din industria alimentara contin insemnate cantitati de apa, in care se gasesc fie dizolvate, fie in suspensie substante nutritive, saruri minerale, etc. Aceste lichide pot fi separate din produsele vegetale sub forma de sucuri (de fructe sau legume) prin operatia de presare, folosindu-se in acest scop un utilaj numit presa (ex. obtinerea mustului din struguri, obtinerea sucului de fructe, etc.).

Operatia de presare este folosita si cand se urmareste obtinerea unor produse finite de o anumita forma (ex. cascavalul, pastele fainoase).

Factorii care influenteaza presarea

Factorii referitori la produs

structura produsului, care poate fi poroasa sau capilara, influenteaza prin natura celulelor, precum si prin rezistenta fibrelor ce determina deplasarea lichidului in exterior.

temperatura produsului, micsoreaza vascozitatea (curgerea lichidelor mai putin vascoase se face cu viteza mai mare).

concentratia sucului celular are influenta asupra vascozitatii (sucurile mai vascoase se elibereaza mai greu din produs.

cantitatea mare de tesuturi sau fibre (substanta uscata a produsului), determina marirea pierderilor de presiune la eliberarea lichidului, fiind necesara o forta de presare mai mare.

Numarul si marimea porilor (capilarelor), cu cat acestia sunt mai numerosi si au sectiunea de trecere mai mare, cu atat se obtine o cantitate mai mare de lichid, intr-un timp cat mai scurt.

Factori referitori la utilajul de presare

utilajul folosit in operatia de presare trebuie sa aiba un anumit debit, la o anumita viteza a produsului alimentat in presa. Daca produsul circula prea repede nu se poate recupera toata faza lichida, iar randamentul presarii scade.

efectul de presare poate fi imbunatatit daca presa se alimenteaza uniform pentru a nu permite intrarea aerului in presa, caz in care ar fi necesara o forta de presare mai mare.

Utilaje folosite la presare:

Utilajele folosite la presare se numesc prese. In functie de parametrii constructivi in industria alimentara se intalnesc urmatoarele tipuri de prese: cu parghii, cu melc (mecanice), hidraulice, pneumatice, combinate.

Presa mecanica cu melc

Suprafata de presare esre reprezentata de un melc transportor care odata cu presarea realizeaza si deplasarea produsului spre gura de evacuare, asigurand astfel functionarea continua. Partea fixa este constituita din corpul perforat (1) confectionat din sita de alama intarita cu cercuri din otel. La un capat se afla gura de alimentare (2), iar la celalalt capat conul de presare (3). Partea mobila folosita la presare este alcatuita din melcii (4) si (5) montati pe axul (6), astfel incat sa poata fi rotiti in sens invers. Axul (6) are diametru variabil, crescand spre zona de evacuare.

Presa mecanica cu melc este utilizata in industria de prelucrare a fructelor si legumelor pentru obtinerea sucurilor, la eliminarea uleiului din boabele de cacao maruntite si in vinificatie.

8. Operatii bazate pe transfer de caldura

Transmiterea caldurii in industria alimentara este deosebit de importanta deoarece aproape in toate ramurile acestei industrii este necesara incalzirea sau racirea utilajelor, a materiilor prime sau a produselor finite.

Definirea caldurii

Caldura este energia transmisa de la un corp la altul datorita existentei unei diferente de temperatura intre ele. Daca doua corpuri sunt puse in contact, corpul rece se va incalzi, marindu-si energia cinetica, iar corpului mai cald ii va scadea energia cinetica, racindu-se.

Moduri de transmitere a caldurii

Caldura se poate transmite - in functie de natura celor doua corpuri, de temperatura la care se afla si de natura spatiului care separa cele doua corpuri - prin unul sau mai multe din cele trei moduri posibile: conductie, convectie, radiatie.

Prin conductie caldura se transmite din molecula in molecula, in interiorul unui corp sau intre doua corpuri care se ating. Moleculele "mai calde", cu miscari mai intense se ciocnesc de moleculele "mai reci", cu miscari mai lente, cedandu-le o parte din energia lor cinetica, pana cand intreaga masa de material are aceeasi energie cinetica (aceeasi temperatura).

Prin radiatie caldura se transmite ca energie radianta, sub forma de unde electromagnetice, care se transforma partial in caldura, atunci cand ele intalnesc un corp. A fost definita radiatia ca fiind transferul termic intre corpuri care nu se afla in contact (ex. transferul de caldura de la soare).

Prin convectie caldura se transmite ca efect al deplasarii maselor de fluide calde, care poate avea loc in interiorul aceleiasi faze sau intre faze diferite. Transferul de caldura prin convectie poate fi:

i. direct, cand se produce prin amestecarea a doua sau mai multor fluide (ex. amestecarea unor lichide reci si calde);

ii. indirect, cand schimbul de caldura se produce intre suprafata unui solid si un fluid cu care se gaseste in contact (ex. un vas cu apa pus la incalzit).

Agenti termici de incalzire si de racire

Agentii de incalzire si agentii de racire impreuna dau continut notiunii de agent termic. Agentii de incalzire sunt purtatori de caldura, care preiau energia termica de la o sursa exterioara, o transporta si o cedeaza acolo unde este nevoie. Agentii de racire preiau caldura dintr-un mediu si cu un consum de lucru mecanic o cedeaza in exterior.

Agenti de incalzire

In industrie se folosesc ca agenti de incalzire gaze de ardere, aer cald, abur si apa calda.

Gazele se obtin din arderea combustibililor. Cantitatea de caldura cedata este redusa deoarece ele au un continut caloric mic si un coeficient mic de transmitere a caldurii.

Aerul cald se obtine prin trecerea lui prin calorifere incalzite cu abur sau gaze de ardere. Incalzirea cu aer cald se foloseste in special in operatiile in care agentul termic vine in contact direct cu materialul de incalzit (ex. uscarea pastelor fainoase).

Aburul se obtine in cazane, incalzind apa pana la fierbere. Aburul este un bun agent termic, asigurand o buna transmitere de caldura, deoarece prin condensare cedeaza o cantitate mare de caldura, temperatura lui ramanand constanta.

Apa calda se obtine prin incalzirea ei in cazane. Apa calda poate fi utilizata atat in schimbul indirect, cat si in schimbul direct de caldura. In ultimul caz, apa trebuie sa indeplineasca conditii de potabilitate.

Agenti de racire

Agentii de racire folositi in mod curent sunt: aerul, apa, gheata cu sare, solutiile unor saruri minerale, agentii frigorifici (amoniacul, freonii, etc.).

Aerul este folosit in racirea naturala, cand materialele sunt lasate in aer liber, pentru a ceda caldura pana la egalarea temperaturilor. Pentru a mari transmiterea caldurii se realizeaza o curgere fortata a aerului de-a lungul suprafetei peretelui despartitor, cu ajutorul ventilatoarelor.

Apa este mult folosita ca agent de racire deoarece prezinta avantaje economice.

Gheata cu sare este folosita pentru raciri pana la temperaturi de 0⁰C.

Solutiile sarurilor minerale (NaCl si CaCl₂) sunt racite cu gheata si sare sau in instalatii frigorifice. Ele servesc pentru racit sub 0⁰C.

Agentii frigorifici ca: amoniacul, freonul, clorura de metil si altii sunt folositi in instalatii frgorifice. Prin evaporare ei iau o cantitate mare de caldura de la mediul inconjurator.

Schimbatoare de caldura

Aparatele in care se face transferul de caldura intre un fluid cald si un fluid rece poarta denumirea de schimbatoare de caldura

Dupa modul de transfer al caldurii schimbatoarele de caldura se impart in:

schimbatoare de caldura cu transfer direct (agentul termic vine in contact direct cu produsul, se amesteca cu acesta);

schimbatoare de caldura cu transfer indirect ( realizeaza transferul de caldura intre doua fluide separate de un perete metalic);

Cele mai reprezentative schimbatoare de caldura cu transmitere indirecta a caldurii sunt: vasul cu manta dubla, schimbatorul de caldura multitubular, schimbatorul de caldura cu placi.

Vasul cu manta dubla - este construit din doua spatii: corpul (1) pentru produs si mantaua (2) pentru agentul termic. Corpul (1) este un cilindru de tabla cu fund bombat, iar mantaua (2) , este un cilindru coaxial, avand fundul asemanator celui din interior. Cilindrul (1) are un racord superior pentru introducerea produsului si unul la baza, pentru golire. Mantaua are si ea un racord pentru admisie si unul pentru evacuarea agentului termic.

Schimbatorul de caldura multitubular - este alcatuit dintr-un cilindru metalic (3), avand la extremitatile lui doua placi perforate (2), intre care se monteaza fasciculul de tevi (1). La capete are doua capace bombate (4). Prin tevi circula produsul care urmeaza a fi incalzit sau racit, iar printre tevi circula agentul termic.

Este un utilaj care are avantajul functionarii continue.

Schimbatorul de caldura cu placi este format dintr-un pachet de placi metalice ondulate (1), sustinute pe un profil circular inferior si ghidate (la montare) pe un profil identic, superior (2), stranse intre doua placi de capat, dintre care una este fixa (3), si alta mobila (4), cu ajutorul unuia sau mai multor suruburi (5). Utilajul se sprijina pe postament cu ajutorul picioarelor (6) si (7). Fiecare placa prezinta ondulatii sub forma de canale (8) sau proeminente (9), care permit unui fluid sa circule de la canalul de alimentare (10) spre cel de evacuare (11)pe un traseu foarte lung. Celalalt agent circula de la canalul de alimentare (13) prin canalul spiralat, spre canalul de evacuare (14).

Pe fiecare placa sunt 4 orificii, care, prin strangerea placilor, formeaza 4 canale, doua pentru agentul termic si doua pentru produs, asezate pe diagonala. Prin montarea garniturilor (12) intr-un anumit fel, apare posibilitatea ca pe o fata a placii sa circule un lichid, iar pe cealalta fata celalalt lichid.

Pasteurizarea

Operatia bazata pe transfer de caldura realizata la temperaturi mai mici de 100⁰C prin care se distrug formele vegetative ale microflorei se numeste pasteurizare

Pasteurizarea este o operatie de conservare cu ajutorul temperaturilor ridicate. Operatia se foloseste pentru pasteurizarea laptelui, a berii si a unor sucuri de legume si fructe.

In functie de durata procesului de pasteurizare, aceasta se clasifica in :

pasteurizare de lunga durata;

pasteurizare de durata medie;

pasteurizare instantanee;

Operatia de pasteurizare se poate realiza in instalatii de diferite forme constructive.

Pasteurizatorul cu placi este folosit pentru pasteurizarea produserlor in vrac si a fost prezentat in paragraful anterior. Ceea ce este important de retinut in cazul instalatiei de pasteurizare cu placi este aceea ca prezinta mai multe zone de schimb de caldura, diferite prin temperatura de iesire a produsului din ele si prin agentul termic. Este o instalatie folosita in special la pasteurizarea laptelui.

Sterilizarea

Operatia ce se realizeaza la temperaturi de peste 100⁰C, ce are ca scop distrugerea tuturor microorganismelor atat in forma vegetativa, cat si sub forma sporulata se numeste sterilizare.

Aceasta operatie difera de pasteurizare prin parametrii la care are loc operatia si prin eficienta distrugerii microorganismelor.

Sterilizarea este influentata de o serie de factori care pot fi grupati astfel:

a.)    Factori de care depinde rezistenta microorganismelor:

gradul de infestare a materiei prime contribuie la marirea sau micsorarea timpului si temperaturii de sterilizare;

natura produsului influenteaza rezistenta microorganismelor. Substantele proteice si grasimile maresc rezistenta la caldura a microorganismelor;

reactia mediului dupa valoarea PH-ului. Conservele se pot grupa in conserve cu pH slab acid si conserve cu reactie acida. La un pH acid, pentru distrugerea germenilor sunt necesare temperaturi mai mari de 100⁰C;

timpul si temperatura de sterilizare;

b.) Factori care influenteaza viteza de patrundere a caldurii in recipientul supus sterilizarii:

- natura si consistenta produsului;

modul de asezare al produsului in recipient;

dimensiunile recipientului;

materialul din care este confectionat recipientul;

temperatura si timpul de sterilizare;

Operatia de sterilizare se poate realiza in instalatii cu functionare discontinua (autoclava) sau in instalatii cu functionare continua.

Concentrarea prin vaporizare

Concentrarea este operatia de conservare prin reducerea umiditatii produselor, aceasta realizandu-se prin evaporarea unei cantitati din apa existenta in produse, prin evaporare.

Evaporarea este una dintre formele vaporizarii si anume aceea care are loc la suprafata. Cand se produce in toata masa, poarta numele de fierbere. In functie de cantitatea de apa indepartata din produs se poate face concentrarea sau uscarea produsului respectiv.

Prin concentrare are loc cresterea procentuala a substantei uscate si drept consecinta se obtin produse cu valoare alimentara mai ridicata si cu volum redus (de exemplu: pasta de tomate, laptele concentrat, etc.).

Baza teoretica a concentrarii

Un lichid (de exemplu apa din lichidele alimentare) poate trece sub forma de vapori, numai cand presiunea acestora devine egala cu presiunea exterioara. Deci pentru a produce evaporarea, trebuie fie sa marim presiunea vaporilor produsului (prin incalzire), fie sa micsoram presiunea exterioara (prin crearea vidului).

In instalatiile industriale, incalzirea lichidului se face pana la temperatura de fierbere, corespunzatoare presiunii la care se desfasoara operatia.

Daca concentrarea se face la presiunea atmosferica normala, temperatura de fierbere a produsului, care este o solutie, va fi mai mare de 100⁰C.

Daca concentrarea are loc sub vid, presiunea este mai mica decat presiunea atmosferica, atunci temperatura de vaporizare este mai mica de 100⁰C.

Schemele de evaporare cu simplu efect si cu efect multiplu

Utilajele folosite pentru concentrare se numesc concentratoare si se clasifica dupa numarul de efecte.

Numim efect sistemul tehnic format dintr-un spatiu de incalzire si un spatiu de separare a vaporilor Concentratoarele pot fi cu un singur efect sau cu efect multiplu.

a.) Realizarea evaporarii in concentratoare cu simplu efect:

In figura de mai sus sunt prezentate doua concentratoare cu un singur efect. In cazul a, agentul termic este aburul primar, iar functionarea concentratorului are loc sub vid (p₁< p_a). In cazul b, se utilizeaza o parte din aburul secundar, rezultat in evaporator ca agent termic.

b.) Realizarea evaporarii in concentratoare cu efect multiplu:

Daca instalatiile cu simplu efect pot functiona sub vid sau la presiunea atmosferica, pentru concentratoarele cu efect multiplu, prezenta vidului este o conditie de functionare.

Presiunile trebuie sa indeplineasca conditia: p₁ > p₂ > p_3. Produsul se deplaseaza dinspre efectul I spre efectul III, datorita acestei diferente de presiune.

Intrucat sensul de deplasare a aburului secundar corespunde sensului de circulatie a produsului (dinspre primul spre ultimul efect), se spune ca instalatia functioneaza in echicurent.

Condensarea

Trecerea unui fluid din stare de vapori saturati in stare libera lichida se numeste condensare.

Condensarea face parte din categoria operatiilor care conditioneaza desfasurarea altor operatii din schema tehnologica de conservare. In acest proces vaporii saturati cedeaza caldura lor de vaporizare unui agent de racire (apa sau aer rece).

Scopul operatiei de condensare

recuperarea in stare lichida a substantelor ce prezinta interes si care au trecut in stare de vapori in operatia anterioara (exemplu: captarea aromelor).

realizarea unei depresiuni in instalatie, conditie de functionare a concentratoarelor cu multiplu efect si temperatura de vaporizare mai scazuta. Depresiunea se produce ca urmare a trecerii de la un volum mare al vaporilor la un volum redus al lichidului condensat.

recuperarea cantitatii de caldura pe care o cedeaza vaporii pentru preincalzirea unui efect.

evitarea degajarilor de vapori in spatiul de lucru, cu efect nociv pentru lucratori si utilaje.

Utilaje de condensare

Condensarea este o transformare de faza ce are loc la temperatura constanta in utilaje denumite condensatoare.

In functie de tipul de transfer termic, condensatoarele se clasifica astfel:

condensatoare de amestec, in care are loc un schimb de caldura direct;

condensatoare de suprafata, in care are loc un schimb de caldura indirect, prin intermediul unei suprafete metalice, care separa vaporii ce condenseaza de agentul de racire.

Condensatorul barometric cu talere si sicane - este un condensator de amestec, cu ajutorul caruia se obtine vidul in instalatia de concentrare. Presiunea absoluta din acestea este egala cu presiunea din ultimul corp de evaporare. Se alege cand proportia de gaze necondensabile fata de cantitatea vaporilor secundari este mica.

El este alcatuit dintr-un corp cilindric cu fund tronconic (1) si o coloana barometrica (2). Pentru intensificarea amestecului intre apa de racire, adusa prin conducta (8) si distribuita de o sita din tabla perforata (5), impreuna cu vaporii secundari admisi prin racordul (6), sunt prevazute in interior, talere inelare (3), care alterneaza cu sicanele (4), confectionate sub forma de discuri.

Condensul se scurge prin coloana barometrica in rezervorul de acumulare (9), in care se mentine un nivel constant prin preaplinul (10).

Gazele necondensabile sunt evacuate cu ajutorul unei pompe de vid, prin conducta (7).

Refrigerarea si congelarea

Refrigerarea

In industria alimentara, frigul este utilizat in multe procese tehnologice, pentru pastrarea materiei prime, pentru producerea si conservarea produselor finite.

Operatia ce asigura pastrarea prospetimii produselor alimentare pe o durata scurta de timp, prin racire la temperaturi de 0⁰ - 6⁰C se numeste refrigerare.

La temperatura de refrigerare, dezvoltarea microorganismelor este doar incetinita, producand fenomene de alterare, motiv pentru care perioada de pastrare a produselor este scurta : 5-20 zile.

Refrigerarea produselor alimentare in stare solida se realizeaza prin urmatoarele procedee: refrigerarea in aer, refrigerarea in apa, refrigerarea in contact cu gheata.

Refrigerarea produselor alimentare lichide se realizeaza in schimbatoare de caldura de suprafata (schimbatoare cu placi , cu serpentina, etc.).

Refrigerarea in aer consta in mentinerea produselor ambalate sau in vrac, in incaperi speciale racite cu aer rece. Pentru a realiza refrigerarea cu viteza marita, se procedeaza la circulatia fortata a aerului cu ajutorul ventilatoarelor.

Refrigerarea in apa se foloseste la racirea pasarilor sau a unor produse vegetale. Refrigerarea se face fie imersand produsul in baia de apa, fie stropindu-l continuu pana la obtinerea temperaturii dorite.

Refrigerarea cu gheata se aplica produselor care necesita o racire rapida (pastrarea de scurta durata a pestelui).

Refrigerarea in schimbatoare de caldura este folosita la racirea laptelui, sucurilor de fructe, vinului, berii, etc.

Congelarea

Operatia care consta in scaderea temperaturii produselor alimentare pana la un nivel la care cea mai mare parte din apa continuta ingheata, se numeste congelare.

In aceasta stare apa nu mai poate vehicula substantele nutritive pentru nutritia microorganismelor aflate la suprafata produselor. Scopul conservarii prin congelare este de a prelungi perioada de pastrare a produselor, care pentru unele produse, poate fi de 12 luni.

Congelarea se poate realiza fie dupa o refrigerare prealabila a produselor, fie pornind direct de la produsul proaspat. Racirea se realizeaza cu o anumita viteza pana ce produsele ajung la temperaturi cuprinse intre -18⁰..- 30⁰ C .

Metodele de congelare sunt:

Congelarea in aer, se poate realiza in camere speciale numite tunele de congelare, in care aerul rece cu temperatura de -35.-40⁰C este circulat cu ajutorul unui ventilator.

Congelarea in aparate cu placi, este folosita pentru produsele ambalate in pachete mici. Congelatorul este constituit din placi prin care circula agentul frigorific. Intre placi se introduc tavile cu produsul ambalat.

Congelarea prin imersarea produselor in lichide reci

9. Difuzia

Amestecurile compuse din cel putin doua faze cu concentratii diferite, cand se afla in contact, au tendinta uniformizarii concentratiilor, prin deplasarea reciproca a moleculelor intre cele doua faze. Transferul acesta de molecule de la o faza la alta si invers, se numeste difuzie.

Difuzia inceteaza in momentul cand concentratiile au ajuns constante.

In functie de deplasarea reciproca a moleculelor, difuzia poate fi moleculara si convectiva.

Difuzia moleculara

Se manifesta cand mediul este imobil si cand omogenizarea concentratiilor se face numai datorita agitatiei moleculare. Temperatura actioneaza ca factor favorizant, intrucat energia interna a moleculelor creste si agitatia moleculara se amplifica.

Difuzia convectiva (de turbulenta)

Se numeste astfel, datorita faptului ca se realizeaza intr-un mediu in care se creeaza curenti de convectie. Acestia pot lua nastere prin convectie naturala sau fortata.

S_i

M_i

_ _ _ _ _ M_f

S_f

Difuzia prin membrane semipermeabile

Este fenomenul cunoscut si sub denumirea de osmoza.

Pentru exemplificare se considera doua lichide A si B separate printr-un perete semipermeabil (1), ca si in figura de mai jos:

A M_A

M_B B

Fie A si B mediile intre care se produce difuzia. O parte din mediul A , simbolizat cu M_A, va trece in mediul B, iar o parte din mediul B, simbolizat cu M_B, va trece in A. Deci fiecare mediu cedeaza si primeste, producandu-se intre acestea un transfer de masa. In acest caz se constata un schimb de substanta in ambele sensuri datorita diferentei de concentratie a mediilor.

Osmoza este un proces care presupune atat difuzia moleculara cat si cea convectiva.

Distilarea

Operatia prin care componentii unui amestec se separa pe principiul diferentelor de volatilitate, prin doua operatii succesive, vaporizare si condensare, se numeste distilare.

Prin diferenta de volatilitate se intelege, valori diferite ale temperaturii de vaporizare. Componentii cu volatilitate diferita din produsele alimentare, pot fi recuperati mai intai in stare de vapori apoi, transformati in stare lichida.

Cand se urmareste o recuperare totala a unui component din aceste produse, se fac distilari succesive, operatia aceasta fiind denumita rectificare.

Metode de distilare

Distilarea se realizeaza prin mai multe metode, prin care se urmareste fie obtinerea unui distilat cat mai pur (de exemplu in industria alcoolului rafinat), fie a unui concentrat cat mai pur (de exemplu in industria uleiului).

Separarea amestecurilor in componentii de baza, prin operatia de distilare se realizeaza prin:

Distilare simpla . Este utilizata in industria alimentara pentru a separa un component usor volatil dintr-un amestec care, pe langa apa contine si substante nevolatile.

Distilarea fractionata. Este folosita pentru obtinerea mai multor fractiuni dintr-un amestec, fractiunile avand caracteristici diferite. Amestecul se supune incalzirii treptate, iar pe masura ce se separa componentii din amestec sub forma vaporilor, acestia sunt condensati si colectati in vase separate.

Distilarea integrala. Este denumita si "de echilibru", caracterizandu-se prin faptul ca vaporii rezultati din amestec nu sunt eliminati pe masura ce se formeaza ci sunt un timp mentinuti in contact cu faza lichida. Acestia se imbogatesc astfel in component usor volatil.

Rectificarea. Este o succesiune de operatii de distilare realizate cu scopul obtinerii unui component pur sau aproape pur. Grupul de operatii vaporizare-condensare, constituie trepte de distilare, in operatia de rectificare.

Utilaje de distilare

In industria alimentara distilarea si rectificarea se aplica la obtinerea alcoolului rafinat, la rafinarea uleiului, la obtinerea distilatelor din vin, la recuperarea aromelor din sucurile de fructe supuse concentrarii prin evaporare. Pentru realizarea operatiilor de distilare se folosesc instalatii de distilare cu functionare continua sau discontinua.

Blazele de distilare

Sunt schimbatoare de caldura cu manta exterioara (fig. a), sau cu serpentina interioara (fig. b), in care amestecul supus distilarii este adus la punctul de fierbere a componentului volatil si mentinut la aceasta temperatura pentru formarea vaporilor.

Instalatia de distilare:

1 - blaza; 2 - deflegmator; 3 - condensator;

Este prevazuta cu blaza (1), un deflegmator (2) si un condensator (3). In deflegmator, vaporii formati in blaza sunt supusi condensarii, dar se separa in aceasta faza componentul greu volatil (in faza lichida) ramanand in stare de vapori componentul usor volatil ce urmeaza a se condensa ulterior intr-un condensator. Partea condensata in deflegmator, se reintoarce in blaza de distilare, sub forma de reflux.

Vaporii componentului usor volatil sunt condensati in condensator si evacuati in stare lichida spre vasele de depozitare.

11. Uscarea

Uscarea este un proces de transfer de umiditate insotit si de transfer de caldura, in care produsul cedeaza apa unui agent termic (aer sau gaze calde), care, in acest caz are si rolul de vehiculator al umiditatii.

Prin operatia de uscare produsele alimentare se pot conserva: fructe si legume uscate, lapte praf, paste fainoase, amidon praf, etc.

Mecanismul uscarii:

Indepartarea apei din produse se realizeaza prin evaporarea apei la suprafata libera a produsului si apoi difuzia acesteia in mediul inconjurator.

Evaporarea apei la suprafata libera a produsului: produsele cu un oarecare continut de umiditate se incalzesc, pentru ca presiunea de vapori a apei sa depaseasca presiunea de vapori a stratului de aer ce inconjoara produsul. Pentru a elimina toata apa din produs , este necesar sa se indeparteze mereu vaporii care s-au acumulat in stratul de aer de deasupra produsului.

Difuzia apei in mediul inconjurator: in cazul cand la suprafata produsului se aduce un curent de aer a carui presiune de vapori este mica, apa din stratul exterior al produsului difuzeaza in aer. Aerul, incarcat cu umiditate, este vehiculat incontinuu, realizandu-se astfel conditiile pentru o permanenta difuzie a apei dinspre produs inspre aerul inconjurator.

Factorii care influenteaza uscarea

Natura produsului supus uscarii Materialele supuse uscarii pot avea o structura poroasa sau capilara. Cu cat porii (sau capilarele) sunt mai numerosi, cu atat deplasarea apei din centrul produsului spre periferie se face mai repede.

Forma si dimensiunile bucatilor de produs Produsele maruntite au suprafata libera foarte mare si grosimea mica, fiind favorizata deplasarea apei din produse spre suprafata.

Modul de prezentare a apei in produse Mult mai usor difuzeaza apa libera, continuta in spatiul dintre celule si apa libera din celule, pe cand apa legata chimic se indeparteaza foarte greu sau deloc.

Temperatura produsului Influenteaza in mod favorabil procesul de uscare.

Temperatura si umiditatea mediului de uscare Mediul de uscare trebuie sa aiba temperatura ridicata si un continut cat mai mic de umiditate.

Sensul deplasarii si viteza aerului Circulatia aerului peste produs este bine sa fie in contracurent. Viteza de circulatie se va stabili intr-o corelatie stransa cu viteza de difuzie a apei.

Metode de uscare

Dupa modul transmiterii caldurii catre produse, uscarea se realizeaza prin:

conductie, cand produsul vine in contact direct cu suprafata calda a uscatorului;

convectie, in aer cald sau gaze de ardere, circuland fie si produsul si aerul, fie numai aerul de uscare;

prin radiatie, cand produsele sunt supuse actiunii razelor calorice emise de radianti calorici (corpuri metalice sau ceramice incalzite, etc.);

Dupa presiunea la care are loc, uscarea se poate realiza fie la presiune atmosferica, fie in vid.

Utilaje de uscare

Utilajele folosite pentru uscare trebuie sa realizeze uscarea produselor pana la obtinerea unei umiditati de echilibru. Unul din cele mai reprezentative utilaje de uscare este uscatorul pentru produse sub forma de pulbere (lapte praf) cunoscut sub numele de uscator turn.

Uscatorul turn realizeaza uscarea produsului prin pulverizarea fina a acestuia intr-un curent de aer cald. Dimensiunile mici ale particulelor produsului permit evaporarea instantanee a apei.

Uscarea se realizeaza in turnul (1). Produsul este alimentat in turnul de uscare prin conducta (2) ce aduce produsul in sistemul de pulverizare (3), actionat mecanic sau pneumatic.

Produsul uscat este colectat la baza turnului, de unde un agitator mecanic (4) il desprinde de pe capacul inferior al turnului si il descarca in conducta (5), care leaga turnul de ciclonul (6). De la baza ciclonului, ecluza (7) il descarca in transportorul (8).

Aerul folosit la uscare este aspirat cu ajutorul ventilatorului (9) si evacuat in atmosfera. Pentru incalzirea aerului se monteaza in zona de aspiratie un radiator (10), peste care trece aerul inainte de intrarea in uscator.

Test de verificare 1

1. Se amesteca 1150 kg apa cu 250 kg sare. La amestecare pierderile sunt de 2% din saramura rezultata. Calculati cantitatea de saramura obtinuta in urma operatiei de amestecare.
2. Scrieti pe foaia de examen cuvintele care ar trebui puse in spatiul liber din enunturile de mai jos:

Fiecare treapta de transformare, prin care materia prima se prelucreaza pentru a deveni produs finit, se numeste......... .

Posibilitatea de a se produce, intr-un proces tehnologic, o anumita cantitate de produse, intr-un anumit timp, se numeste................ .

Bilantul de materiale este bazat pe legea............... .

Prin fluide se inteleg.......... si ............. .

Vascozitatea este o proprietate fizica specifica ........., care apare numai la .........acestora.

3. In coloana A sunt enumerate diferite operatii, iar in coloana B utilajele corespunzatoare. Scrieti pe foaia de examen asocierile dintre cifrele din coloana A si literele din coloana B:

A B

transportul lichidelor a. transportorul banda

transportul gazelor    b.elevatorul

transportul materialelor solide    c. pompa cu roti dintate

d. injectorul

e. transportorul elicoidal

f. suflanta cu pistoane rotative

g. pompa centrifuga

4. Printr-o conducta de diametru d, curge un fluid de vascozitate cinematica ν, cu o anumita viteza v. Stabiliti regimul de curgere a fluidului prin conducta, stiind ca valoarea numarului Reynolds este: R_e=2100.

5. Identificati desenele din figura de mai jos, precizand denumirea reperelor numerotate, modul de functionare al utilajului si domeniul de utilizare al acestuia:

Fig. 1 Fig. 2

Fig.3 Fig. 4