Uscarea cu ajutorul curentilor calzi si instalatiile pentru acest tip de uscare

Uscarea cu ajutorul curentilor calzi si instalatiile pentru acest tip de uscare

Intensificarea procesului de uscare al produselor alimentare, inclusiv a materiei prime din sectorul agrar, iminent este legata de specificul si particularitatile ei, si trebuie sa se realizeze cu conditia asigurarii unei calitati inalte a produsului finit si a cheltuielilor specifice minime. De regula, pentru intensificarea procesului de uscare si ridicarea eficacitatii economice de lucru a instalatiilor de uscare se folosesc diferite modalitati (metode):

Folosirea campurilor cu temperaturi inalte (mai mari de 100⁰). Totodata trebuie sa se tina cont de rezistenta de temperatura si rezistenta de caldura a fiecarui product concret si de asemenea, mentinerea substantelor biologice active in acesta producte;

Folosirea de noi metode combinate de influenta a caldurii.

Utilizarea metodelor electrofizice de influenta: razele infrarosii (IR) si lampile cu descarcare in gaze (LDG), UHF si SHF si combinarea lor cu metode traditionale de aport de energie.

Deosebita importanta in ultima vreme, sunt intrebarile legate de folosirea materiei prime atat in aspect alimentar cat si medico-biologic. In cadrul prelucrarii tehnologice a materiei prime de destinatie medico-biologica de asemenea este supusa procesului de uscare. Pentru astfel de produse trebuiesc folosite asa metode de prelucrare termica, care ar permite de a atinge nu numai eficienta economica asteptata, dar de a atinge si alte efecte folositoare, in stare sa influenteze benefic asupra organismului uman in aspect medicinal (sa intareasca imunitatea, sa preintampine si sa ne protejeze de unele maladii, sa fie utilizate in calitate de medicamente s. a.). Este cunoscut faptul, ca uscarea unei astfel de materii prime se efectueaza pe platouri (inchise sau deschise, bine ventilate) ori in incaperi. Acest proces este de lunga durata si provoaca mari pierderi al productului finit , contribuie la aparitia micro-si macroflorei si altele. Toate acestea din punct de vedere medicinal diminueaza efectul lor pozitiv final. La momentul actual sunt insuficient studiate problemele legate de determinarea modalitatilor si regimurilor de uscare a materiei prime din sectorul agrar de destinatie medico-biologica. Prezenta a astfel de date ar permite crearea si elaborarea regimurilor rationale si eficiente de uscare in directia respectarii cerintelor tehnologice, reducerii cheltuielilor de energie, pastrarii componentelor biologice active a materiei prime.

Anumite perspective care tin de intensificarea procesului de uscare a materiei prime din sectorul agrar cu destinatia medico-biologica in vederea imbunatatirii calitatii produsului finit poate asigura aplicarea curentilor de frecventa inalta (UHF) si suprainalta (SHF).

In ultimul timp la aceasta metoda apeleaza ingineria alimentara preocupata de intensificarea diferitor procese tehnologice. De aceea, elaborarea bazelor stiintifice de efectuare a procesului de uscare a materiei cu destinatie medico-biologica prin aplicarea curentilor de frecventa inalta (UHF) si suprainalta (SHF) este o sarcina actuala si are o mare importanta atat teoretica cat si practica pentru Republica Moldova.

Lucrul de cercetare in aceasta directie s-a inceput inca in perioada pregatirii tezei de doctor in tehnica din anul 1974.

Au fost efectuate cercetari si elaborate procedee de uscare a astfel de culturi ca: boabele de cacao, maciesul, semintele de bostan si de floarea soarelui, catina alba, ardeiul iute, prunele, sfecla, nucile, merele, rosiile, caisele, visinele s.a.

Utilizarea campurilor electrofizice presupune eliminarea caldurii in material, care poate fi determinata cu formula:

(1)

Pentru a calcula si a dirija cu caldura eliminata in product este important de a cunoaste valorile tangentei unghiului dielectric tgd si permeabilitatea dielectrica relativa e`, care constituie parametrii electrofizici ai materialului. Metodele existente de determinare a acestor parametri sunt prezentate numai pentru produsele omogene, dar nu si pentru cele heterogene cum este materia prima agricola, totodata aceste metode nu iau in consideratie efectele pierderilor de frontiera. De aceea a fost elaborata o metoda noua, care este exprimata prin formulele:

si (2)

in care: Q₁ si C₁ sunt factorul de calitate si capacitatea electrica a conturului fara de condensatorul masurator in momentul de rezonanta;

Q₂ si C₂ - factorul de calitate si capacitatea electrica a conturului cu condensatorul masurator fara de product in momentul de rezonanta;

Q₃ si C₃ - factorul de calitate si capacitatea electrica a conturului cu condensatorul masurator cu product in momentul de rezonanta;

C₀ - capacitatea electrica a condensatorului masurator in vid, pF.

Formulele obtinute au permis de a calcula valorile tgd si e` a produselor agricole de destinatie medico-biologica in limitele 1,5.20,0 pentru e` si 0,05. 1,5 pentru tgd

Unele dificultati apar la determinarea tgd si e` a produselor cu structura complexa eterogena, cum sunt produsele medico-biologice. Daca de prezentat aceste obiecte ca o schema electrica alcatuita din elemente conectate in serie: pericarpul (A) - miezul (B) - pericarpul (A) (fig. 1 ), atunci puterea totala aplicata materialului poate fi prezentata ca:

(3)

in care P_A si P_R sunt puterile activa si reactiva, in W.

Fig. 1. Schema de substituire a productului: A - pericarp, B - miez.

Valorile acestor puteri se determina ca suma puterilor fiecarui component W_j inclus in acest sistem:

si (4)

Utilizand formulele (4) si schema de substituire consecutiva obtinem formulele de calcul ale tgd si e` pentru produsele complexe eterogene:

(5)

(6)

in care a si b concentratiile volumetrice ale componentelor;

si (7)

Rezultatele obtinute prin calcul in practic au coincis cu cele experimentale.

Pentru determinarea experimentala si cercetarea parametrilor electrofizici a fost elaborata o instalatie de laborator (fig.2).

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

In urma masurarilor efectuate si calculelor respective au fost obtinute dependentele tgd si e` in functie de umiditatea, temperatura productului si de frecventa campului electromagnetic.

Din grafice (fig. 3.) se observa, ca corelatia tgδ si e` in functie de frecventa campului electromagnetic este complexa, dar totusi, valori maximale obtin la frecventa 27 MHz. De aceea frecventa data poate fi considerata ca cea de lucru.

a) b)

Fig. 3. Corelatia dintre frecventa campului electromagnetic si tgδ (a), e` (b) a produselor vegetale (seminte de floarea soarelui).

O mare importanta, pentru materia prima agricola prezinta cunostintele despre corelatia intre umiditatea lor si tgδ si e`. Aceasta corelatie este aratata in fig. 4.

a)

Fig Corelatia dintre umiditatea si tgδ (a), e` (b) a produselor vegetale (caise)

Din fig. 4. se vede ca cresterea umiditatii provoaca si o crestere a parametrilor electrofizici a produselor vegetale. Aceasta se datoreaza cresterii componentei active a curentului electric de conductibilitate.

Tot asa tendinta se observa si la variatia temperaturii produselor cu tgδ si e

Pentru determinarea valorii si variatiei parametrilor principali ai procesului de uscarea materiei prime vegetale de destinatie medico-biologica este necesar de analizat in prealabil curbele de uscare si a vitezei de uscare .

Cu scopul obtinerii acestor functii au fost elaborate doua instalatii de laborator: una cu curenti de frecventa inalta (UHF) (fig 5) si alta cu microunde (SHF) (fig.6).

Fig. 5. Instalatie experimentala pentru studiul cineticii procesului de uscare a produselor vegetale cu aplicarea curentilor de frecventa inalta (UHF): 1 - camera de lucru; 2 - condensatorul cu produs; 3 - balanta mecanica; 4, 5 - conducta de agent termic; 6 - ghid coaxial; 7 - elemente electrice de incalzire; 8 - ventilator; 9 - milivoltmetru; 10 - voltmetru electrostatic; 11 - micromanometru; 12 - termometru cu contacte.

Fig. Instalatie experimentala pentru studiul cineticii procesului de uscare a produselor vegetale cu aplicarea curentilor de suprainalta (SHF): termometru; 2 conducta de evacuare; 3 camera de lucru; 4 vas Dwar; 5 manometru diferential; 6 calorifer; 7 conducta de alimentare; 8 produsul supus uscarii; 9 cantar electronic; 10 - termocuplu.

In baza cercetarilor experimentale si calculelor au fost obtinute curbele de uscare (fig.7) si 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)

Fig. 7. Curbele de uscare a produselor vegetale (prune) cu aplicarea UHF: a) prin convectie; b) prin convectie si perforarea pericarpului; c) prin convectie + UHF si perforarea pericarpului (densitatea perforarii 4 gauri/ cm²).

a)                                                           b)

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

Fig. 8. Curbele vitezei de uscare a produselor vegetale (prune) cu aplicarea UHF: a) prin convectie; b) prin convectie si perforarea pericarpului; c) prin convectie + UHF si perforarea pericarpului (densitatea perforarii 4 gauri/ cm2).

c)

Din graficele prezentate (fig. 7. si 8.) se poate de conchis ca uscarea prunelor este mai eficienta in trei perioade: I - uscarea de la umiditatea initiala pana la prin convectie; II - la umiditatea W_cr1 are loc perforarea pericarpului prunelor si uscarea in continuare prin convectie pana la umiditatea de polarizare W_p; III - uscarea prin convectie in combinatie cu energia campurilor UHF pana la umiditatea finala.

Graficele vitezei de uscare (fig. 8) ne demonstreaza intensificarea procesului odata cu aplicarea metodelor netraditionale cum sunt perforarea preliminara si aplicarea campurilor electrofizice.

Pe baza cercetarilor efectuate asupra cineticii procesului de uscare, au fost elaborate conditiile de automatizare ale procesului de uscare a materiei prime agricole. Pentru aceasta au fost elaborate un sir de modele matematice prin diferentierea ecuatiilor de termo- si masotransfer pentru anumite produse si prin metode statistice de autoregresie cu utilizarea sistemei MatLab.

Asa dar, ca exemplu, pentru calcularea temperaturii si umiditatii in procesul de uscare a maciesului, cu sursa interna de energie, modelul matematic va fi:

(8)

(9)

In forma redusa ecuatiile (8) si (9) au urmatoarea forma:

(10)

(11)

in care A_1, B_1, C_1, A_2, B_2, C₂ - constantele ecuatiilor date, care se calculeaza dupa datele experimentale.

Tot cu aceasta sistema de ecuatii diferentiale au fost elaborate modele matematice pentru ardei iute, seminte de bostan s.a.

Cu sistema MatLab prin autoregresie au fost elaborate modele matematice pentru prune, caise, visine, soriz, ciuperci, seminte de floarea soarelui s.a.

Avind modelele matematice ale procesului de uscare a materiei prime agricole si rezultatele obtinute au fost elaborate si implementate un sir de instalatii de uscare si linii tehnologice de prelucrare a materiei prime agrare care includ aceste instalatii.

Pentru uscarea prunelor, caiselor si ardeiului iute prin aport de energie UHF a fost elaborat uscatorul prezentat in fig. 9.

Fig. 9. Instalatie de uscare a produselor vegetale (prune, ardei, caise) cu curenti de frecventa inalta (UHF): 1 - buncar de alimentare; 2 - transportor cu raclete; 3 - corpul instalatiei; 4, 5 - mecanism de distribuire a produsului; 6 - ghidaj; 7 - lampi cu descarcare in gaz; 8 - 8 - transportor; 9, 14 - afanator; 10-13 sistem de transportare a agentului termic; 15 - ghid UHF, 16 - transportor de evacuare; 17, 18 - mantaua instalatiei; 19 - evacuarea aerului umed.

In fig. 10. este prezentata instalatia de uscare a visinilor si macesului.

Fig. 10. Instalatie de uscare a produselor vegetale (visine, maces) cu curenti de frecventa suprainalta (SHF): 1 - ghid de SHF; 2 - calorifere; 3 - sistem de siguranta; 4 - transportor.

Pentru uscarea catinii albe si a boabelor de cacao in camp UHF a fost elaborata instalatia prezentata in fig. 11.

Fig. 11. Instalatie de uscare a produselor vegetale (catina alba, boabe de cacao) cu curenti de frecventa inalta (UHF): 1 - tamburul; 2 - suportul tamburului; 3 - mecanism de transmisie a melcului; 4 - alimentatorul tamburului; 5 - troncon perforat; 6 - agitator; 7 - buncar de alimentare; 8 - agitatorul buncarului; 9, 10 - transportor cu melc; 11 - mecanismul Huc; 12 - actionarea tamburului; 13 - arbore gol.

In baza instalatiilor de uscare au fost elaborate un sir de linii tehnologice de prelucrare a materiei prime vegetale ca: prelucrarea prunelor, caiselor, visinelor s.a.

1. Prezentarea unor linii tehnologice de deshidratare pentru diferite fructe

materiei prime vegetale ca: prelucrarea prunelor, caiselor, visinelor s.a.