October 7, 2017 | Author: Flaviu Buta | Category: N/A
Utilaje pentru prelucrarea producctiei agricole...
Gavril Bâlc Maşini şi instalaţii pentru industria alimentară
Grafica: Irimuș T. Adrian Aurelian Socaci N.I. Tiberiu Stefan Recenzia: Prof. univ. dr. ing. Victor Roș Conf. dr. ing. Marius Ghereş Prof. fiz. Vasile Bâlc © Gavril Bâlc, 2009. Toate drepturile rezervate
Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României BÂLC, GAVRIL Maşini şi instalaţii pentru industria alimentară / Bâlc Gavril. - Cluj-Napoca : Alma Mater, 2009 Bibliogr. ISBN 978-606-504-057-1 664.02
Tiparul executat la SC Print Art Cluj-Napoca, str. Rahovei nr. 2 Tel.: 0264-593903 Email:
[email protected] http://almamater.clujnet.com
Gavril Bâlc
Maşini şi instalaţii pentru industria alimentară
Editura Alma Mater Cluj-Napoca, 2009
CUPRINS Prefaţă
13
1. TEHNICI ŞI PROCESE UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA ŞI EXPLOATAREA UTILAJELOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARĂ 1.1 Ultrasunetele în industria alimentară 1.1.1 Noţiuni generale 1.1.2 Caracteristicile undei de propagare 1.1.3 Fenomene ale propagării ultrasunetelor 1.1.4. Producerea ultrasunetelor 1.1.5. Aplicaţii ale ultrasunetelor în industria alimentară 1.2 Microundele şi curenţii de înaltă frecvenţă în industria alimentară 1.2.1 Consideraţii generale 1.2.2. Scheme privind reflectarea undelor. 1.2.3. Aparatura necesară 1.3. Extrudarea in industria alimentară 1.3.1 Analiza constructivă şi funcţională a unui extruder 1.3.2 Analiza procesului de extrudare 1.3.3. Instalaţii şi tehnologii de extrudare în industria alimentară 1.4. Tehnici de uscare a produselor lichide din industria alimentară 1.4.1. Consideraţii generale 1.4.2. Alegerea instalaţiilor de uscare prin pulverizare 1.4.3. Elemente componente ale unei instalaţii de uscare prin pulverizare 1.4.4. Variante constuctive de instalaţii 1.5 Utilizarea frigului în industria alimentara 1.5.1. Consideraţii generale 1.5.2 Principiul de funcţionare al unei instalaţii frigorifice cu o treaptă de comprimare 1.5.3 Ciclul instalaţiilor frigorifice cu două trepte de comprimare 1.5.4. Ciclul instalaţiilor frigorifice cu două trepte de comprimare şi cu două laminări 1.5.5. Prelucrarea şi conservarea produselor agro-alimentare prin frig 1.5.6 Calculul necesarului de frig pentru frigorifere. 1.5.7.Decongelarea suprafeţelor de răcire a aerului. 1.6. Procese şi utilaje pentru amestecare şi omogenizare 1.6.1. Consideraţii generale 1.6.2. Amestecătoare mecanice 1.6.3 Amestecătoare hidraulice 1.6.4 Amestecătoare prin barbotare cu gaze
15 15 16 18 19 22 24 24 25 26 28 28 30 31 37 37 38 40 42 43 43 44 46 47 47 59 61 63 63 64 69 70
6
Gavril Bâlc
1.7 Tehnici şi procese de separare 1.7.1 Consideraţii generale 1.7.2 Separarea prin sedimentare 1.7.3 Separarea prin centrifugare 1.7.4 Separarea prin filtrare 1.8 Concentrarea in industria alimentară 1.8.1 Concentrarea 1.8.2 Instalaţii de concentrare utilizate în industria alimentară. 1.9 Apa în industria alimentară. 1.9.1. Consideraţii generale privind caracteristicile apei utilizată în industria alimentară 1.9.2.Instalaţia pentru dedurizarea apei
72 72 73 82 91 104 104 105 107 107 108
2. CALCULUL ŞI CONSTRUCŢIA RECIPIENŢILOR UTILIZAŢI ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ 2.1 Calculul şi construcţia discurilor şi membranelor 2.1.1 Consideraţii generale 2.1.2 Discuri circulare pline, încărcate simetric şi solicitate la încovoiere 2.1.3.Discuri circulare şi inelare 2.1.4.Teoria de calcul a membranelor cu pereţi subţiri 2.1.5. Încovoierea membranelor cilindrice la încărcarea simetrică sau teoria de moment. 2.1.6.Încovoierea membranelor conice la o încărcare simetrică. 2.1.7. Calculul îmbinărilor membranelor 2.1.8.Calculul unor repere ale instalaţiilor termice
111 111 111 117 126 128 138 140 142
3. CONSTRUCŢIA ŞI FUNCŢIONAREA UTILAJELOR ŞI INSTALAŢIILOR PENTRU PRODUCEREA ULEIURILOR DE FLOAREA SOARELUI 3.1 Consideraţii generale 3.2 Schema procesului tehnologic de fabricare a uleiului de floarea soarelui 3.2.1 Pregătirea seminţelor de floarea soarelui în vederea procesării (Fig. 3.1) 3.2.2 Operaţii, instalaţii şi utilaje utilizate pentru obţinerea uleiului de floarea soarelui.
153 153 153 155
Cuprins
7
4. MAŞINI ŞI INSTALAŢII DIN INDUSTRIA ZAHĂRULUI 4.1 Consideraţii generale 4.2 Materia primă şi materiale auxiliare utilizate la fabricarea zahărului 4.2.1 Indicatori cu referire la aspectul exterior 4.2.2 Indicatori de calitate tehnologică 4.3.Tehnologia obţinerii zahărului şi utilajele specifice 4.3.1 Descărcarea si depozitarea sfeclei 4.3.2 Curăţarea şi transportul sfeclei 4.3.3 Dozatorul de sfeclă (Fig.4.4) 4.3.4 Captatorul de pietre (Fig. 4.5) 4.3.5 Prinzatorul de paie şi vreji (Fig.4.6) 4.3.6 Utilaje de ridicat sfeclă la maşina de spălare 4.3.7 Maşina pentru spălarea sfeclei de zahăr 4.3.8 Maşini pentru tăierea sfeclei de zahăr în tăieţei 4.3.9 Difuzia şi instalaţiile specifice 4.3.10 Instalaţii şi aparate pentru purificarea zemii de difuzie 4.3.11 Evaporarea zemii subţiri (concentrarea) 4.3.12 Fierberea si cristalizarea zahărului 4.3.13 Centrifugarea 4.3.14 Rafinarea zahărului 4.3.15 Utilaje pentru prelucrarea zahărului umed 4.3.16 Presarea si uscarea borhotului 4.3.17 Fabricarea zahărului cubic 4.3.18 Utilaje pentru producerea laptelui de var şi gazului de saturaţie
169 169 170 170 172 173 173 174 174 175 175 176 177 180 183 190 191 192 194 198 204 205 208
5. MAŞINI ŞI INSTALAŢII DIN INDUSTIA LAPTELUI 5.1. Consideraţii generale 5.2. Materiile prime şi auxiliare utilizate în industria laptelui 5.3. Tehnologia prelucrării laptelui 5.3.1 Obţinerea produselor lactate dietetice acide 5.3.2 Prepararea smântânii 5.3.3 Prepararea untului 5.3.4 Prepararea brânzeturilor 5.4 Instalaţii utilizate pentru prepararea produselor din lapte 5.4.1 Instalaţia pentru pasteurizarea laptelui 5.4.2 Instalaţia pentru pasteurizarea smântânii 5.4.3 Linie pentru fabricarea brânzei proaspete de vaci
213 213 214 214 215 216 216 216 218 222 223
8
Gavril Bâlc
6. MAŞINI ŞI INSTALAŢII PENTRU INDUSTRIA CĂRNII 6.1. Mijloace de transport specifice 6.1.1. Cărucioare, electrocare şi electrostivuitoare 6.1.2.Mijloace de ridicat, coborât şi transportat 6.2 Instalaţii, utilaje şi dispozitive pentru suprimarea vieţii animalelor 6.2.1 Dispozitive şi utilaje pentru imobilizare 6.2.2 Dispozitive şi utilaje pentru asomarea animalelor 6.3. Utilaje şi instalaţii pentru jupuire, opărire, depilare şi pârlirea animalelor 6.3.1. Utilaje pentru jupuirea animalelor 6.3.2.Maşini şi instalaţii pentru opărire 6.3.3.Maşini pentru depilarea porcinelor 6.3.4.Echipamente pentru pârlire şi curăţare finală a carcasei. 247 6.3.5.Maşini pentru îndepărtarea scrumului după pârlire şi pentru curăţarea finală a carcasei. 6.4.Maşini pentru prelucrarea primară a carcaselor. 6.4.1.Eviscerarea 6.4.2.Maşini pentru despicarea carcaselor, ecornare şi decalotarea căpăţânilor 6.5.Maşini pentru tăiat şi mărunţit. 6.5.1.Forme constructive ale cuţitelor pentru maşinile de tăiat carne. 6.5.2.Aparatele de tocare 6.5.3.Cuţite pentru mărunţirea cărnii 6.5.4.Mecanisme de tocare cu separarea ligamentelor. 6.5.5.Maşinile de tocat 6.5.6.Maşini pentru zdrobit şi separat oase. 6.5.7.Dispozitive mecanice pentru extras oase. 6.5.8.Maşini pentru obţinerea cărnii de separator. 6.5.9.Maşini destinate mărunţirii fine (Cutere) 6.5.10. Maşini de mărunţit 6.5.11.Maşini pentru amestecarea şi malaxarea produselor din industria cărnii. 6.5.12.Maşini pentru umplut membrane 6.5.13.Instalaţii pentru afumarea cărnii şi produselor din carne.
226 226 229 232 232 234 239 239 244 246
248 248 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 262 266 269 272
7. CONSTRUCŢIA ŞI FUNCŢIONAREA MAŞINILOR ŞI INSTALAŢIILOR DIN INDUSTRIA DE MORĂRIT ŞI PANIFICAŢIE 7.1 Industria de morărit 7.1.1 Consideraţii generale 7.1.2 Raportul dintre procesul de măciniş şi caracteristicile grâului
279 279 280
Cuprins 7.1.3 Raportul dintre procesul de măciniş şi caracteristicile produselor rezultate 7.1.4 Influenţa procesului de măciniş asupra indicilor economici 7.1.5 Procedee de măcinare 7.1.6 Sisteme de transport a grâului utilizate în industria de morărit 7.1.7 Utilaje utilizare în fluxurile tehnologice dintr-o moară de cereale 7.2 Industria de panificaţie
9
282 282 283 295 296 298
8. TEHNOLOGII, UTILAJE ŞI INSTALAŢII DIN INDUSTRIA DROJDIEI 8. 1 Consideraţii generale 8. 2. Fluxul tehnologic şi utilaje pentru fabricarea industrială a drojdiei 8. 2. 1. Pregătirea melasei alimentare 8. 2. 2. Prepararea soluţiilor nutritive 8. 2. 3. Prepararea culturii pure de drojdie în laborator 8.2.4. Obţinerea şi ambalarea drojdiei la scară industrială.
305 309 309 313 313 314
9. MAŞINI ŞI INSTALAŢII PENTRU INDUSTRIA MALŢULUI ŞI BERII 9.1.Materii prime utilizate la fabricarea berii. 9.1.1. Orzul 9.1.2.Hameiul 9.1.3. Apa 9.1.4. Înlocuitorii de malţ 9.2.Utilaje şi instalaţii pentru obţinerea malţului. 9.2.1. Condiţionarea orzului 9.2.2. Utilaje pentru înmuierea orzului. 9.2.3.Germinarea orzului 9.2.5 Tratarea malţului 9.2.6.Instalaţii pentru măcinarea malţului 9.2.7. Instalaţii pentru plămădire. 9.2.8. Instalaţii pentru filtrarea mustului. Cazanul pentru filtrarea mustului de bere 9.2.9. Instalaţii pentru fierberea mustului cu hamei.
319 319 319 319 320 320 321 321 323 324 326 329 331 332
10
Gavril Bâlc
10. UTILAJE SI INSTALAŢII DIN INDUSTRIA OŢETULUI 10.1 Consideraţii generale 10.2 Tehnologia de fabricare a oţetului si utilajele principale utilizate
337 337
11. MAŞINI ŞI INTALAŢII PENTRU OBŢINEREA VINULUI 11.1 Generalităţi 11.2 Materia primă 11.3. Materiile auxiliare 11.4.Tehnica procesării strugurilor pentru obţinerea vinurilor 11.4.1.Tehnica procesării strugurilor pentru obţinerea vinurilor albe 11.4.2. Tehnica procesării strugurilor pentru obţinerea vinurilor roşii 11.5. Linii tehnologice pentru obţinerea vinurilor de masă şi a sucurilor din struguri 11.6 Utilaje pentru fermentare pe bostină (Fig. 11.6) 11.7 Utilaje pentru zdrobire şi desciorchinare 11.7.1 Consideraţii generale 11.7.2 Clasificarea maşinilor de zdrobire şi desciorchinare 11.7.3 Variante constructive de zdrobitoare- desciorchinatoare 11.7.4 Calculul tehnologic al zdrobitoarelor-desciorchinatoare şi al morilor cu cuţite 11.7.5 Cerinţe impuse exploatării şi întreţinerii utilajelor pentru zdrobirea fructelor şi strugurilor 11.8 Utilaje pentru separarea mustului ravac 11.8.1 Consideraţii generale 11.8.2 Scurgătoare cu coş 11.8.3 Scurgătoare cu cameră 11.8.4 Scurgătoarele cu coloană 11.8.5 Scurgătoarele cu melc 11.8.6 Scurgătorul oscilant 11.8.7 Calculul productivităţii scurgătoarelor 11.9 Utilaje pentru presarea strugurilor 11.9.1 Cerinţe generale privind utilajele pentru presare 11.9.2 Prese cu acţiune discontinuă 11.9.3 Presa pneumatică orizontală de tipul PPS-2,3 11.9.4 Presa cu membrană 11.9.5 Presele cu acţiune continuă 11.9.6 Calculul productivităţii şi puterii preselor utilizate în vinificaţie 11.9.7 Sisteme de filtrare a vinului 11.9.8 Instalaţii pentru tratarea termică a vinului
343 343 344 345 345 348 349 350 351 351 352 353 364 369 370 370 371 371 373 374 375 375 378 378 379 380 381 383 383 386 387
Cuprins
11
12. INSTALAŢII PENTRU OBŢINEREA PRODUSELOR ALCOOLICE 12.1. Instalaţii pentru distilarea produselor vinicole 12.1.1. Distilarea simplă 12.1.2. Distilarea fracţionată 12.1.3. Distilarea integrală 12.1.4. Rectificarea 12.1.5. Echilibrul lichid-vapori 12.1.6. Destinaţia şi clasificarea instalaţiilor pentru distilarea produselor vinicole 12.2. Instalaţii de distilare díscontinuă şí continuă 12.2.1. Instalaţia cu funcţionare periodică de tip Charante 12.2.2. Instalaţie cu funcţionare discontinuă 12.2.3. Instalaţie cu funcţionare discontinuă de tip PU-500 12.2.4. Instalaţia de distilare pentru rachiu şi vinars ICOR-500 12.2.5. Instalaţia cu funcţionare continuă C-5M 12.2.6. Instalaţia de distilare în vid 12.2.7. Instalaţia de rectificare pentru concentrarea aromei din sucul de fructe 12.3. Instalaţii de rectificare 12.3.1. Construcţia instalaţiilor de rectificare 12.4. Instalaţii pentru obţinerea alcoolului din produse amidonoase
389 389 390 390 390 390
404 406 406 412
Bibliografie
419
391 392 392 394 396 397 399 401
Prefață Dezvoltarea proceselor tehnologice și tehnologiilor din industria alimentară, ca cerință imperativă a diversificării și creșterii calității produselor din acest sector, presupune preocupări susținute în direcția cunoașterii bazelor teoretice, modelelor matematice și de automatizare care stau la baza conceperii proiectării și realizării utilajelor, mașinilor și instalațiilor specifice. Pe de altă parte eficientizarea producției și diversificarea produselor alimentare presupune o dinamică fără precedent în perfecționarea si dezvoltarea de linii tehnologice care să răspundă cerințelor tehnice de mediu și preţ, menite să echilibreze concurența pe piață. Din aceste motive cunoașterea utilajelor și instalațiilor existente constituie o bază, care impreună cu cele prezentate în conținutul cărții asigură cadrul tehnic necesar, dezvoltării tehnologice în industria alimentară. În abordarea conținutului cărții s-a avut în vedere tratarea într-un capitol separat a tehnicilor și proceselor care stau la baza construcției și exploatării utilajelor pentru industria alimentară putând fi utilizate în coordonate particulare în domeniul mașiniilor și instalațiilor din industria laptelui, zahărului, uleiului, cărnii, drojdiei, vinului, berii, oțetului, alcoolului și în industria de morărit și panificație. Problemele tehnice tratate în acest capitol se vor regăsi ca şi aplicaţie în toate domeniile din industria alimentară, chiar şi cele care nu fac parte din conţinutul acestei cărţi. Lucrarea se adresează specialiștilor din proiectarea, construcția și exploatarea utilajelor și instalațiilor din industria alimentară, studențiilor, masteranzilor și doctoranzilor din cadrul facultăților de profil. In scopul elaborării unei noi ediții imbunătățite, autorul, primește observațiile pertinente din partea specialiștilor și mulțumește pentru sugestiile pozitive care pot să apară. Autorul.
1
TEHNICI ŞI PROCESE UTILIZATE LA CONSTRUCŢIA ŞI EXPLOATAREA UTILAJELOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARĂ
1.1 Ultrasunetele în industria alimentară 1.1.1 Noţiuni generale Ultrasunetele sunt acele unde elastice având frecvenţa de 16 kHz până la 10 kHz. Utilizarea lor pe scară tot mai largă în industria alimentară se datorează unor particularităţi cum sunt: - difuzie şi absorbţie mult mai mare în raport cu sunetele (16 Hz până la 10 kHz) în acelaşi mediu de propagare; - pot fi amplificate, dirijate sau focalizate; - transportă energii mult superioare sunetelor; - realizează fenomenul de cavitaţie. Viteza de propagare a ultrasunetelor v este dată de produsul dintre frecvenţa f şi lungimea de undă λ , adică: v = λ f , [m/s] (1.1) Cu cât viteza este mai mică cu atât ultrasunetele se propagă mai rectiliniu.Viteza si direcţia de propagare sunt determinate si de proprietăţile mediului in care se propagă (solid, lichid, gazos). Viteza de propagare a undelor transversale vt este mai mică decât viteza undelor longitudinale vl, între acestea existând relaţia:
vl = 3 ⋅ vt , t,[m/s]
(1.2)
În funcţie de mediul în care se propagă, viteza longitudinală a undelor se exprimă cu relaţiile: - în mediu solid, vl =
M (1 − μ ) (1 + δ )(1 − δ )
(1.3)
- în mediu lichid, vl =
P β
(1.4)
vl =
xa p , ρ
(1.5)
- în mediu gazos,
16
Gavril Bâlc
unde: M, este modulul de elasticitate; x a - coeficient adiabatic; μ - coeficientul de frecare; ρ - densitatea gazului; δ - coeficientul lui Poisson; β - modulul de compresibilitate; p - presiunea gazului şi a lichidului. Viteza de propagare în mediu gazos pentru undele transversale este dată de relaţia:
vt =
G , ρ
(1.6)
unde: G, este modul de elasticitate transversal; ρ - densitatea mediului (gaz).
1.1.2 Caracteristicile undei de propagare Intensitatea undei, este mărimea ce caracterizează transferul de energie prin unitatea de suprafaţă a mediului şi se determină cu relaţia: I=
dEm [W / m 2 ] , Sdt
(1.7)
unde: dEm , este energia transportată de undă; S - aria suprafeţei de transport; dt - unitatea de timp. Tinând seama de amplitudinea pulsaţiei undei şi densitatea mediului, I=
ρνω 2 A 2 , 2
(1.8)
Energia propagată de undă E m , este dată de relaţia: (1.9) E m =E P + E Valoarea energiei propagată într- un volum al unui mediu de masă m este dată de relaţia: Em = m ⋅ ω 2 A2 cos 2 (ωt − kx ) , (1.10) în care: m, este masa particulelor din mediul de propagare; A - amplitudinea undei; ω – pulsaţia undei;
Tehnici şi procese utilizate la construcţia utilajelor din industria alimentară
17
t - durata de oscilaţie; x - distanţa de la sursă la frontul undei; k=
2π şi reprezintă modulul vectorului undă. λ
În cazul propagării undei pe o direcţie, energia toatală pe unitatea de volum va fi dată de relaţia: Em =
1 mω 2 A2 cos 2 (ωt − kx ) = ρ dV ω 2 A2 cos 2 (ωt − kx) , 2
(1.11)
Reflexia şi refracţia undelor. Considerând cunoscut sensul fizic al acestor două caracteristici se poate determina coeficientul de refelxie R cu relaţia:
unde:
I 2 A22 ( Z 1 − Z 2 ) 2 , R= = = I 1 A12 ( Z 1 + Z 2 ) 2
(1.12)
I 1 - este intensitatea undei incidente; I 2 - este intensitatea undei reflectate; I 3 - intensitatea undei refractate; Z 1, Z 2 - impedanţele acustice. Z 1 = ρ1ν 1 si Z 2 = ρ 2ν 2 Coeficinetul de transmisie T este dat de relaţia:
T=
I 3 Z 2 A22 4Z1 Z 2 = = I 1 Z 1 A12 ( Z 1 + Z 2 ) 2
(1.13)
(1.14)
Atenuarea undei se produce datorită fenomenului de difuzie şi absorbţie, astfel încât la ieşirea din mediul de propagare va avea intensitatea : (1.15) −2α a x
I = Iie
unde: αa = αat + αdt, notaţiile având semnificaţia : αa- coeficient de atenuare total; αat - coeficient de atenuare prin absorbţie; αdt- coeficient de atenuare prin difuzie; x - grosimea mediului de propagare; Ii- intensitatea iniţială Amplitudinea undei A se poate calcula cu relaţia:
A = Ao ⋅ e −α a x
(1.16)
18
Gavril Bâlc
unde A O este amplitudinea iniţială. Absorbţia energiei undelor. Gradul de absorbţie i a se poate determina cu relaţia: ia = unde:
wa , wO
(1.17)
w a , este energia absolută; w O - energia incidentă. Absorbţia poate fi determinată de frecările interne ale mediului de propagare, rezultând un coeficient de absorbţie “αav”dat de efectul de vâscozitate (relaţia lui Stocks): α av =
8π 2 f 2η 33v 3 ρ
(1.18)
În condiţia creşterii fenomenului de conductivitate termică a mediului, coeficientul de absorbţie “αac”se determină cu relaţia lui Kirchoff şi anume : α ac =
unde:
2π 2 f 2 xa − 1 λT ⋅ v3 xρ cp
,
(1.19)
x a , este coeficientul adiabatic; c p - căldura specifică la presiune constantă;
λT - coeficient de conductivitate termică. Coeficinetul total de absorbţie va fi: α=
x −1 ⎞ 2π 2 f 2 ⎛ 3 η+ a λr ⎟ 2 ⎜ ⎜ ⎟ ρ xv ⎝ 4 cp ⎠
(1.20)
1.1.3 Fenomene ale propagării ultrasunetelor Fenomenul de cavitaţie, apare odată cu propagarea ultrasunetelor ca rezultat al măririi şi micşorării succesive a presiunii lichidului în jurul unei valori medii. În golurile care apar se adună gaze şi vapori rămânând în lichid şi dezvoltând în urma comprimării ulterioare în interiorul lui presiuni de ordinul miilor de atmosfere. Se poate determina astfel presiunea maximă p în lichidul ultrasonat cu relaţia: p = 0,163 p O ( unde: p O , este presiunea hidrostatică a lichidului; Ro- raza iniţială a bulei de gaz;
RO 2 ) , R
(1.21)
Tehnici şi procese utilizate la construcţia utilajelor din industria alimentară
19
R - raza finală a bulei de gaz. Mărimea cavităţii depinde de intensitatea acustică şi vascozitate. Cu cât vâscozitatea este mai mare cu atât presiunea necesară pentru apariţia cavităţii este mai mare. În asemenea condiţii de lucru date, rezultă: - p > po , bulele din lichid execută o mişcare oscilatorie cu frecvenţa:
fr =
1 3 x a pO , 2πR ρ
(1.22)
unde x a este coeficient adiabatic; ρ -presiunea hidrostatică; -fr este frecvenţa de rezonanţă. f 〈 f r (bulele sunt instabile apărând fenomenul de implozie cu efect de împrăştiere); - f 〉 f r , volumul bulelor creşte ajungând la suprafaţa şi producând fenomenul de degazare. Fenomenul de oxidare, apare datorită formării de H 2 O 2 puternic oxidant în prezenţa O2 atmosferic. Picătura de lichid din interiorul bulei are sarcini electrice de sens contrar faţă de aceasta şi provoacă descărcări electrice sub formă de fulgere, ionizând apa şi dând naştere unor radicali liberi puternic ionizaţi. Fenomenul de distrugere a structurii cristaline a lichidului, se formează ca urmare a frecării cristalelor între ele la apariţia fulgerelor microscopice şi ca urmare a presiunilor mari locale. Pentru perioade scurte dă naştere la fenomenul de sonoluminiscenţă.
1.1.4. Producerea ultrasunetelor Ultrasunetele se realizează în: - instalaţii mecanice, care folosesc, pentru producerea vibraţiilor, generatoare mecanice, aerodinamice sau hidromecanice; - instalaţii electroacustice, folosesc pentru producerea vibraţiilor generatoare piezoelectrice şi magnetostrictive. Instalaţii mecanice: Cel mai des utilizate în industria alimentară sunt instalaţiile hidromecanice, a căror principiu este prezentat în figura 1.1
20
Gavril Bâlc
Fig.1.1 Principiul de funcţionare al unei instalaţii hidromecanice În rezervorul 1 se găseşte lichidul care se ultrasonează. Lichidul este aspirat de pompa 4 şi trimis prin ajutajul 3 asupra unei membrane 2, care vibrează în plan vertical şi produce undele ultrasonice. Frecvenţa ultrasunetelor în acest caz se calculează cu relaţia: f =
22, 4d E , 4π l 2 3 ρ
(1.23)
unde: d este grosimea lamelei (cm) E - modulul de elasticitate; ρ - densitatea materialului lamelei (g/cm3); l - lungimea lamelei (cm). Mărimile de frecvenţe obţinute cu lamelele de oţel sunt de 10-15 kHz. Instalaţii electroacustice Cele mai frecvent utilizate sunt traductoarele piezoelectrice care utilizează în loc de lamelă un cristal de cuarţ care-şi schimbă dimensiunile în funcţie de sensul curentului aplicat. Alte materiale utilizate în afară de cuarţ sunt: niobatul de plumb (PbNb2O6), zirconat de plumb, titanat de bariu (BaTiO3), etc. Constructiv traductoarele se realizează în jumtate de lungime de undă, sfert de lungime de undă şi compuse. În cele ce urmează sunt prezentate câteva exemple de traductoare de tipul electroacustic:
Tehnici şi procese utilizate la construcţia utilajelor din industria alimentară
21
Traductoare piezoelectrice a.În jumătate de lungime de undă (Fig1.2), cu grosimea plăcii d = λ ; 2
Fig. 1.2 Traductor piezoelectric cu d= λ ; 2 b.În sfert de lungime de undă (Fig 1.3). Placa de grosime d = λ este asamblată rigid cu o placă de grosime d 1 realizată 4 din oţel, argint, duraluminiu, wolfram sau titan.
Fig. 1.3 Traductor piezielectric cu d= λ ; 4 c.Compus, realizat dintr-o placă piezoelectrică sau două fixate tip sandwich între plăci metalice după cum urmează: - cu o placă piezoelectrică 1, placă de reflexie 2, placă de radiaţie 3 (Fig1.4).
Fig 1.4 Traductor compus - cu o placă piezoelectrică 1, placă de reflexie 2, placă de radiaţie 3, electrod cu orificii 4 (Fig1.5).
22
Gavril Bâlc
Fig.1.5 Traductor compus complex
d.Magnetostrictive Sunt traductoare cu care se pot obţine frecvenţe de 25... 50 kHz (Fig. 1.6),
Fig. 1.6 Schema unui traductor magnetostrictiv. O asemenea instalaţie se compune din: traductor magnetostrictiv 1, bobinaj de oscilaţie 2, condensator 3, bobină de şoc 4, generator de înaltă frecvenţă G 2 , generator de curent continuu G 1 . Funcţionarea acestor traductoare se bazează pe fenomenul magnetostrictiv (efect Joule). Pentru construcţia acestor traductoare se utilizează: Ni, Co, Fe; ferite permalloy (45%Ni, 55%Fe); supermalloy (66%Ni, 34%Fe). 1.1.5. Aplicaţii ale ultrasunetelor în industria alimentară Ultrasunetele îşi găsesc aplicare în mai toate sectoarele industriei alimentare, din care cele mai importante sunt: industria cărnii pentru determinarea stratului de slănină la porcine, pentru sărarea cărnii, pentru extragerea grăsimii din oase, la fabricarea unor prospături cu grăsimi vegetale sau animale (parizer, crenvuşti, etc), în industria laptelui, în
Tehnici şi procese utilizate la construcţia utilajelor din industria alimentară
23
cadrul instalaţiilor pentru omogenizarea şi deshidratarea laptelui, în industria uleiului pentru obţinerea emulsiilor A/U şi a maionezelor U/A, în industria panificaţiei , pentru emulsii de tipul U´/A folosite la fabricarea aluaturilor şi a emulsiilor A/U pentru ungerea tăvilor în vederea coacerii pâinii. În continuare (Fig 1.7) pentru exemplificare se va prezenta o instalaţie de uscare cu reactor pulsator sonic utilizată in industria laptelui.
Fig 1.7 Instalaţie de uscare cu reactor pulsator sonic. Fluidul cald este adus prin conducta 1 şi trecut peste reactorul pulsator sonic 2, care este alimentat cu lichid concentrat ce urmează a fi uscat. Amestecul cald de lichid concentrat - fluid cald ajunge în colectorul primar 3 prevăzut cu o conductă de evacuare pulbere separată 4 şi o conductă de aspiraţie pulbere-fluid cald 5. Amestecul pulbere - fluid cald ajunge în colectorul secundar 6 pentru recuperarea particulelor fine, care sunt aduse prin conducta 7 şi evacuate împreună cu particulele din colectorul 3 prin ecluza 8. Fluidul cald trece prin recuperatorul de căldură 9 şi este evacuat de ventilatorul 10 prin conducta 11. De asemenea ultrasunetele se utilizează cu succes pentru spălarea şi curăţirea unor ambalaje din industria alimentară. Instalaţiile pot fi de tipul cu rotor sau tunel. Pentru spălarea buteliilor utilizate în industria alimentară se poate folosi o instalaţie de tip tunel a cărei schemă de principiu este prezentată în figura1.8.
24
Gavril Bâlc
Fig.1.8 Instalaţie de tip tunel pentru spălarea buteliilor. Instalaţia cuprinde: zona de încărcare I , zona de prespălare II, zona de spălare cu ultrasunete III, zona de clătire finală IV şi zona de descărcare a instalaţiei V. Corespunzător acestor zone sunt realizate, tronsoane independente cu legături tehnologice corespunzătoare. Ambalajele sunt aduse cu transportorul 1, fiind fixate cu un dispozitiv automat 2 la transportorul instalaţiei 3, care le duce în zona de prespălare II, apoi în zona de spălarecurăţire cu ultrasunete III, clătirea finala IV şi evacuate prin transportorul 6. In zona de spălare - curăţire sunt montate sursele de ultrasunete 4 şi se introduce soluţia pentru curăţire. Timpul de spălare se reduce până la 1 minut dacă lungimea instalaţiei este de 6-9 m. Temperatura soluţiei este de 50...80°C ,iar zgomotul din interiorul maşinii este de 80...82 dB ceea ce face ca instalaţia sa fie izolată fonic. Productivitatea unei asemenea instalaţii este de aproximativ 2000 butelii /zi.
1.2 Microundele şi curenţii de înaltă frecvenţă în industria alimentară 1.2.1 Consideraţii generale Microundele fac parte din grupa undelor electromagnetice şi sunt de tipul: - cu frecvenţă super- înaltă (SHF) - cu curenţi de înaltă frecvenţă (UHF) având in componenţă două câmpuri (electric +magnetic).
Tehnici şi procese utilizate la construcţia utilajelor din industria alimentară
25
Microundele se caracterizează prin: - frecvenţa de propagare: ν = 915 ± 25 MHz pentru o lungime de undă λ= 32,8 cm sau λ = 22125± 125 MHz pentru o lungime de unda λ=1,2 cm; - viteza de propagare : v= 300000 km/s. În cazul curenţilor de înalta frecvenţă (CIF) pentru : - λ = 3000cm frecvenţa de propagare este ν = 13,5MHz; - λ = 1200cm frecvenţa de propagare este ν = 40MHz. În ultimele două decenii utilizarea microundelor în industria alimentară şi pentru uz caznic a cunoscut o dezvoltare explozivă . Astfel în anul 1987 în gospodăriile individuale , microundele au fost utilzate în următoarele procente: SUA -65%, Japonia -50%, Anglia30%, Franţa, Olanda şi Germania -11%.
1.2.2. Scheme privind reflectarea undelor. Într-un produs alimentar datorită undelor electromagnetice se pot produce următoarele tipuri de polarizări: - electronică, Pe, care duce la apariţia momentului dipol; - atomică, Pa, care duce la orientarea ionilor în reţeaua cristalină; - dipolară, Pd, care rezultată în urma acţiunii câmpului electromagnetic asupra moleculelor polare cu moment dipol propriu (apă); -microstructurală, Pm, apare ca rezultat al orientării ionilor si polarizării dipol; - electrolitică, Pel. În figura 1.9 se prezintă schema de propagare a microundelor pentru încălzirea unor produse, iar în figura 1.10 se prezintă mecanismul încălzirii în dielectric.
Fig. 1.9 Schema propagării microundelor pentru încălzirea produselor
26
Gavril Bâlc
Fig. 1.10 Schemă privind mecanismul încălzirii în dielectric. a- circuit deschis ; b- circuit închis.
1.2.3. Aparatura necesară Într-o instalaţie pentru obţinerea microundelor sunt necesare următoarele subansamble: - generatorul de microunde; - cavitatea necesară pentru propagarea microundelor. Generatorul de microunde cuprinde: - sistem de alimentare şi transformare cu curent la tensiune înaltă; - tub electronic cu modulator de viteză; - sistem de răcire al tubului emiţător. Tuburile utilizate sunt de 3 tipuri: - magnetroane: P...25 kW cu tensiunea de alimentare U=2000...7000V; - klistroane: P=25...100 kW cu tensiunea de alimentare de ordinul a zeci de mii de volţi; - amplitroni: P > 100 kW cu tensiunea de alimentare de ordinul a zeci de mii de volţi. Magnetronul, este un tub electronic la care catodul nu face parte din circuitul electric. Se compune din : - bloc anodic răcit cu aer şi are la partea centrală un inel cu cavităţi de rezonanţă; - magnet permanent; - ansamblu catodic cilindric; - antenă emiţătoare; - elemente de fixare. Catodul încălzit emite electroni, supuşi câmpului catod-anod şi câmpului magnetic paralel cu axa tubului. Când magnetronul oscilează electronii cedează energia şi se depun pe anod. Energia se transmite de către cuplajul magnetic la cavităţile rezonante, de unde este colectată şi radiată de o antenă, care se află plasată în cămaşa de vid a tubului. Energia este condusă printr-un cablu coaxial sau tub dreptunghiular de aluminiu într-un spaţiu metalic
Tehnici şi procese utilizate la construcţia utilajelor din industria alimentară
27
(cuptor) sau se concentrează cu un element director diatermic. Randamentul este de 50...60%, iar durata de funcţionare de aproximativ 4000 ore. Klistronul, este un tub electronic modular de viteză, care diferă de magnetron prin modul de separare al catodului. Oscilaţiile sunt generate prin frânarea şi accelerarea alternativă a unui fascicul de electroni, realizându-se o concentrare periodică a electronilor, respectiv a modulaţiilor de viteză. Klistronul foloseşte tranzitul între două puncte date, pentru a produce fluxul modelat de electroni, care furnizează energie pulsatoare unui rezonator cu cavitaţie. Klistroanele sunt elemente costisitoare şi necesită tensiuni de alimentare mari de circa 30000V. Din aceste motive se fabrică în serie klistroane de 30 şi 100 kW, având o durată de funcţionare de aproximativ 10000 ore. Microundele sunt utilizate pentru fabricarea cuptoarelor de gătit şi pentru uscarea diferitelor produse agricole . In figura 1.11 este prezentată schema funcţională a unui cuptor de tip Cryodry pentru uscarea pastelor făinoase Acest tip de cuptor are puterea instalată la Pi =25 kW şi frecvenţa v = 915MHz.
Fig.1.11 Schema de principiu a tunelului Cryodry. 1-încărcare ; 2- ventilaţie; 3- alimentator;4- magnetron; 5- descărcare. Tunelul de uscare funcţionează combinat, după cum urmează : - cu aer cald pentru reducerea umidităţii de la 30 la 20%; - cu microunde pentru reducerea umidităţii de la 20 la 14%; - cu aer cald (tunel clasic) pentru reducerea umidităţii de la 14 la 2,5%.
28
Gavril Bâlc
1.3. Extrudarea in industria alimentară 1.3.1 Analiza constructivă şi funcţională a unui extruder Extrudarea, constă în supunerea materialelor şi materiilor prime sub formă de pulbere sau amestec de materii prime alimentare sub formă de pulberi hidratate, unui tratament de presiune şi temperatură, urmat de trecerea forţată printr-o filieră, tăiate adecvat îa diferite dimensiuni şi apoi eliminate spre destinaţie. Schema de principiu a unei instalaţii de tip extrudere este prezentată în figura 1.12.
Fig. 1.12. Schema privind principiul de funcţionare a unui extruder Instalaţia se compune din: malaxor, instalaţie de alimentare cu vapori 2, melcul de alimentare 1, corpul de compresie 3, secţiunea de presiune şi temperatură maximă 4, dispozitivul de tăiere 5, transportorul de produs final 6 şi capul de extrudare 7. În malaxor se amestecă făinuri, grişuri, aromatizanţi, coloranţi, etc, care se introduc în secţiunea de alimentare 1 a extruderului, secţiune ce lucrează la presiunea atmosferică, asigură omogenitatea amestecului şi elimină aerul din material. Materialul în amestec cu vapori trece în sectiunea de compresie 3, care lucrează la presiune joasă şi medie. In această secţiune are loc gelatinizarea amidonului şi congelarea proteinelor.
Tehnici şi procese utilizate la construcţia utilajelor din industria alimentară
29
În secţiunea 4 materialul este supus la presiune şi temperatură maximă şi dirijat spre capul de extrudare. In urma acestui tratament materialul are caracteristicile unui fluid şi este supus unui fenomen de curgere, ordonându-se astfel sub formă de straturi concentrice, iar fibrele de proteină se orientează în sensul curgerii prin extruder. După iesirea din extruder materialul se exapandează datorită scăderii brusce a presiunii până la cea atmosferică și se pierde instantaneu prin evaporare restul de apă rămasă, reducându-şi mult temperatura. În final cu ajutorul cuţitului 5 materialul este tăiat la dimensiunile dorite. Capul de extrudare (Fig1.13), are diferite forme de orificii cum ar fi: circulare, inelare, dreptunghiulare, etc.
Fig 1.13 Forme ale unor capete de extrudare. a) orificiu cilindric, b) orificiu dreptunghiular, c) orificiu inelar. Tipurile constructive de extrudere, se realizează în funcţie de destinaţia lor. Sunt cunoscute următoarele variante constructive: - extrudere monoşurub, se folosesc pentru obţinerea unor produse tip saleuri, sau pregelificatoare, care după decupare sunt expandate într-un cuptor tunel;
30
Gavril Bâlc
- extrudere cu dublu etaj, la care primul etaj este utilizat pentru pretratamentul termic al produsului, iar al doilea pentru extrudare (ex.obţinerea pufuleţilor); -extrudere pentru produse moi, cum sunt matriţele inelare utilizate la obţinerea de furaje concentrate pentru animale; - extrudere speciale, utilizate pentru texturizarea amestecurilor proteice; - extrudere pentru cereale şi făinuri. În cadrul unor linii tehnologice, extruderele mai sunt însoţite de: tunele de uscare, prăjitoare, unităţi pentru realizarea aromatizării, unităţi pentru ambalare, etc. 1.3.2 Analiza procesului de extrudare Procesul de extrudare este condiţionat de: - compoziţia amestecului; - viteza de înaintare a materialului în extruder; - presiunea şi temperatura de extrudare; - durata de staţionare a materialului în extruder. Compoziţia amestecului. Datorită unor transformări ce au loc la extrudare în structura materialului este necesar ca amestecul să nu aibă mai mult de 35...40% glucide şi aproximativ 50% conţinut de proteine. La un conţinut mai ridicat de proteine se adaugă agenţi reducători (sulfat de K, Na) pentru a elimina aspectul gumos al produsului. Dacă umiditatea amestecului depăşeşte 25% datorită creşterii presiunii de vapori în extruder are loc o coagulare prematură a proteinelor şi caramelizarea amestecului. Sub 20% umiditate procesul de gelifiere a amidonului nu are loc. Viteza de înaintare a materialului pe extruder. Curgerea materialului prin extruder poate fi considerată ca o suprapunere a două curgeri: - datorită împingerii materialului de către melc în lungul spirelor lui, cu un debit Qs proporţional cu turaţia; - datorită presiunii fluidului cu un debit Qf. În timpul procesului de lucru (considerând melcul într-un sistem de coordonate xoy) materialul curge în direcţia axei y, axei x şi peste profilul lateral al spirelor în cazul unor scăpări de material. Pentru o curgere bună Qs>Qf. La trecerea prin melc, procesul de transferare a materialului este prezentat în figura 1.14. Viteza de curgere a materialului in orificiile capului de extrudare este în funcţie de vâscozitate, de geometria orificiilor şi de geometria spirelor.
Tehnici şi procese utilizate la construcţia utilajelor din industria alimentară
31
Fig.1.14 Trecerea materialului prin extruder; 1-melc, 2- cilindru, 3- mişcare turbionară, 4- fază traziţie, 5- fază adiacentă spirei. Presiunea şi temperatura din extruder. Temperatura din extruder se realizează din aport caloric exterior, din vapori de apă, fie datorită frecării în special în partea finală a extruderului, fie presiunii realizate prin construcţia secţiunilor de trecere la valori diferite. Durata de staţionare a materialului în extruder, influenţează în mare măsură realizarea extrudării şi inclusiv a expandării materialului. Durata mică de staţionare influenţează negativ transformarea principalelor componente din amestec. 1.3.3. Instalaţii şi tehnologii de extrudare în industria alimentară Extrudarea sub formă de filme. Materialul proteic de o anumită origine şi structură se transformă în pastă cu 60...70% S.U. (Fig1.l5) în instalaţia de extrudare sub formă de filme. Dintr-un malaxor materialul este trimis în coşul de alimentare 1 şi preluat de melcul de alimentare 2. Pasta este încălzită indirect cu ajutorul apei calde prin sistemul 3 până la temperatura de 42...65°C. Melcul 2 având turaţia de 8...12 rot/min, împinge pasta spre blocul matriţă 4, care are în continuare un subansamblu 5, de încălzire cu abur pentru partea exterioară şi subansamblul 8 pentru partea interioară. In blocul matriţă materialul este supus la presiuni de 7..10 MPa (70...100 bari) şi temperaturi de 65...160ºC pe durata de trecere de 0,3...1 minute, unde ia forma unei pelicule tubulare. La căpătul cursei materialul este tăiat cu cuţitele 6.
32
Gavril Bâlc
Fig. 1.15 Schema instalaţiei de extrudare sub formă de filme În drumul său prin tubul 7 materialul este tratat termic cu ajutorul aburului injectat prin tubul 8. Ecluza dozatoare 9 menţine sub presiune permanentă tubulatura 7 şi evacuează în flux continuu produsul extrudat. Extrudarea la temperaturi joase, În instalaţia de extrudare prezentată în figura 1.16, materialul se alimentează prin pâlnia 1, canalul din corpul extruderului 2 şi melcul cu spiră cu pas constant 3, apoi produsul extrudat se scoate prin orificiul 5 sau matriţa 6. Corpul extruderului 2 este prevăzut cu o manta de răcire 4 alimentată cu agent de răcire de către pompa 8 din rezervorul 7. Materialul iese din extruder congelat având forma matriţei prin care trece. Materialul poate fi adus în stare uscată prin tratare cu aer cald sau microunde.
Tehnici şi procese utilizate la construcţia utilajelor din industria alimentară
33
Fig. 1.16 Schema instalaţiei de extrudare la temperaturi joase
Extrudarea dublă, În instalaţia de extrudare dublă (Fig1.17), materia primă şi apa se amestecă în malaxorul 1 în proporţie de a obţine 60... 73% S.U. Materialul este preluat de către un cilindru cu melc 2 si trecut spre camera tubulară 8. Cilindrul 3 este încălzit cu abur sau apă caldă astfel încât amestecul să ajungă prin 4 şi 5 la exterior la temperatura de 61...83oC. În prelungirea melcului se află matriţa 4 sub formă tubulară lăsând liberă o trecere inelară în care se realizează prima extrudare. Produsul trece în camera tubulară 8 având lungimi de 1,8...3 m, unde se continuă extrudarea sub efectul temperatură/presiune. La partea inferioară a tubului 8 se găsesc cuţitele 9, care porţionează materialul tăiat în fâşii şi apoi este preluat de melcul 10. Produsele sunt evacuate prin valva rotativă sau supapa de contrapresiune 11.
34
Gavril Bâlc
Fig 1.17 Schema unei instalaţii de extrudare dublă Extrudarea în industria de morărit şi panificaţie. Prin această metodă se obţin produse tip snacks-uri, saleuri, pufuleţi, făinuri instant, etc. La obţinerea pufuleţilor materia primă o constituie mălaiul. Un produs de calitate se obţine daca amidonul din mălai are 18...28% amiloză şi 2,5 rh r
k
k
k
k10 = k20 = k30 = i, iar valorile lor se aleg din tabelul 2.8
Con circular R
Con circular cu înclinare mică
1
R
1 v1
Ro
1 v3
sinϕ
sinϕ
sinϕ
v2sinϕ
Con circular trunchiat sinϕ
v2sinϕ
-----
v1 = 1 + 0,195
h (4 − μ )ctgϕ Q
v2 = 1 − 0,195
h ctgϕ Q
v3 = 1 − 0,195
h ctgϕ (1 − μ ) Q
136
Gavril Bâlc Tabelul 2.7 (continuare)
Membrană sferică
1 W1
R
sinϕ
⎛ sin ϕ W2 cos ϕ ⎞ −μ A=⎜ ⎟ sin ϕ 2 ⎠ ⎝ 2 W1 1 AW1 W1 = 1 − (1 − 2μ )ctgϕ 2β Q 1 W2 = 2 − (1 − μ )ctgϕ 2β Q Tabelul 2.8 Valoarea mărimilor k0 din tabelul 2.7
βx 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4
k10
k20
24,1866 14,1111 9,0060 6,1561 4,4487 3,3700 2,6602 2,1782 1,8430 1,6057
12,026 8,3707 6,1736 4,7546 3,7882 3,1042 2,6050 2,2324 1,9493 1,7315
k30 4,0052 3,3375 2,8636 2,5098 2,2360 2,0189 1,8433 1,6991 1,5795 1,4795
βx 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5
k10 1,4354 1,3122 1,2226 1,1574 1,1102 1,0762 1,0520 1,0350 1,0233 1,0154 1,0103
k20 1,5623 1,4303 1,3269 1,2461 1,1830 1,1341 1,0966 1,0680 1,0467 1,0310 1,0198
k30 1,3955 1,3247 1,2650 1,2148 1,1727 1,1376 1,1084 1,0845 1,0650 1,0493 1,0368
Ţinând seama de valorile coeficienţilor din tabelele 2.7 şi 2.8 relaţiile de calcul ale deplasărilor sunt:
9,35 Qh 1 k1 ≈ 1 − μ 2 )k1 ; ( 3 βD hE δ δ12 = δ 21 = 11 k2 = 0,39 Qhδ11k2 ; 2β δ δ δ 22 = 12 k3 = 112 k2 k3 ≈ 0,78 Qhδ12 k2 k3 β 2β δ11 =
în care:
(2.86)
Calculul şi construcţia recipienţilor utilizaţi în industria alimentară
137
3 (1 − μ 2 ) β=4 ; Q2h2 D=
h3 E . 12 (1 − μ 2 )
Momentul de încovoiere care acţionează în secţiune meridională a membranei cilindrice se determină cu ajutorul ecuaţiei (2.61) prin diferenţiere în raport cu x obţinând:
Mx = −
1 ⋅ ⎡⎣ 2 β M 0e − β x (cos β x + sin β x ) + 2Q0e − β x sin β x ⎤⎦ (2.87) 2β
Odată cu momentele meridionale la încovoierea benzii delimitate de peretele cilindrului apar momente inelare (circulare) Mϕ, care opun rezistenţă distorsionării formei secţiunilor transversale ale benzii. Ţinând seama de relaţia (2.54) pentru momentul circular M2 se poate scrie: Mϕ=μMx Tensiunile meridionale limită în peretele membranei cilindrice se determină ca raport al momentului de încovoiere faţă de momentul de rezistenţă al secţiunii dreptunghiulare a benzii cu baza egală cu unitatea şi înălţimea h.
σ 1x = ±
6M x h2
(2.89) Înlocuind (2.87) în relaţia (2.89) se obţine expresia pentru tensiunile meridionale ce apar ca rezultat al acţiunii momentelor de încovoiere M0 şi a forţelor transversale Q aplicate la marginea membranei. În calculele practice de dimensionări, prezintă interes valoarea tensiunilor la marginea membranei, adică:
σ 10 = ±
6M 0 h2
(2.90) Tensiunea periferică limită este suma dintre tensiunea periferică determinată de momentul inelar M2 şi tensiunea condiţionată de forţa periferică conform relaţiei (2.50), adică:
σ 20 = ±
6M ϕ h
2
+
Tϕ
(2.91)
h
Dacă T2 este forţa periferică la marginea membranei şi M2 momentul inelar în aceeaşi zonă, se poate determina tensiunea periferică la marginea membranei cu relaţia:
σ 20 = ±
6M 2 T2 + h2 h
(2.92)
138
Gavril Bâlc
Faţă de relaţiile de mai sus, valorile la membranele cu pereţi subţiri, la membranele cu pereţi groşi, sarcinile ce acţionează asupra diferitelor suprafeţe, trebuie să fie considerate în zona medie a suprafeţei. Exemplu: Dacă un cilindru este supus unei presiuni interioare p1 şi exterioare p2, în ecuaţiile de calcul se ia în considerare: unde: k = r1 .
p = p1
2 (kp1 − p2 ) r1 r , − p2 2 = rm rm 1+ k
(2.93)
r2
La determinarea tensiunilor trebuie să se aibă în vedere imparitatea formulei (2.92) referitor la cilindrii cu pereţi groşi. Formula nu ţine seama de diferenţa în lungime a fibrelor periferice interioare şi exterioare. De aceea un rezultat precis se poate obţine cu formula:
σ 20 = ±
6 M 2 (M y )x =0 + , h2 r h m±
(2.94)
2
h
relaţie obţinută prin înlocuirea lui T din relaţia (2.50) în relaţia (2.92) şi a lui r cu rm ± 2 deoarece nu poate fi neglijată grosimea cilindrului.
2.1.6.Încovoierea membranelor conice la o încărcare simetrică. Se consideră o membrană conică de forma din figura 2.10, la marginea căreia acţionează forţa H.
Fig.2.10.Membrană conică sub acţiunea forţei tăietoare k se pot obţine dacă forţa H se proiectează pe direcţia x-x Deplasările δ11k ; δ12k ; δ 22 perpendiculară pe membrana conică. Considerând H=1 şi utilizând formulele din tabelul 2.7 se obţin relaţiile:
Calculul şi construcţia recipienţilor utilizaţi în industria alimentară
9,35 Rh 1 − μ 2 ); ( 3 hE k δ12 = 0,39 Rhδ11k sin ϕ ;
139
δ11k =
(2.95)
δ 22k = 0,78 Rh sin ϕδ12k .
Formulele (2.95) sunt corecte pentru un unghi ϕ nu prea mic. Se susţine acest lucru deoarece eroarea admisă în comparaţie cu unitatea este h ⋅ ctgϕ. Când eroarea iese din R limitele admise este necesar a se introduce o corecţie v. Pentru determinarea tensiunilor la marginea membranei conice se va proiecta forţa H care acţionează în direcţia razei în planul axei membranei. Se poate calcula astfel tensiunea totală periferică meridională.
T1 = H cos ϕ
τ 10 =
T1 6M 0 ± 2 , k k
(2.96) (2.97)
unde M0 este momentul de încovoiere ce acţionează la marginea membranei. Penru determinarea tensiunilor periferice totale pe marginea membranelor conice trebuie să se determine forţele periferice T2 cu relaţia:
T2 =
Ey h, r
(2.98)
în care y este săgeata de încovoiere şi are valoarea:
y = δ12 M 0 + δ 22 H
(2.99)
Din (2.98) şi (2.99) rezultă:
T2 =
hE (δ12 M 1 + δ 22 H ). r
T2 =
hE ⎛ δ 22 ⎞ H ⎟. ⎜ δ12 M 1 + r ⎝ v2 ⎠
(2.100) Dacă unghiul ϕ este mic în cazul membranelor conice se introduce corecţia v2 astfel că relaţia (2.100) devine: (2.101)
Momentul inelar la marginea membranei conice se va determina cu relaţia:
M 2 = μM0 +
0,34h cos ϕ H, v1
(2.102)
iar tensiunea inelară totală la marginea membranei este:
σ 20 =
T2 6 M 2 + 2 h h
(2.103)
140
Gavril Bâlc Pentru marginea secţionată a membranei se scriu relaţiile:
T1 = H cos ϕ ;
hE (δ12 M 1 + δ 22 H ); r h cos ϕ M 2 = μ M 0 − 0, 272 H. v3
T2 =
(2.104)
Dacă membrana conică se îmbină cu o altă membrană sau se fixează la margine, în locul de îmbinare apar forţe de distanţare egale cu proiecţia forţelor meridionale σmh pe planul perpendicular pe axa membranei, adică:
H p = σ m h cos ϕ
(2.105)
2.1.7. Calculul îmbinărilor membranelor În cazul fixării sau îmbinării membranelor pe lângă forţele inelare şi meridionale calculate după teoria fără moment a membranelor, apar momente de încovoiere, forţe transversale, inelare şi meridionale, condiţionate de curbarea locală a membranelor. Efectul acţiunii lor poartă denumirea de efect de margine. Rezolvarea problemelor legate de efectul de margine se face utilizând metoda forţelor din rezistenţa materialelor. Se foloseşte astfel condiţia de continuitate a deformărilor, adică se consideră membranele legate în imposibilitatea de a efectua deplasări relative. Pentru calculul unor asemenea îmbinări se taie locul îmbinării cu un plan perpendicular pe axa sa, rezultând un sistem static determinat format din două membarne. La ambele membrane se aplică sarcinile date, iar în locul secţiunii forţele calculate după teoria fără moment. Se aplică şi forţe necunoscute necesare calculului cum ar fi momentele şi forţele meridionale. Odată sistemul constituit se scriu ecuaţiile canonice după metoda forţelor. Pentru elucidarea celor spuse se va face în continuare studiul unui recipient format din două membrane îmbinate (Fig.2.11). Se admite ideea deformării ambelor membrane care compun recipientul sub acţiunea unor forţe exterioare anexate la acestea, independente una faţă de alta. Se notează cu δ2p deplasarea radială a marginii membranei 1, prin δ1p rotirea ei, cu δ2p deplasarea radială a marginii membranei 2 şi δ1p rotirea ei. Deşi în general deplasările radiale şi unghiulare ale celor două membrane nu sunt egale, în cazul de faţă membranele nu se pot deforma independent una faţă de alta. În secţiunile de margine apar forţe radiale şi transversale Q0 şi Q0’’ inverse ca sens şi momente de încovoiere M0. Considerând în acest caz delpasările radiale si unghiulare de rotaţie a secţiunilor egale se poate scrie sistemul de ecuaţii sub forma canonică, astfel:
Calculul şi construcţia recipienţilor utilizaţi în industria alimentară
141
δ11I M 0 + δ12I Q0 + δ1Ip = δ11II M 0 + δ12II Q0I + δ1IIp δ 21I M 0 + δ 22I Q0 + δ 2I p = δ 21II M 0 + δ 22II Q0I + δ 2IIp ,
(2.106)
în care δ11, δ21, δ22 sunt deplasările unghiulare radiale ale marginilor membranelor 1 şi 2 sub acţiunea forţelor şi momentelor unitare. Forţele transversale, eforturile şi sarcinile îndreptate pe rază, care faţă de axa membranei duc la extensia sa, se consideră pozitive, iar pe direcţia inversă se consideră negative. Momentele îndreptate spre exterior, care duc la întidnerea fibrelor exterioare şi comprimarea celor inerioare se consideră pozitive, iar sesul invers negativ.
Fig.2.11.Schema de calcul a unui recipient. Deformările ce apar ca efect al acţiunii forţelor radiale vor fi considerate pozitive, când aceste forţe faţă de axa virolei sau a fundului, duc la întindere.
142
Gavril Bâlc
Deformările unghiulare, se consideră pozitive dacă momentele de încovoiere duc la întinderea fibrelor interioare a primului element al recipientului sau a fibrelor exterioare la cel de-al doilea element al recipientului. Pentru calculul practic al recipientilor se formulează expresii pentru deplasările date de forţele exterioare, forţele transversale unitare şi momentele de încovoiere aplicate la marginea membranei. Se înlocuiesc aceste valori în ecuaţiile (2.106) şi se obţine Q0 şi M0, iar apoi se determină tensiunile din secţiunile meridionale şi inelare. 2.1.8.Calculul unor repere ale instalaţiilor termice 2.1.8.1.Calculul unor corpuri cilindrice ale aparatelor verticale În industria alimentară şi chimică se utilizează frecvent aparate termice şi de capacitate cu corpuri cilindirce.Astfel de subansamble sunt: tancurile de depozitare a lichidelor (de păstrare a laptelui), cuve de fermentare, etc; care în procesul tehnologic sunt supuse unor presiuni interne apreciabile. Forţele care acţionează asupra pereţilor sunt date de presiunea hidrostatică a lichidului, fiind astfel dependente de înălţimea coloanei hidraulice. Dacă într-un punct pe suprafaţa interioară a recipientului presiunea hidrostatică şi presiunea suplimentară depăşesc 0,07 MPa, la proiectare recipienţii trebuie consideraţi sub presiune.
σ
Când raza curbei meridionale a cilindrului este ∞ rezultă m = 0 . Ţinând seama Qm de relaţia (2.44) se obţine:
σt =
pr , h
(2.107) unde r este raza recipientului. Dacă se secţionează cilindrul cu un plan perpendicular pe generatoare şi se scrie ecuaţia de echilibru a părţii secţionate rezultă: (2.108) σ m 2π rh = π r 2 p, din care:
σm =
pr 1 = σt . 2h 2
(2.109)
La dimensionarea recipientului prezintă interes acea zonă a lui, unde presiunea lichidului atinge valoarea maximă. Pentru cilindrul vertical încărcat cu lichid presiunea maximă de care trebuie să se ţină seama este:
p = p0 + γ H ,
unde, γ este greutatea volumică a lichidului în kg/cm3,
(2.110)
Calculul şi construcţia recipienţilor utilizaţi în industria alimentară
143
H - înălţimea coloanei de lichid în recipient. În acest caz tensiunea periferică este:
σt =
p0 + γ H r, h
(2.111) iar σm rezultă din (2.109). Dacă cilindrul este acoperit la partea superioară, tensiunea nominală este egală cu zero. Tensiunea la peretele recipientului în sens radial se consideră zero. În varianta realizării recipienţilor din materiale plastice se face apel la teoria tensiunilor maxime tangenţiale în baza cărora tensiunea echivalentă este:
σ ech = σ 1 − σ 3 .
(2.112)
În cazul abordat σ1 = σt şi σ3=0. Prin urmare σech= σ1= σt,
p0 + γ H
σt = r≤σ şi h unde σ este tensiunea admisă la întindere. Din relaţia (2.7) rezultă grosimea recipientului: h=
( p0 + γ h )r . σ
(2.113)
(2.114)
Deoarece în practică se utilizează recipienţi sudaţi se introduce în (2.8) coeficientul de rezistenţă a cusăturii sudate reprezentat prin raportul rezistenţei cusăturii faţă de rezistenţa metalului de bază precum şi adaosul la coroziunea c. În final pentru calculul grosimii peretelui se utilizează relaţia:
h=
( p0 + γ H )r + c. τϕ
(2.115)
Literatura de specialitate recomandă şi o altă formulă pentru calculul grosimii peretelui bazată pe teoria energetică de rezistenţă. Această relaţie este:
σ ech =
1⎡ 2 2 2 (σ 1 − σ 2 ) + (σ 2 − σ 3 ) + (σ 1 − σ 3 ) ⎤⎦ ≤ σ , ⎣ 2
(2.116)
unde σ1 , σ2 , σ3, sunt tensiuni normale principale într-un punct dat. În cazul membranelor cilindrice supuse la presiuni interioare se utilizează relaţiile:
σ1 = σ t =
pr pr ; σ2 = σm = ; σ3 = σ2 = 0 h h
Înlocuind aceste valori în (2.10) se obţine:
1,73
pr ≤σ. 2h
(2.117)
144
Gavril Bâlc
Dacă se notează cu Di diametrul interior al recipientului, c adaosul la coroziune, h şi h’- grosimea totală şi de calcul a peretelui, raza suprafeţei medii a membranei rsm este:
rsm =
Di (h − c ) , 2
(2.118)
iar grosimea totală a peretelui va fi h=h’+c. După înlocuiri în (2.117) se obţine:
h=
pDi + c. 2,3ϕ σ − p
(2.119)
D
n ≤ 1, 2 se recomandă Dacă raportul dintre diametrul nominal Dn şi Di este D utilizarea formulei (2.71). i Valorile adaosului la coroziune c şi coeficientul de rezistenţă al cusăturii sunt prezentate în tabelele 2.9 şi 2.10. Tabelul 2.9 Valoarea adaosului de coroziune c Valoarea lui Material Factorii de influenţă c (mm) Agresivitaea mediului, Oţeluri-carbon durata de funcţionare, 1...3 dimensiunea aparatului Cupru Recopt, călit, la h H şi are un agitator cu palete ce se mişcă lent cu o turaţie de 1 rot/min şi lucrează la 40°C. 4.3.10.3 Saturaţia I, are ca scop formarea de precipitat cu excesul de lapte de var slab legat sub formă de zaharaţi “mono” si “dicalcici”. Zeama defecată intră în aparat la 85°…90° C cu alcalinitate de 1,5…2 % CaO care se află sub formă de suspensie în procent de 90%
186
Gavril Bâlc
şi 10% sub formă de hidroxid de calciu. Zeama este tratată cu gaz de saturaţie provenit de la cuptorul de var conţinând 26…34% O2 până la o alcalinitate de 0,06 … 0,1 % CaO, respectiv un pH = 10,8…11,2. Pentru saturaţia I se folosesc două tipuri de aparate : a) Cu funcţionare continuă ; b) Cu funcţionare discontinuă . a) Aparatul cu funcţionare continuă (Fig.4.16)
Fig. 4.16 Schema unui aparat cu funcţionare continuă pentru saturaţia I. 1 – corpul aparatului; 2 – distribuitor gaz de saturaţie; 3 – distribuitor zeamă defecată+recirculată; 4 – pompă centrifugă; 5 – conductă de recirculare; 6 – conductă de evacuare zeamă saturată ; 7 – conductă gaz de saturaţie; 8 – preaplin;9 – evacuare gaz de saturaţie uzat; A – zeamă defecată; B – Zeamă defecată + zeamă recirculată; C – admisie gaz de saturaţie; D – evacuare zeamă saturată; E – evacuare gaze de saturaţie uzate. În cilindrul 1, zeama defecată + zeama recirculată intră prin racordul 3 şi este distribuită de sus în jos . Bioxidul de carbon O2 este adus prin conducta 7 şi distribuit în contracurent în masa de zeamă prin distribuitorul cu duze 2. Zeama saturată trece prin conducta 6 spre preaplinul 8 şi apoi evacuată prin racordul D, în timp ce gazele uzate părăsesc aparatul prin racordul E. Reacţiile care au loc în aparat sunt următoarele : CO2+H2OH2CO3
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
187
CaO+H2OCa(OH)2 (4.8) Ca(OH)2 + H2CO3=CaCO3+2H2O b) Aparatul cu funcţionare discontinuă (Fig.4.17) Zeama de difuzie + nămolul concentrat sunt aduse în vasul 1 prin racordul 2 peste care se alimentează prin racordul C oxidul de calciu (CaO) şi prin racordul D bioxidul de carbon (CO2). Gazul de saturaţie (CO2) adus prin conducta 5 este distribuit în aparat prin distribuitorul 4 şi circulă în contracurent cu masa de zeamă .
Fig.4.17 Schema unui aparat pentru saturaţia I cu funcţionare discontinuă. 1 – corpul aparatului; 2 – racordul de alimentare; 3 – conductă de evacuare zeamă saturaţie I; 4 – distribuitor CO2; 5 – racord alimentare CO2; 6 – spărgător de spumă; 7 – dispozitiv de măsurare nivel; A – alimentare zeamă + nămol concentrat; B – evacuare zeamă saturată; C – alimentare CaO; D – alimentare CO2; E – evacuare gaz de saturaţie uzat. Controlul nivelului zemeii în aparat se face cu dispozitivul 7 .La partea superioară cilindrul 1 este prevăzut cu un spărgător de spumă 6 şi racordul E pentru evacuarea gazului de saturaţie uzat. Zeama saturată este preluată de racordul 3 şi evacuată prin racordul B . 4.3.10.4 Saturaţia a – II – a, este un procedeu prin care se scade la minim conţinutul de săruri de calciu din zeama subţire şi se precipită excesul de var prin adaos de CO2. Aparatele utilizate sunt cele de tipul prezentat în figurile 4.16 şi 4.17. Tratarea cu CO2 se face până alcalinitatea ajunge la 100…150 mg CaO/litru şi un pH=8,2…8,8. Pentru un proces corespunzător de saturaţie KOH şi NaOH se transformă după reacţiile: 2KOH + O2 = K2O3+H2O (4.9) 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O Operaţia de saturaţia a-II-a durează 4…5 minute, se desfăşoară la 100°C şi fără exces de CO2 pentru a împiedica formarea de bicarbonţi solubili.
188
Gavril Bâlc 4.3.10.5 Prefierberea zemii subţiri după saturaţia a-II-a
Această operaţie se face la 105…107°C şi are loc atunci când s-a pierdut controlul asupra CO2 şi s-au format bicarbonaţii solubili. În timpul procesului de prefierbere au loc următoarele reacţii: 2KHCO3 → K2CO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2 → CaCO3+CO2+H2O
(4.10)
Carbonaţii insolubili care rezultă sunt îndepărtaţi prin filtrare. 4.3.10.6 Sulfitarea zemii subţiri, se face cu scopul de a decolora zeama, de a reduce vâscozitatea zemei şi de a reduce alcalinitatea la 0,001 % CaO. Decolorarea zemii se produce ca efect al hidrogenului asupra substanţelor colorate, hidrogen rezultat în urma reacţiilor: SO2+H2O → H2SO3 (4.11) H2SO3+H2 → H2SO4+2H Reacţia care reduce alcalinitatea este: K2SO3+H2SO3 → K2SO3+CO2+H2O
(4.12)
4.3.10.7 Separarea precipitatului din zeamă, se poate face după fiecare din operaţiile de saturaţie I, saturaţia a-II-a şi sulfitare, sau se face decantarea urmată de filtrarea în filtre concentratoare.
4.3.10.8 Scheme ale procesului de purificare Schemele de purificare ce cuprind aparatele tratate în subcapitolul 4.3.10 urmăresc producerea unor fenomene după cum urmează: - coagularea coloizilor înainte de saturaţia I (schema Briegell-Müller); - purificarea fără coagularea coloizilor înainte de saturaţia I (schema Door); - variante mixte (schema Schneider-BMA). a) Schema de purificare Briegell-Müller (Fig. 4.18), se bazează pe predefecarea progresivă a zemii de difuzie.
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
189
Fig.4.18 Schema instalaţiei de purificare Briegell-Müller. 1 – predefecator; 2 – defecator; 3 – preîncălzitor; 4,8 – saturator;5 – decantor; 6 – filtru rotativ cu vid ; 7 – preîncălzitor ; 9 – filtru ;A- alimentare CaO; B,C – alimentare CO2; D – zeamă limpede; E – alimentare zeamă. În predefecatorul 1 zeama se tratează cu 0,2…0,25 g CaO/ 100 ml şi primeşte nămolul concentrat de la filtrul rotativ cu vid 6 . Zeama trece în defecatorul 2 unde se tratează cu 1 g CaO/ 100 ml, de unde trece în preîncălzitorul 3 unde se încălzeşte la 85…90°C .De aici zeama trece în saturatorul 4 unde se tratează prin B cu CO2 până ajunge la pH=10,8…10,9 şi apoi urmează în decantorul 5 separarea zemei limpede de nămolul concentrat, care se spală şi se filtrează în filtrul rotativ cu vid 6, de unde ajunge în 1 . De la decantorul 5 zeama limpede ajunge la preîncălzitorul 7, saturatorul 8 pentru saturaţia a-II-a unde primeşte CO2 până la alcalinitatea de 0,015…0,020 g CaO/ 100 ml. De aici zeama este filtrată în filtrul 9 şi trimisă în circuit prin D. a) Schema de purificare DOOR (Fig. 4.19). Zeama de difuzie este alimentată prin A în preîncălzitorul 1 unde ajunge la 90°C, după care este introdusă în vasul de amestec 2 prin care se recirculă zeama saturată din saturatorul 3. Din saturatorul 3 zeama este luată de pompa 9 şi trimisă în decantorul 4 şi de aici în filtrul rotativ cu vid 5, de unde rezultă zeama de filtru, trimisă de pompa 10 în decantorul 4, iar nămolul evacuat prin N. Zeama de filtru trece din 4 în preîncălzitorul 6, apoi în saturatorul 7, unde se alimentează prin D cantitatea de CO2 necesar. Din 7 zeama trece în filtrul 8 unde se obţine zeama limpede E şi nămolul N.
190
Gavril Bâlc
Fig.4.19 Schema de purificare DOOR . 1 – preîncălzitor;2 – vas de amestec; 3 – saturator; 4 – decantor;5 – filtru rotativ cu vid;6-preîncălzitor; 7 – saturator; 8 – filtru. A – alimentare zeamă de difuzie; B – alimentare CaO; C – alimentare CO2 ; 9,10,11 – pompe.
4.3.11 Evaporarea zemii subţiri (concentrarea) Zeama purificată este o zeamă subţire şi conţine 11…15 % substanţă uscată. Prin evaporare într-o instalaţie de tipul celei din figura 4.20. Zeama subţire se concentrează până la 60 % substanţă uscată, devenind zeamă groasă. Instalaţia de evaporare în intervalul de temperatură de 130°C…60°C lucrează în mai multe trepte de presiune. Evaporatoarele 1…5 legate în serie lucrează la temperatură şi presiuni descrescătoare (corpul 1 la 116° C şi abur la 130°C corpul 2 la 108°C,corpul 3 la 100°C …), deoarece începând cu primul evaporator, temperatura la ieşire devine agent de încălzire pentru cel de-al doilea, etc. Aburul care iese pe la partea superioara a ultimului corp intră prin E în condensatorul barometric, se conectează cu picăturile din captatorul de picături 7 şi se dirijează în bazinul barometric 9 . Captatorul de picături se conectează în D cu pompa de vid . La condensatorul barometric se consumă o cantitate de 200…500 l / 100 kg sfeclă. Prin concentrare se obţin următoarele: - modificarea conţinutului de coloizi . Datorită acţiunii dintre zahărul invertit şi aminoacizi creşte cantitatea de coloizi coloraţi, care la operaţia de cristalizare pot fi adsorbiţi la suprafaţa cristalelor de zahăr ; - scăderea alcalinitaţii zemei în urma descompunerii amidelor şi a zahărului invertit în acizi humici şi uşoara caramelizare a zaharozei; - descompunerea zahărului şi intensificarea coloranţiei în funcţie de pH-ul zemei şi temperatura de evaporare; - creşterea purităţii datorită descompunerii nezahărului şi formarea de precipitate insolubile care se depun pe ţevile evaporatoarelor, efect negativ asupra fluxului termic.
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
191
Fig.4.20 Schema unei instalaţii de evaporare în trepte 1...5 – corpuri de evaporare; 6 – condensator barometric; 7 – captator de picături; 8 –pompe; 9 – bazin barometric; A – alimentarea zeamă subţire; B – intrare abur; C – apa rece; D – către pompa de vid; E – ieşire abur.
4.3.12 Fierberea si cristalizarea zahărului Fierberea, este operaţia prin care zeama cu 60…65° Brix, se concentrează până la 90…93°Brix sub forma unei paste groase cu suspensie de cristale de zahăr. Cristalizarea zaharozei are loc pe măsura fierberii când zeama atinge o anumită suprasaturaţie, determinată de “ proba de fir “. Cristalizarea se poate amorsa cu germeni de cristalizare în cantitate de 106 … 108 / 100 l masă groasă pe care se depune zaharoza din soluţia suprasaturată. Fierberea zemii groase se face în aparate verticale cu funcţionare continuă sau discontinuă. Cel mai des utilizat este aparatul de fierbere sub vid cu circulaţie mecanică a zemii groase. 4.3.12.1 Fierbătorul sub vid (Fig.4.21), este un aparat care aduce zeama groasă la o concentraţie finală de 95°…96° Brix. Zeama groasă este alimentată prin racordul A în corpul fierbătorului 2 unde fierbe timp de 8…16 ore până se ajunge la concentraţia dorită, după care zeama groasă este descărcată prin racordul C într-un malaxor cristalizator răcit artificial amplasat sub aparatul de fierbere . În malaxor zeama groasă se răceşte şi zahărul cristalizează. Răcirea finală se face la 35° C, iar pe parcursul procesului de răcire se are în vedere ca siropul mamă să fie
192
Gavril Bâlc
permanent suprasaturat (α=1,1). Aburul se alimentează prin racordul B în registrul de ţevi de fierbere 5, iar condensul format se elimină prin racordul D. Gazele rezultate la fierbere se ridică în separatorul de picături 4 de unde picăturile ajung în camera de fierbere 2, prin racordul F, iar gazele necondensabile sunt evacuate prin racordul E. Masa de zeamă groasă este amestecată cu ajutorul dispozitivului cu palete 3.
Fig.4.21 Schema unui fierbător sub vid. 1 – corpul fierbătorului; 2 – camera de fierbere; 3 – ax cu palete; 4 – separator de picături ; 5 – tăvi de fierbere ;A – alimentare cu zeamă concentrată; B – alimentare abur;C – zeama groasă; D – eliminare condens; E – gaze necondensabile 4.3.13 Centrifugarea Este operaţia prin care se obţine zahărul cristal cu 0,5% umiditate, siropul verde şi siropul alb ca urmare a spălării zahărului cristale cu apă la temperatura de 70…80°C sau abur. Pentru această operaţie se utilizează centrifuge care se clasifică astfel: - cu funcţionare continuă: - orizontale; - verticale ; - cu funcţionare periodică: - verticale; - suspendate.
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
193
Înainte de operaţia de centrifugare siropul gros rezultat de la fierbere se încălzeşte la 40…45°C în aşa fel încât siropul întercristalin să devină o soluţie saturată cu α=1,0 şi vâscozitatea < 20-30%. 4.3.13.1 Principiul functionării centrifugii Ca urmare a rotirii tamburului (Fig. 4.22) asupra unei mase m de material acţionează o forţa centrifugală Fc dată de relaţia : Fc=mω2r ,
(4.13)
unde, r este raza medie a tamburului, (m); ω – viteza unghiulară . 2 Ţinând seama că : ω = π n , m = G şi π = 1 şi înlocuind în relaţia (4.13) se 30 g obţine : g
Fc =
n2r . 900
(4.14)
Factorul de separare Z, ce caracterizează centrifuga se calculează cu relaţia:
Z=
ω 2r g
(4.15)
Z=
rn 2 900
(4.16)
sau,
Factorul de separare pentru centrifugele din industria zahărului este z = 650…1500. Turaţia centrifugelor este n = 2500 rot/min, iar la centrifugele cu funcţionare periodică este n = 1000 rot/min . Productivitatea unei centrifuge cu funcţionare discontinuă este :
Q=
G1 60 60V1γ , = τ τ
în care, V1 este volumul şarjei (m3); γ – greutatea specifica a materialului (kg/m3); τ – durată ciclului de centrifugare (min).
(4.17)
194
Gavril Bâlc 4.3.13.2 Principiul de funcţionare al unei centrifuge verticale (Fig.4.22)
Centrifuga verticală este formată din axul vertical 1 pe care se aşează tamburul tronconic găurit 2 prin intermediul suportului 4, conducta de alimentare cu zahăr brun 3 şi conducta pentru apă de spalat 5. Prin conducta 3 se alimentează zahărul brun care ajunge la partea inferioară a tamburului găurit 2 care se roteşte cu viteza unghiulară ω . Prin centrifugare siropul verde se adună prin colectoarele C, siropul alb prin colectoarele B după ce zahărul cristal a fost spălat cu apă la 70°C…80°C sau abur adus prin conducta E. La partea superioară pe direcţia D se colectează zahărul cristal cu 0,5% H2O.
Fig.4.22 Schema unei centrifuge verticale pentru obţinerea zahărului cristal. 1 – ax vertical; 2 – tambur tronconic găurit; 3 – conductă de alimentare cu zahăr brun; 4 – suportul tamburului 2 ; 5 – conductă pentru apă de spălat; A –alimentare cu zahăr brun;B – sirop alb; C – sirop verde; D – zahăr cristal cu 0,5% H2O; E – apă de spălat. 4.3.14 Rafinarea zahărului Este operaţia prin care se îndepărtează impurităţile reţinute la suprafaţa cristalelor de zahăr prin includere sau absorbţie. Impurităţile se pot îndepărta prin: - afinaţia zahărului brut; - dizolvare, recristalizare, decolorare si filtrare a clerselor.
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
195
Afinaţia, este operaţia de înlocuire mecanică a peliculei de sirop intercristalin aderentă pe cristale ce rămân de la centrifugare cu o puritate mai mare decât siropul aderent. Operaţia de afinaţie se parcurge în două etape: - obţinerea masei artificiale, se face prin amestecarea zahărului cu un sirop la 85°C … 90°C cu puritatea mai mare decât siropul intercristalin şi malaxarea într-un utilaj specializat; - centrifugarea masei artificiale, ocazie cu care se face albirea . Prin dizolvarea zahărului galben în ape de condens sau în zeama subţire purificată se obţin clerele (clerse) . După dizolvare clersele se amestecă în vase cu agitator şi serpentine de încălzire deoarece temperatura lor trebuie să ajungă la 80°…90°C, iar concentraţia la 65° Brix. Clersele odată formate se decolorează cu cărbune vegetal în procent de 0,8% raportat la substanţa uscată sau cu cărbune de oase . 4.3.14.1 Scheme de obţinere a zahărului rafinat Pentru obţinerea zahărului rafinat se utilizează două scheme tehnologice: - schema de fierbere şi cristalizare cu patru produse ; - schema de fierbere şi cristalizare cu patru produse şi picior de cristal . a) Schema de fierbere si cristalizare cu patru produse În cadrul acestei scheme de fierbere şi cristalizare se parcurg operaţii tehnologice şi se folosesc utilaje cunoscute în capitolul anterior. Operaţiile tehnologice parcurse sunt cele descrise în figura 4.23.
196
Gavril Bâlc
Fig. 4.23 Schema de fierbere- cristalizare cu patru produse
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
b) Schema de fierbere – cristalizare cu patru produse şi picior de cristal (Fig. 4.24)
Fig. 4.24 Schema de fierbere – cristalizare cu patru produse şi picior de cristal
197
198
Gavril Bâlc
4.3.15 Utilaje pentru prelucrarea zahărului umed 4.3.15.1 Utilaje pentru transport şi sortare primară În urma operaţiei de centrifugare zahărul necesită transport şi sortare primară până la uscător . Pentru transport se utilizează transportare oscilante (Fig. 4.25) pe care cristalele de zahăr se deplasează prin salturi spre elevatorul ce duce la uscător :
Fig. 4.25 Schema unui transportor oscilant pentru zahăr, 1 – bandă jgheab; 2 – mecanism de antrenare; 3 – mecanism de suspensie cu arcuri;4 – strat de zahăr; r – raza manivelei. Banda tip jgeab 1 are o lăţime între 400…1000 mm şi înălţimea marginilor de 200…300 mm. Deplasarea zahărului 4 pe transportor se face cu o viteza de 0,15…0,20 m/s, imprimată de oscilaţiile induse de mecanismul de antrenare 2 tip bielă – manivelă şi de mecanismul de suspensie elastică 3 pe care este aşezată banda 1 . Grosimea stratului de zahăr transportat poate fi de 30…50 mm pentru a realiza răcirea şi un început de uscare. 4.3.15.2 Instalaţii pentru uscarea zahărului Este cunoscut faptul că în structura zahărului există apă legată chimic sau apă de aport (apa capilară) şi apă liberă care îi imprimă acestuia un anumit grad de umiditate în urma operaţiilor de centrifugare, în funcţie de dimensiunile cristalelor. Astfel pentru cristale cu dimensiunea de 1…1,5mm umiditatea este de 0,5%, iar pentru 0,25…0,3mm, umiditatea este de 2%. Prin uscare se îndepărtează în ordine umiditatea liberă, umiditatea capilară şi parţial umiditatea legată dacă zahărul este măcinat. Pentru uscarea zahărului se utilizează câteva tipuri de uscătoare dintre care se amintesc: - uscătorul turn; - uscătorul cu turbine;
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
199
- uscătorul cu tambur. a) Uscătorul turn (Fig. 4.26) este o instalaţie utilizată pentru uscarea zahărului cu cristale mai mari de 1 mm.
Fig. 4.26 Schema unui uscător turn pentru zahăr. 1 – corpul uscătorului; 2 – gura de încărcare; 3 – şicane;4 – gura de golire; 5 – racord aer cald; 6 – ax cu discuri;7 – grup de antrenare. A – zahăr umed; B – aer cald; C – zahăr uscat. Uscătorul este format din corpul 1, care are la partea superioară gura de alimentare 2 cu zahăr umed A şi grupul de antrenare 7, iar la partea inferioară gura de evacuare a zahărului uscat 4 şi racordul 5 pentru aer cald B. În interiorul uscătorului se găseşte axul 6 cu discurile 3 peste care curge în contracurent zahărul umed A cu aerul cald B. Pentru o eficienţă a procesului de uscare este necesar ca între zahărul umed A şi aerul cald B să existe o diferenţă de umiditate şi temperatură încât la ieşire din uscător zahărul să aibă umiditatea < 0,05% şi temperatura < 35°C…40°C. b) Uscătorul cu turbină (Fig. 4.27), se utilizează pentru uscarea zahărului cu dimensiuni mijlocii 0,5…1mm. În corpul uscătorului 1 se roteşte cu viteza ω1 axul central 2 pe care este fixat ventilatorul 3 pentru aspiraţia aerului saturat şi ventilatoarele 4 pentru vehicularea aerului proaspăt aspirat prin gurile de aspiraţie 9. În jurul axului central 2 se roteşte cu viteza ω2 suportul 7 pe care se fixează discurile inelare 6 peste care cade de sus în jos din gura de alimentare 8 zahărul umed.
200
Gavril Bâlc
Aerul uscat aspirat prin gura B de jos in sus se încălzeşte de către radiatoarele 5 şi este alimentat sub formă de aer saturat de către ventilatorul 3 prin gura de evacuare C. La partea inferioară a uscătorului se află transportorul cu bandă 10 care preia zahărul uscat şi-l trimite spre sortare. Suportul cu discurile inelare 6 se roteşte în jurul axului central 2 cu 0,25…0,30 rot/ min.
Fig. 4.27 Schema unui uscător de zahăr cu turbină. 1 – corpul uscătorului; 2 – ax central; 3 – ventilator aspiraţie; 4 - ventilatoare fixe; 5 – radiatoare de încălzire; 6 – discuri inelare; 7 – suport pentru discuri inelare; 8 – gură de alimentare ; 9 – canale de aspiraţie aer proaspăt; 10 – transportor evacuare zahăr uscat; A – alimentare zahăr umed; B – admisie aer proaspăt; C – evacuare aer saturat. c) Uscătorul cu tambur rotativ (Fig. 4.28), se utilizează pentru uscarea zahărului format din cristale fine cu granulaţie 40 °C contribue la destrămarea lor. În urma procesului de presare conţinutul de apă din borhot ajunge la 16…20%, ceea ce nu asigură o conservabilitate bună. Din acest motiv borhotul este supus unui proces de uscare până apa ajunge la 10…12%, iar conţinutul de substanţă uscată la 88…90%.
4.3.17 Fabricarea zahărului cubic Zahărul cubic se fabrică pornind de la zeama purificată concentrată, ajungând la clerse purificate şi obţinând zahărul cubic şi concomitent zahăr tos. Schema procesului tehnologic este prezentată în figura 4.33. La operaţia de fierbere – cristalizare a clersei este necesar să se respecte câteva condiţii şi anume: - temperatura de fierbere în prima parte să fie 80…85°C, iar în partea a doua 70…72°C şi vidul de 400…500mmHg ; - pe tot parcursul operaţiei se menţine o suprasaturaţie de 1,01…1,05; - camera de fierbere a aparatului trebuie să fie permanent acoperită de produs pentru a evita caramelizarea ; - însămânţarea cu 2 kg zahăr pudră pentru a se obţine cristale mici; - în timpul fierberii se adaugă ultramarin şi pentru decolorare hidrosulfit; - la centrifugarea masei groase se folosesc site cu orificii de 0,3 mm; - spălarea cristalelor se face cu clersa de spălare numită licher.
206
Gavril Bâlc
Fig.4.33 Schema procesului tehnologic de obţinere a zahărului cubic.
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
207
4.3.17.1 Sisteme de presare pentru obţinerea zahărului cubic Presarea zahărului cubic se face în condiţiile în care umiditatea zahărului este 2…3%. Pentru presare se folosesc maşini cu masa rotundă prevăzute cu matriţe fixate simetric. Pentru acest scop sunt cunoscute maşinile cu masa rotundă tip Psyllas şi agregatele cu presare continuă tip Chambon. Maşina de presat tip Psyllas (Fig. 4.34) este formată dintr-o masă rotundă cu 4 matriţe aşezate simetric faţă în faţă.
Fig. 4.34 Schemă privind principiul de lucru al presei de tip Psyllas. 1,2,3,4 – matriţe; 5 – masa maşinii; 6 – piston. Pe masa rotundă 5 a presei sunt realizate 4 matriţe 1,2,3,4 în formă pătrată cu latura de 23mm. În cilindrul pătrat se mişcă pistonul 6 în a cărui cursă la presare va realiza forma finală a cubului. Presarea zahărului cu pistonul 6 se face prin fixarea unei contra-plăci pe masa presei 5. Masa rotundă realizează o mişcare de rotaţie cu turaţia de 6…8 rot/min. La fiecare rotaţie cu 90° masa realizează o oprire de 1…1,5 secunde, timp în care se face presarea zahărului. Fazele presării sunt prezentate în figura 4.35 . În faza iniţială cele 4 pistoane ale matriţelor se aduc în poziţie inferioară (Fig. 4.35 a) după care se umple matriţa cu zahăr prin punctul A. Se fixează contraplaca 1 şi începe presarea. La sfârşitul operaţiei de presare se îndepărtează contraplaca 1 şi se scot grătarele cu batoane, care se aşează pe rastele şi se introduc în uscătoare în contracurent cu aer cald la 70°C. După uscare se taie prin lovire în cuburi, se cântăresc şi se ambalează.
208
Gavril Bâlc
Fig.4.35 Fazele presării batonului de zahăr. a – piston în poziţie inferioară; b – umplerea matriţei; c – presare; d – scoaterea batonului de zahăr; A – alimentare cu zahăr ; 1 – contraplacă; 2 – baton de zahăr; 4.3.18 Utilaje pentru producerea laptelui de var şi gazului de saturaţie 4.3.18.1 Consideraţii generale Laptele de var şi gazul de saturaţie care conţine CO2 se utilizează la operaţia de purificare a zemei de difuzie. Laptele de var şi gazul de saturaţie se obţin prin arderea pietrei de var (CaCO3) cu puritate de 96% în cuptoare speciale. Combustibili pentru ardere se folosesc gazul metan şi cocsul, iar pentru întreţinerea arderii oxigenul luat din aer. Componenta structurală a materialelor procesate în acest scop este: Piatra de var: - conţinut SiO2 < 2% ; - conţinut de oxizi alcalini < 0,2% . Cocsul: - conţinut de cenuşă < 10-12%; - conţinut de substanţe volatile < 5% ; - conţinut de sulf < 2% . 4.3.18.2 Utilaje pentru producerea varului Piatra de var şi cocsul în proporţie de 100 kg CaCO3 şi 8…9 kg cocs ard în cuptoare de var la 1200°C, proces în care CaCO3 se descompune termic în CaO şi CO2.
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
209
O parte din carbonul C conţinut de carbonatul de calciu CaCO3 arde în prezenţa oxigenului luat din aer şi rezultă CO2 adică:
C + O2 → CO2 (4.18) Deoarece aerul folosit la ardere conţine 79% azot şi 21% oxigen, va rezulta un gaz de saturaţie cu următorul conţinut: 65…68% azot, 28…30%CO2, 2…4% oxigen şi cantităţi mici de CO şi SO2. Cuptorul de var (Fig.4.36), în care are loc arderea foloseşte combustibil cocsul şi gazul metan. Pentru o ardere completă a CaCO3 este necesar ca acesta să aibă o granulaţie de 100…120mm, iar cocsul 40…60mm. Nu se recomandă depăşirea temperaturii de 1200°C în zona II unde are loc descompunerea CaCO3 din motive de protecţie a căptuşelii cuptorului.
Fig.4.36 Schema unui cuptor de var. 1 – perete metalic; 2– strat izolator; 3– cărămidă refractară; 4– arzătoare; 5 – arzător central;6 – dispozitiv de observaţie; 7– alimentare CH4; 8 – alimentare aer; 9 – gură de evacuare; 10 – cadru;11 – coşul de tiraj; A– gură de încărcare; B – priza de gaz; I – zona de preîncălzire; II – zona de ardere; III – zona de răcire; 12 – gaz de saturaţie (CO2); 13 – pompă
210
Gavril Bâlc
Cuptorul se alimentează prin gura de alimentare A cu cocs şi CaCO3 iar cu aer prin , racordul 8. Descompunerea CaCO3 în cuptor are loc pe trei zone: - zona I, are o înălţime a încărcăturii de 6…8 m, zonă în care CaCO3 şi cocsul se preîncălzesc la 800…900 °C datorită gazelor din zona de ardere. După cedarea căldurii gazele sunt evacuate sau recuperate prin coşul de tiraj 11 în scopuri tehnologice, deoarece temperatura lor ajunge la 150…300°C. - zona II, situată în partea centrală a cuptorului are o înălţime de 3…4 m. În această zonă la 1200°C, CaCO3 se descompune în CaO şi CO2. - zona III, cu o înălţime de 2…5m este situată în partea inferioară a cuptorului. Aici temperatura ajunge la 100°C şi în contact permanent cu aerul CaO se răceşte şi este evacuat prin gura de evacuare 9 .
4.3.18.3 Utilaje pentru producerea laptelui de var Laptele de var, se obţine prin tratarea oxidului de calciu (CaO) cu apa după reacţia :
CaO + H 2O → Ca (OH ) 2 + ↑ 285 KCal
(4.19)
Laptele de var Ca(OH)2 se obţine într-o instalaţie de tip MICK (Fig. 4.37), în care tamburul 1 are o mişcare de rotaţie cu viteza unghiulară ω impusă de grupul motoreductor 6, roata dinţată 5 şi coroana dinţată 4. În zonele laterale ale tamburului se găsesc bandajele de sprijin 2 susţinute de rolele 3, iar în partea interioară sunt fixate paletele elicoidale 10 care ajută la deplasarea materialului, spre zona de evacuare 11, unde se găseşte jgheabul mobil 9 pentru îndepărtarea impurităţilor mari şi pietrelor nearse. Oxidul de calciu CaO se alimentează prin gura A, iar apa prin racordul B. Apa în contact cu CaO produce laptele de var Ca(OH)2, degajă 285 Kcal căldură, iar aburul rezultat este evacuat prin pâlnia 7. Laptele de var poate fi evacuat prin pâlnia 8 sau 11. După evacuare laptele de var este trecut peste o sită vibratoare cu ochiuri de 2…3 mm pentru purificare şi colectat în rezervorul 13.
Maşini şi instalaţii din industria zahărului
211
Fig. 4.37 Schema unei instalaţii pentru obţinerea laptelui de var din CaO. 1–tambur orizontal;2 – bandaje de sprijin;3 – role de sprijin;4 – coroană dinţată; 5 – roată dinţată de acţionare; 6 – grup motoreductor de acţionare; 7 – pâlnie degajare abur; A – alimentare CaO ; B alimentare apă; 8 – evacuare suplimentară; 9 – jgeab mobil; 10 – palete dispuse elicoidal; 11 – gură de evacuare; 12 – sită vibratoare; 13 – rezervor lapte de var. 4.3.18.4 Utilaje pentru obţinerea gazului de saturaţie (CO2)
Fig 4.38. Schema unui spălător de gaze. 1 – corp cilindric metalic; 2 – talere; 3 – conductă distribuţie apă cu duşuri; 4 – admisie gaz; 5 – evacuare gaz purificat ; 6 – eliminare impurităţi ; 7 – bazin colectare impurităţi; 8 – picioare de susţinere .
212
Gavril Bâlc
Gazul de saturaţie, se obţine în cuptorul de var în zona II (Fig.4.36), de unde este absorbit de pompa 13 şi trimis la răcire-purificare. Răcirea gazului se face de la 150…300°C la 30…40°C, iar purificarea prin îndepărtarea prafului de var, cenuşii şi prafului de cocs . Spălarea gazelor se face într-o instalaţie prezentată în figura 4.38. Gazul CO2 care vine dinspre cuptorul de gaz intră în spălătorul de gaze (Fig.4.38) prin conducta 4 unde întâlneşte apa rece introdusă prin conducta 3 şi distribuită uniform prin intermediul talerelor 2. Impurităţile extrase sunt eliminate prin conducta 6 în bazinul 7, iar gazul purificat este trimis spre fluxul tehnologic prin racordul 5.
5
MAŞINI ŞI INSTALAŢII DIN INDUSTIA LAPTELUI
5.1. Consideraţii generale Produsele lactate sunt destinate consumului alimentar şi constituie alimentele de bază în alimentaţia omului. Din categoria produselor lactate fac parte: - laptele proaspăt pasteurizat şi laptele praf; - smântâna fermentată şi dulce (pentru cafea şi frişcă); - lactatele dietetice cum sunt: iaurtul cu germeni de grâu şi fructe; - untul; - brânzeturile: caşcavaluri, telemea, brânză de burduf, paste de brânză frământate, opărite şi topite. 5.2. Materiile prime şi auxiliare utilizate în industria laptelui Materia primă principală, laptele, este un lichid alb-galbui, pe care îl secretă glanda mamară a mamiferelor. Ca structură fizico-chimică laptele este o emulsie de grăsimi întro soluţie apoasă ce conţine proteine într-o formă coloidală şi conţine lactoză, săruri şi vitamine. Din punct de vedere chimic, structura laptelui este determinată de specia animalului, rasă, vârstă şi anotimp. Ca structură procentuală, laptele conţine 87,3% apă, 3,5% proteine, 3,7% grăsimi, 4,8% lactoză şi 0,7% săruri minerale (cloruri, fosfaţi, nitraţi de Ca, Na, K, Mg). Vitaminele hipo şi hidrosolubile, sunt de tipul A pentru creşterea organismului tânăr, de tipul D antirahitice, de tipul E antioxidante şi împotriva sterilităţii, de tipul B şi B6 pentru întărirea sistemului nervos, B12 antianemice şi C pentru creşterea rezistenţei la boli infecţioase. Enzimele au valoare catalitică în reacţiile biochimice şi sunt de tipul: - lipază care hidrolizează gliceridele, - protează care descompune proteinele, - fosfatază folosită ca test de control pentru pasteurizarea laptelui, - peroxidază ca enzimă de oxidare indirectă pentru aprecierea eficienţei pasteurizării înalte, - reductază cu rol de oxido-reductor utilizată pentru stabilirea gradului de contaminare a laptelui. Mai conţine: pigmenţi (carotină şi xantofilină), acizi organici (citric) şi anticorpi. Principalele proprietăţi fizice ale laptelui sunt: - densitatea (1,027...1,033 g/cmc), - vâscozitatea (1,75..2,6.0 cP), - căldura specifică (0,92...0,93 cal/g),
214
Gavril Bâlc
- indicele de refracţie (1,35), - temperatura de congelare (-0,53...-0,58°C), - temperatura de fierbere (100,55°C) - pH-ul (6,5-6,8). Materiile auxiliare sunt: - cele necesare preparării produselor lactate derivate: drojdiile, cheagul, clorura de calciu în soluţie 40%, acid clorhidric concentrat (30-40ml/100 litri lapte), sare de bucătărie 30%, azotat de sodiu (15% concentraţie), sirop de zahăr (70 - 72%) şi coloranţi; - agenţi de spălare şi dezinfecţie: soda caustică 3%, soda calcinată (3-10%), lapte de var 1%, clorura de var (0,3-0,4%), formaldehidă 0,5%, şi detergenţi; - ambalaje şi auxiliare pentru transport: hârtie, folii de aluminiu, celofan, parafină, ceară, coaje de brad, butoaie, putini de lemn, cutii, capace, lăzi, navete din lemn şi plastic. 5.3. Tehnologia prelucrării laptelui 5.3.1 Obţinerea produselor lactate dietetice acide (Fig 5.1) se face în varianta clasică prin fermentare direct în ambalaje şi în varianta modernizată prin fermentare în rezervoare (cca. 10000 litri).
1
4
Procedeul clasic
5
7
6
8
9
10
11
2
3
Procedeul cu fermentare în rezervoare
12
4
5
6
8
9
13
7
10
11
Fig. 5.1 Schema operaţiilor pentru obţinerea produselor lactate acide: 1-recepţie; 2-curăţire; 3-normalizare; 4-pasteurizare; 5-răcire; 6-însămânţare; 7-repartizare în ambalaje mici; 8-fermentare; 9-prerăcire; 10-răcire; 11-depozitare; 12-omogenizare; 13-agitare pentru ruperea coagulului. Dintre preparatele lactate dietetice acide cele mai cunoscute sunt: - iaurtul (conţine adaos de 2-3% lapte praf smântânit sau lapte praf integral. Însămânţarea se face cu maia de iaurt în proporţie de 1-3% la 45-48°C, şi fermentează 2-3 ore la 42-45°C şi are pH-ul final 4.65-4.70. - chefirul (se obţine pe bază de granule de chefir în două faze: faza I – când granulele de chefir (1/10-1/20 părţi granule/lapte) se introduc şi se menţin timp de 24h în laptele pasteurizat şi răcit la 18-20°C. În acest timp, conţinutul se amestecă de 2-3 ori urmând
Maşini şi instalaţii din industia laptelui
215
separarea prin strecurare, din laptele granulat rămânând maiaua, care se menţine 10-12 ore la temperatura de 10-12°C. Granulele se introduc din nou în laptele proaspăt. Faza a II-a – de însemânţare când în laptele omogenizat şi pasteurizat la temperatura de 18-20°C, se introduce 5-10% maia. În acelaşi rezervor are loc fermentaţia lactică, timp de 8-12 ore la 23-25°C şi fermentaţia alcoolică 6-12 ore la 12-14°C. Prin agitare se sparge cheagul şi produsul se repartizează în ambalaje mici. - laptele bătut (se obţine prin fermentarea laptelui integral sau parţial smântânit, la 20-25°C, cu 1.5-3% maia. 5.3.2 Prepararea smântânii Smântâna, este o emulsie de grăsimi, în plasmă, ce conţine: 20-60% grăsime, 2.4-3% proteine, 2,5-3,5% lactoză; 0,2-0,5% săruri minerale; 33-75% apă. Smântâna se obţine din lapte, prin procedeul de separare centrifugală, în separatoare datorită diferenţei de masă specifică între grăsimea laptelui şi alte componente. Schema tehnologică de preparare a smântânii se prezintă în figura 5.2.
1
7
8
9
10
2 3
6
17
4 5
11
12
13
14
15
16
Fig. 5.2 Schema operaţiilor tehnologice la prepararea smântânii: 1-recepţie lapte; 2-curăţire; 3-smântânire; 4-normalizare; 5-pasteurizare; 6-răcire; 7-smântână dulce; 8-răcire la 4-6°C; 9-maturare fizică (24-48 h la 4-6°C); 10-ambalare; 11-smântână fermentată; 12-răcire; 13-maturare biochimică; 14-răcire (10-14°C); 15-ambalare; 16-maturare fizică (24h la 5-6°C); 17-depozitare (2-6°C).
216
Gavril Bâlc
5.3.3 Prepararea untului Untul, conţine 80% grăsime, 16...18% H2O, şi restul substanţă uscată negrasă. Fabricarea untului cuprinde două faze: separarea smântânii de lapte (smântânirea) şi transformarea smântânii în unt (figura 5.3).
1 2 3 4
6
7
8 9 10
11
5 12 13
14
Figura 5.3 Schema operaţiilor tehnologice de obţinere a untului: 1-recepţie; 2-smântânire; 3-pasteurizare; 4-râcire; 5-maturare fizică; 6-maturare biochimică; 7-maia de producţie; 8-baterea smântânii; 9-unt; 10-spălare; 11- apă; 12-malaxare şi reglare conţinut de apă; 13-ambalare şi expediţie; 14-folie de ambalat. 5.3.4 Prepararea brânzeturilor Brânzeturile, sunt produse proaspete sau maturate obţinute prin: închegarea laptelui, prelucrarea coagului şi eliminarea zerului, obţinerea caşului şi prelucrarea lui, fermentarea caşului, maturarea brânzei, depozitare şi ambalare. În varianta în care laptele se colectează dintr-o anumită, zonă după smântânire, are loc răcirea lui. 5.4 Instalaţii utilizate pentru prepararea produselor din lapte Realizarea operaţiilor din procesul tehnologic de fabricare a laptelui şi produselor lactate din faza de lapte crud la faza de produs finit (laptele de consum, unt, brânzeturi, iaurt, chefir, etc) se face cu utilaje specifice care aşezate în ordinea firească formează fluxul tehnologic corespunzător. În figura 5.4 se prezintă schema de amplasare a utilajelor dintr-o secţie de preluare a produselor lactate formată din sectorul A destinat recepţiei laptelui, sectorul B destinat pasteurizării şi sectorul C specific fabricării untului.
Maşini şi instalaţii din industia laptelui
217
Fig. 5.4 Schema de amplasare a utilajelor într-o secţie de prelucrare a produselor lactate. 1 – pompă centrifugă; 2 - rezervor; 3- debitmetru; 4 – schimbător de căldură; 5 – tancuri izoterme; 6 – pasteurizator; 7 – separator centrifugal; 8 – rezervor; 9 – pompă cu şurub; 10 – malaxor; 11 – maşina de fabricat unt; 12 – maşina de împachetat unt; A – recepţie lapte; B – pasteurizare – depozitare lapte; C – secţie pentru fabricat unt. Analizând figura 5.4 se constată că principalele utilaje care fac parte din fluxul tehnologic sunt: pasteurizatoarele , pompele centrifuge, pompele cu şurub, separatoarele centrifugale, malaxoarele, vană, aparate de dozare respectiv aparate de măsură şi control. Pentru o secţie de unt se folosesc suplimentar maşina de fabricat unt respectiv de împachetat unt. Materialul din care sunt confecţionate majoritatea utilajelor este oţelul inoxidabil. În fiecare secţie pentru prepararea produselor lactate se utilizează o instalaţie pentru igienizarea utilajelor din fluxul tehnologic (Fig. 5.5) prin spălarea cu apă, spălare acidă şi spălare bazică. Spălarea acidă se face pentru îndepărtarea pietrei de lapte ce se depune pe suprafaţa interioară a conductelor, rezervoarelor şi utilajelor, iar spălarea alcalină (bazică) pentru îndepărtarea impurităţilor şi dizolvarea grăsimii. Pentru început se fac câteva spălări cu apă rece, şi apoi timp de 15..20 min cu soluţie alcalină la 65°C, respectiv soluţie acidă timp de 20 minute la temperatura de 65..70°C. După fiecare spălare cu soluţii instalaţia se clăteşte cu apă rece sau călduţă timp de 5..10 minute, după care rămâne plină cu apă rece curată până la începerea unui nou ciclu de producţie de 3 ore urmate de un ciclu de spălare.
218
Gavril Bâlc
Fig.5.5 Schema unei instalaţii pentru igienizarea componentelor unui flux tehnologic; 1 – rezervor pentru acid; 2 – rezervor pentru bază; 3- rezervor pentru apă; 4 – rezervor apă pentru clătire; 5 – pompă; 6 – robineţi; A – conductă ce duce spre fluxul tehnologic. 5.4.1 Instalaţia pentru pasteurizarea laptelui Pasteurizarea , reprezintă un procedeu de igienizare a laptelui şi constă în menţinerea laptelui la o anumită temperatură sub 100°C, o anumită perioadă de timp urmată de o răcire bruscă la 10..20°C. Instalaţia pentru pasteurizarea laptelui este utilajul principal dintr-o linie tehnologică de procesare a laptelui intr-o gamă largă de produse şi realizează tratamentul termic al laptelui în scopul distrugerii bacteriilor patogene. Schema de principiu a unei instalaţii pentru pasteurizarea laptelui este prezentată în figura 5.6. Circuitele laptelui, apei fierbinţi şi apei de răcire din reţea cu racordurile aferente sunt prezentate în figura 5.7. Alimentarea cu lapte crud se face prin racordul R1, cu apă fierbinte la 95°C prin racordul R2 şi cu apă de răcire la 15°C prin racordul R3. În zona de recuperare I laptele proaspăt admis în instalaţie prin racordul R1 se preîncălzeşte de la laptele pasteurizat. Dacă este necesar de aici laptele este trimis prin racordul R4 către un separator centrifugal (vezi cap. I). Laptele smântânit intră din nou în pasteurizator prin racordul R5 în zona de recuperare II şi apoi în zona de încălzire, unde primeşte căldură de la apa fierbinte sau abur ajungând la temperatura de 80°C. De aici trece în serpentină prin racordul R10, unde se menţine minim 20 de secunde. Din serpentină prin ventilul de recirculare laptele pasteurizat intră din nou în pasteurizator prin racordul R6 şi cedă căldura laptelui proaspăt în zona de recuperare II răcindu-se.
Maşini şi instalaţii din industia laptelui
219
Fig.5.6 Schema unei instalaţii pentru pasteurizarea laptelui; 1 – recepţie lapte; 2 – pompă; 3- schimbător de căldură; 4- centrifugă; 5 – supraîncălzitor; 6 – serpentine de pasteurizare; 7 – recirculare; 8 – bazin de recirculare – răcire; 10 – sursa de abur; 11 – încălzitor; 12 – colector de condens; 13 – condensatorl 14- compresor. De aici laptele pasteurizat trece în zona de răcire unde se foloseşte apa de reţea la 15°C alimentată prin racordul R3. În urma schimbului termic laptele ajunge la 20°C şi părăseşte pasteurizatorul prin racordul R9. Apa iese din zona de răcire la 20°C prin racordul R8. Când laptele în instalaţie n-a ajuns la temperatura de pasteurizare din ventilul de recirculare nu mai trece în zonele de recuperare şi este dirijat către rezervorul de alimentare pentru a reintra în instalaţie pentru un nou ciclu. O instalaţie de pasteurizare (Fig.5.8.) se compune din pasteurizatorul 1, ventilul pneumatic cu trei căi 2, ventilul de reglaj cu robinet cu clapetă 3, robinetul cu clapetă 4, conducte 6, vasul de alimentare 7, scheletul sau structura instalaţiei 8, prevăzut cu tălpile reglabile 9, reţeaua de conducte 10, 16, 17, 19, 21, 22, 25, 26 şi 27. Mai cuprinde electropompa 12, ştuţuri de racordare 11, panou electric de comandă 14, furtunele15, grupul de răcire 20, vasul de apă caldă 23, robinetul 24 şi sistemele de fixare a pasteurizatorului 28 şi 29. Din punct de vedere funcţional laptele intră in vasul de alimentare 7 (Fig 5.8) de unde prin intermediul pompei 12 este trimis prin racordul R1 (Fig. 5.7) spre pasteurizator, traseu în care se preîncălzeşte primind căldura de la laptele pasteurizat. Înainte de pasteurizator dacă tehnologia o cere laptele poate fi trimis la un separator centrifugal prin racordul R4, de unde laptele smântănit intră din nou în pasteurizator prin racordul R5 în zona de încălzire, unde se încălzeşte la aproximativ 80°C de la agentul primar care este apa fierbinte, (92°C). De aici laptele intră în serpentina pasteurizatorului unde se menţine minim 20 secunde, de unde prin racordul R6 intră în ventilul de recirculare 3 şi de aici intră în pasteurizator în
Fig. 5.7 Schema circuitului în cadrul unui pasteurizator. 1..23 – plăci; 24- batiu; R1 – intrare lapte; R2 – intrare apă fierbinte sau abur; R3 – intrare apă rece; R4 – ieşire lapte la separator; R5 – intrare lapte la separator; R6 – intrare lapte de la ventil 80°C; R7 – ieşire apă fierbinte 80°C; R8 – ieşire apă reţea 20°C; R9- ieşire lapte pasteurizat; R10 – ieşire lapte la serpentine 80°C; Æ lapte; -••Æ apă fierbinte; - - Æapă rece.
220 Gavril Bâlc
Fig.5.8. Construcţia unei instalaţii de pasteurizat lapte. 1 – pasteurizator; 2 – ventil pneumatic cu 3 căi; 3- ventil de reglaj cu robinet cu clapetă; 4 – robinet cu clapetă; 5 – serpentină; 6 – suport conducte; 7 – vas de alimentare; 8 – schelet (structură de rezistenţă); 9- talpă reglabilă; 10 – conductă I; 11 - ştuţ de racordare; 12- electropompă; 13- suport panou; 14 - panou electric; 15 - furtun; 16 – conductă II; 17 - conductă III; 18 – etichetă instalaţie; 19 – conductă IV; 20 – grup FRU; 21 – conductă V; 22- conductă VI; 23 – vas apă caldă; 24 – robinet; 25 – conductă VIII; 26 – conductă IX; 27 – conductă X; 28 – ax fixare; 29 – tirant.
Maşini şi instalaţii din industia laptelui 221
222
Gavril Bâlc
zona de recuperare unde se prerăceşte prin cedarea de căldură spre laptele proaspăt ce intră în pasteurizator. Răcirea laptelui pasteurizat se face în zona de răcire cu apă la 15°C care intră prin racordul R3 şi iese prin racordul R8. Dacă laptele nu a fost încălzit la temperatura de pasteurizare, din ventilul de recirculare 3 nu mai trece în zona de prerăcire, ci este dirijat în vasul de alimentare 7 şi este dirijat din nou prin aparatul de pasteurizare. Prin urmare într-o instalaţie de pasteurizare se percep mai multe zone determinate de fazele procesului tehnologic şi anume: - zona de încălzire: agentul primar (apa fierbinte) la 95°C intră în instalaţie prin racordul R2 şi iese prin racordul R7 la 85°C, încălzind agentul secundar (laptele) la 76°C. Se menţionează că laptele intră în instalaţie prin racordul R1 la 20°C. - zona de recuperare II: agentul primar laptele intră prin racordul R5 spre pasteurizare la 76°C, de unde prin cedare de căldură spre laptele proaspăt ajunge la 40°C. - zona de recuperare I, agentul primar laptele pasteurizat la 52°C cedă căldura laptelui proaspăt şi se răceşte până la 25°C. - zona de răcire în care agentul primar apa de reţea la 15°C preia căldura din lapte şi îl răceşte la 20°C, apoi este evacuată prin racordul R8. 5.4.2 Instalaţia pentru pasteurizarea smântânii Instalaţia pentru pasteurizarea smântânii, cu dispozitiv de dezodorizare (Fig. 5.9) este destinată pasteurizării smântânii cu scopul distrugerii microorganismelor şi înlăturării din smântână a mirosurilor şi gusturilor neplăcute. Instalaţia se compune din următoarele utilaje: Vasul cu plutitor 1, are rolul unui vas tampon pentru alimentarea cu smântână. Este un vas cilindric cu fund înclinat şi este prevăzut cu un plutitor pentru reglarea nivelului de smântână. Pompa centrifugă 2, este o pompă cu paletele rotorului drepte, funcţionează „înnecată” şi se utilizează pentru refularea smântânii în circuitul de procesare. Pasteurizatorul 3, se compune din elemente de capăt, pereţi intermediari, axe de ghidare şi plăci schimbătoare de căldură. Elementele de capăt fixează cele două axe pe care se montează plăcile schimbătoare de căldură. Plăcile schimbătoare de căldura aparţinând diferitelor compartimente ale pasteurizatorului sunt separate intre ele prin pereţi intermediari. Strângerea plăcilor la asamblare se face prin intermediul unei plăci de presare cu piuliţe speciale. Separatoarele centrifugale 4, sunt utilaje care funcţionează pe principiile descrise la punctul 1.7.3.2 din prezenta carte. Aparatul de vacum 7, este un rezervor cilindric cu fundurile bombate, la partea inferioară fiind prevăzut cu pereţi dubli pentru circulaţia apei de răcire. Capacul este demontabil şi etanşat cu un inel de cauciuc. Condensatorul de amestec 9, se utilizează la condensarea vaporilor proveniţi din aparatul de vacuum 7. La partea inferioară a condensatorului se află nişte talere peste care
Maşini şi instalaţii din industia laptelui
223
se pulverizează apă de la reţea determinând condensarea vaporilor proveniţi din aparatul de vacuum.
Fig. 5.9 Schema unei instalaţii pentru pasteurizarea smântânii. 1 – rezervor de alimentare cu plutitor şi filtre; 2 – pompă de lapte cu două turaţii; 3- pasteurizator; 4 – separatoare centrifugale; 5 - schimbător de căldură; 6 – ventil de recirculare; 7 – aparat de vacuum; 8 – pompă de lapte; 9- condensator de amestec; 10 – pompă de apă caldă; 11- ventil de reglare debit abur; 12- electrocompresor; 13- tablouri de comanda; 14- pompă de vid. Pompa de vid 8, este o pompă cu inel de lichid care realizează în aparatul de vacuum un vid la valoarea de 2..2,5 MPa. Sistemul de abur are rolul de a debita la o presiune corespunzătoare aburul necesar pasteurizatorului. Sistemul cuprinde un regulator de presiune, filtru, ventilul 11 cu convertor electromagnetic şi manometre de presiune. 5.4.3 Linie pentru fabricarea brânzei proaspete de vaci Laptele condiţionat trece din bazinul 1 in pasteurizatorul cu plăci 3 (Fig. 5.10), unde se menţine timp de 20..30 secunde la temperatura de 72..73°C. De aici laptele trece într-o vană mecanizată complexă compusă din vana de coagulare fixă 4 şi un bazin cu sită mobil pentru zer 5, acţionat hidraulic.
224
Gavril Bâlc
Fig.5.10 Schema unei linii tehnologice pentru fabricarea brânzei proaspete de vaci. 1- rezervor pentru lapte; 2 – pompă centrifugâ; 3 – pasteurizator; 4 – vană de coagulare; 5 – bazin cu sită mobilă; 6 - container. După ridicarea bazinului mobil se introduce laptele pasteurizat şi răcit, se însămânţează şi se adaugă cheag şi o soluţie de CaCl2, apoi se menţine la închegat 12..14 ore la o temperatură constantă de 26..28°C. După închegare se taie coagulul în pătrate de dimensiuni stabilite, se coboară bazinul cu sită presând coagulul şi lăsând la suprafaţă zerul. Cu ajutorul unei pompe după 6..7 ore de presare se evacuează zerul iar brânza se evacuează spre ambalare într-un container tip cărucior 6.
6
MAŞINI ŞI INSTALAŢII PENTRU INDUSTRIA CĂRNII
Obţinerea cărnii şi a produselor din carne este o activitate industrială care se desfăşoară în mai multe sectoare după cum urmează: creşterea sau achiziţionarea animalului, sacrificarea în abatoare, pregătirea şi procesarea cărnii în fabricile de profil. În acest scop instalaţiile, utilajele şi dispozitivele utilizate vor fi specializate în funcţie de domeniul de utilizare. Aşezarea utilajelor într-un flux tehnologic pentru abatorizare diferă de la o specie la alta în funcţie de destinaţia produselor şi subproduselor. Pentru bovine la abatorizare este prezentat un flux de sacrificare cu principalele operaţii care urmează a se executa: - asomarea (electrică sau mecanică) ; - ridicarea animalelor pe linia suspendată de transport intern, înjunghierea şi sângerarea; - jupuirea parţială manual (25…30%); - jupuirea mecanică; - deschiderea cavităţilor abdominale şi eviscerarea; - despicarea longitudinală; - spălarea semicarcaselor; - transportul şi recepţia în vederea refrigerării. Pentru porcine structura fluxului tehnologic de abatorizare cu jupuire, pârlire sau spălare, este în funcţie de destinaţia pielii. Pentru varianta cu jupuire se impun următoarele operaţii în fluxul tehnologic: - asomare electrică sau mecanică ; - ridicarea animalelor pe linia suspendată de transport înjunghierea şi sângerarea; - spălarea cu jet de apă; - opărirea şi pârlirea capetelor; - transport la instalaţia de jupuire; - jupuirea manuală şi mecanică; - despicarea longitudinală a carcaselor pe linia mediană a coloanei vertebrale; - ajustarea carcaselor şi înlăturarea ţesuturilor adipoase după caz ; - spălarea semicarcaselor; - transportul în vederea recepţiei şi refrigerării. Într-un flux tehnologic pentru industria cărnii cel mai frecvent utilizate sunt următoarele grupe de instalaţii şi utilaje: - instalaţii şi mijloace de transport specifice ; - instalaţii şi dispozitive pentru suprimarea vieţii animalelor în abatoare; - utilaje si instalaţii pentru jupuire opărire , depilare şi pârlirea animalelor; - maşini şi instalaţii pentru prelucrarea carcaselor; - maşini pentru mărunţirea şi separarea produselor şi subproduselor din carne;
226
Gavril Bâlc - maşini şi instalaţii pentru amestecarea şi malaxarea produselor din carne; - maşini pentru umplut membrane; - instalaţii pentru afumarea cărnii şi produselor din carne;
6.1. Mijloace de transport specifice Procesul de producţie în industria cărnii necesită un volum mare de deplasări de materii prime şi materiale auxiliare. Dintre mijloacele de transport specifice se amintesc: - cărucioare , electrocare şi electrostivuitoare; - mijloace de ridicat, coborât şi transportat; - mijloace de transport suspendate. 6.1.1. Cărucioare, electrocare şi electrostivuitoare Cărucioarele (fig.6.1) sunt cele mai simple mijloace de transportat utilizate în industria cărnii având în principiu un sistem de rulare, cuve, platforme sau recipienţi în care se încarcă marfa, prevăzute cu unul sau mai multe mânere de manevrare.
Fig.6.1 Schema unui cărucior de transport cu cuvă 1 – picior cu roată; 2 – ax cu roţi ; 3 – cuvă ; 4 – mâner de acţionare ; 5 - sistem de ridicare cu elevatorul . Sistemul de transport are în partea din faţă o axă cu doua roţi 2, iar în spate spre zona de manevrare un picior cu roată 1 sau simplu un picior. Pe cadrul cu roţi este fixată cuva 3 confecţionată din oţel inoxidabil, iar la partea de sus se fixează mânerul 4, pentru manevrarea căruciorului. La partea de jos a cuvei în poziţii laterale se fixează dispozitivul 5 pentru ridicarea cuvei cu elevatorul. Partea din faţă a cuvei se confecţionează cu perete înclinat pentru a mări eficienţa la descărcare.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
227
Pe cadrul cu roţi se pot fixa rezervoare semicilindrice utilizate la transportul produselor vâscoase sau lichide şi platforme destinate transportului de produse ambalate, materiale auxiliare sau brochete de carne congelată . Cărucioarele pentru transportat organe (Fig.6.2), sunt destinate transportului organelor la sectoarele de prelucrare sau pentru transportul unor preparate în variantele specializate. Căruciorul este format din cadrul metalic 1 pe care sunt aşezate braţele suport 2 şi roţile pivotante 3. Dimensional se construieşte în funcţie de cerinţele procesului tehnologic.
Fig. 6.2 Schema unui cărucior pentru transport organe. 1 – cadru ; 2 – braţe suport; 3 – roţi pivotante . Căruciorul suspendat cu cuvă (Fig. 6.3), face parte din structura unui conveier electromecanic. După caz poate fi acţionat şi manual. Căruciorul este suspendat pe calea de rulare 1 prin intermediul rolelor 5. Cuva 3 confecţionată din oţel inoxidabil are fundul semicilindric si este fixată prin intermediul axului 4 de tirantul 2 şi apoi de rolele 5. Cuva se poate roti în jurul axului 4 şi bloca întro oarecare poziţie cu ajutorul dispozitivului 6. Cuva poate fi manevrată manual prin intermediul pârghiilor 7. Calea de rulare 1 este confecţionată din profile U, I, T şi alte materiale metalice pentru asamblare. În timpul procesului de lucru calea de rulare pe direcţia cuvei între două puncte de sprijin este solicitată la încovoiere.
228
Gavril Bâlc
Fig . 6.3 Schema unui cărucior suspendat cu cuvă. 1- cale de rulare; 2- suport cuvă (tirant); 3- cuvă; 4- ax rotire cuvă; 5- role; 6 – dispozitiv de blocare la rotire.
Fig. 6.4 Schema de încărcare privind calculul momentului de încovoiere a căii de rulare Considerând sectorul de cale de rulare ca o grindă rezemată pe două reazeme (Fig.6.4) se poate calcula momentul de încovoiere cu relaţia:
Mi =
G ⋅ L1 , 4
unde, Gi este greutatea căruciorului cu încărcătură;
(6.1)
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
229
L1 – jumătatea distanţei dintre doi tiranţi consecutivi; Efortul de încovoiere σ i este dat de relaţia:
σi =
Mi < σ ai W
(6.2)
unde, W este momentul de inerţie în funcţie de care se alege profilul secţiunii de lucru a căii de rulare. În condiţii de basculare a cuvei (Fig.6.3) prin acţionare manuală este necesar ca din proiectare centrul de greutate al cuvei “CC” să fie ales deasupra centrului de basculare “CB”. 6.1.2.Mijloace de ridicat, coborât şi transportat În industria cărnii din categoria mijloacelor de ridicat şi transportat se folosesc numai electrostivuitoarele şi electrocarele. Folosirea motostivuitoarelor este interzisă din motive igienice şi de poluare. Componenta şi structura acestor mijloace este cea cunoscută din literatura de specialitate [9]. Electrostivuitoarele şi electrocarele se folosesc pentru ridicarea, transportul si aşezarea mărfurilor ambalate în depozite sau pentru încărcarea lor în mijloacele de transport. De asemenea se folosesc, în transportul intern a diferitelor produse şi materiale între secţiile de producţie . Mijloace de ridicat şi coborât, se utilizează în cazul bovinelor, porcinelor şi ovinelor pentru ridicarea şi coborârea pe conveiere. Ridicătoarele pentru ovine şi porcine nu se pot utiliza pentru bovine datorită capacităţii mai mici de ridicare. 6.1.2.1 Elevatorul pentru bovine (Fig.6.5) este prevăzut cu un troliu 2 amplasat pe platforma 1 de care este fixată calea de rulare 10 pentru agăţarea carcaselor . Peste troliu 2 se înfăşoară lanţul 3, care trece peste roata 4 şi mai departe prin dispozitivul de ghidare cu prelungitor 5. La capăt lanţul este prevăzut cu cârligul de ridicare 6 şi căruciorul 7. Pentru ridicare troliul 2 înfăşoară lanţul 3 până căruciorul 7 depăşeşte cu rolele nivelul superior al căii de rulare. În timpul ridicării lanţului cârligul de ridicare 6 tamponează dispozitivul de ghidare 5, iar braţul articulat 8 trece din poziţia iniţială A în poziţia B . Carcasa este fixată în cârligul căii de rulare 7, iar braţul din poziţia B acţionează un microcontactor de comandă , inversează sensul de rotaţie al motorului ce acţionează troliul şi lanţul 3 coboară în poziţia iniţială pentru reluarea lucrului.
230
Gavril Bâlc
Fig. 6.5 Schema unui elevator pentru bovine. 1- platformă; 2- troliu; 3 – lanţ;4-roată de lanţ; 5 – dispozitiv de ghidare; 6 – cârlig de ridicare; 7 – cărucior;8 – braţ articulat; 9- articulaţie; 10 – cale de rulare suspendată. În acest dispozitiv la bovine se fixează ambele picioare în timp ce la porcine şi ovine se prinde numai un picior cu un dispozitiv de fixare rapidă (Fig.6.6). Cablul sau lanţul 2 este fixat de mijlocul de ridicat 1 fixat la rândul lui pe linia de conveiere 6. Piciorul caracasei de porc este prins în laţul format de cablul 2 şi strâns de ochiul format prin acţiunea ţevii de ghidare 3 la rându-i acţionată hidraulic sau pneumatic prin intermediul pârghiei cu furcă 4. Eliberarea piciorului se face prin slăbirea ochiului de fixare sub greutatea proprie a carcasei.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
231
Fig.6.6 Schema unui dispozitiv de ridicare cu prindere rapidă. 1- mijloc de ridicat; 2- lanţ sau cablu; 3- ţeavă de ghidare; 4- dispozitiv cu furcă;5- carcasă; 6- conveier;
6.1.2.2 Elevatoarele pentru cărucioare, sunt utilaje care lucrează în amplasamente din vecinătatea maşinilor de mărunţit, malaxat sau umplut. În funcţie de sistemul de acţionare a braţului ce fixează cărucioarele cu marfă, elevatoarele pot fi: mecanice, hidraulice sau pneumatice. La elevatoarele mecanice coborârea căruciorului se face prin inversarea sensului de rotaţie al motoreductorului. 6.1.2.3 Benzile de transport şi tranşat, sunt mijloace de transport care se integrează în liniile tehnologice de prelucrare a cărnii şi subproduselor din carne. Indiferent de contracţia şi destinaţia lor acest tip de mijloace de transport se compun dintr-o bandă de transport sau alte elemente flexibile, grup motoreductor de acţionare cu mecanismul de întindere şi cadrul de susţinere. Din cele mai utilizate tipuri de benzi este banda cu tăvi (Fig.6.7), care se compune din elementul flxibil 1, roata motrică 2, tăvile articulate 3 şi dispozitivul de spălare a tăvilor 4, după ce acestea au fost golite în căruciorul de recepţie 6. Tamburul motric 2 pune în funcţionare banda care goleşte materialul din tăvile articulate 3 în căruciorul de recepţie 6. În mişcarea lor după golire tăvile articulate 3 sunt spălate cu jet de apă prin duzele 5.
232
Gavril Bâlc
Fig.6.7 Schema unei benzi transportoare cu tăvi. 1-elemente flexibile; 2-tambur motric; 3-tăvi articulate; 4-conductă de alimentare cu apă; 5-subansamblu cu duze; 6-cărucior de receptie.
6.2 Instalaţii, utilaje şi dispozitive pentru suprimarea vieţii animalelor Sacrificarea animalelor în abatoare presupune mai multe operaţii, cum sunt: imobilizarea, asomarea, jupuirea şi sângerarea. 6.2.1 Dispozitive şi utilaje pentru imobilizare Dispozitivele şi utilajele pentru imobilizare, sunt construcţii a căror complexitate depinde de capacitatea de lucru a unităţii. Cel mai simplu dispozitiv este boxa de imobilizare cu un compartiment pentru o capacitate de tăiere de 30 bovine/oră sau 60 porcine/oră. Pentru capacităţi mai mari de 60…120 capete porcine/oră se utilizează dispozitive de imobilizare tip tobă rotativă, iar pentru capacităţi >120 capete porcine/oră se utilizează benzi de imobilizare cu funcţionare continuă. Toba rotativă de imobilizare (Fig.6.8) este o construcţie formată din toba rotativă 1 ce cuprinde 3 compartimente pentru animal 2 , iar la partea de jos a compartimentului 2 se află placa de bază 3 care se roteşte în jurul articulaţiei 4. Rotirea plăcii de bază se datorează greutăţii proprii a animalului. Poziţiile tehnologice ale tobei pe parcursul unui ciclu de imobilizare şi asomare sunt prezentate în figura 6.8. Animalul 5 este adus pe o bandă de transport şi introdus în boxa 2. În faza II sub greutatea proprie a animalului placa de bază 3 se roteşte în jurul articulaţiei 4, iar animalul cade imobilizându-se între pereţii laterali ai boxei. În aceasta poziţie animalul este asomat. Toba se roteşte în jurul axei sale cu 120 ° pentru descărcarea animalului pe banda transportoare 6 (poate fi şi bandă de sângerare).
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
233
Fig.6.8 Schema unei tobe rotative pentru imobilizarea porcinelor . 1-tobă rotativă;2-compartimente pentru animal; 3- placă de bază; 4- articulaţie; 5- animal; I – introducere animal;II – imobilizare şi asomare; III – descărcare şi pregătire pentru un nou ciclu ; 6 – bandă transportoare. După rotire în poziţia III un nou compartiment este pregătit pentru reluarea ciclului de lucru. Construcţia este realizată din oţel protejat prin zincare şi vopsire împotriva ruginii, iar balamalele plăcii de bază 3 protejate împotriva dejecţiilor lichide şi solide care le-ar putea bloca. Pentru unităţile de mare productivitate se utilizează benzi de imobilizare (restreinerul) care permite imobilizarea şi asomarea în flux continuu. O bandă de imobilizare cu electrozi de asomare (Fig.6.9) se compune din benzile 1 construite din plăcuţe fixate pe lanţuri cu eclise şi bolţuri şi montate în cadrul instalaţiei într-o conformaţie în formă de ”V”, căruciorul 2 şi electrozii de asomare 3. Animalele aduse între benzile 1 sunt imobilizate, iar prin intermediul căruciorului 2 prevăzut cu electrozii de asomare sunt fixate la cap şi asomate. Căruciorul este acţionat pneumatic cu o presiune a aerului de ≈ 0,6 MPa (6 atm), iar benzile transportoare cu motorul electric 4 de putere 2…2,5 kW. Curenţii pentru asomare sunt de 600…1000 V în funcţie de rezistenţa animalului (150…1900 Ω) care se măsoară înainte de asomare cu electrozii 3. Timpul necesar asomării este cuprins între 0,5 şi 5 secunde.
234
Gavril Bâlc
Fig.6.9 Schema unei benzi de imobilizare cu electrozi de asomare. 1 – benzi transportoare; 2- cărucior; 3- electrozi de asomare; 4 - motoare electrice; 5- cadrul instalaţiei
6.2.2 Dispozitive şi utilaje pentru asomarea animalelor Asomarea este operaţia tehnologică prin care se anihilează sistemul nervos central care dirijează senzaţia de durere fizică şi instinctul de autoapărare. Operaţia tehnologică de asomare se poate face cu păstrarea integrităţii ţesuturilor sistemului nervos central, prin procedee electrice şi chimice sau cu distrugerea parţială a sistemului nervos central prin procedee mecanice. Ca urmare procedeele de asomare sunt: - electrice; - chimice; - mecanice. În cele ce urmează din multitudinea de procedee tehnice existente se vor arăta câte unul reprezentativ. 6.2.2.1 Asomare electrică, are la bază acţiunea curentului electric alternativ asupra sistemului nervos central. Parametrii care influentează asupra derulării procesului de asomare sunt: tensiunea, intensitatea şi frecvenţa curentului electric, durata de aplicare şi rezistenţă electrică a corpului animalului. Pentru specia porcine cele mai cunoscute metode de asomare sunt : - metoda tradiţională: - animalul imobilizat în boxă; - administrare curent prin cap (U=65…75V, f=50 Hz); - timp de asomare: 10…15 s.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
235
- metoda de interval scurt: - animalul suspendat pe elevatorul liniei de suspendare; - administrare curent prin cap (U=65…75V, f=50 Hz); - timp de asomare: 5…10 s. - metoda prin şoc electric: - animalul pe banda de imobilizare; - administrare curent prin cap (U=150...180V); - timp de asomare: 8…12 s. - metoda cu curenţi de înaltă frecvenţă : - animalul pe banda de imobilizare; - administrare curent prin cap (U=250V, frecventa f 3 ani 100…120 170…200 10…12 6.2.2.2 Asomarea chimică, este un procedeu de paralizare a sistemului nervos central prin blocarea impulsurilor nervoase cu ajutorul CO2 în concentraţie mai mare decât a aerului. Instalaţia constă dintr-o boxă tip canal dispusă sub nivelul pardoselii în care se introduce în contracurent cu direcţia de acces a animalului, o cantitate de amestec gazos format din 70% CO2 şi 30% aer. Animalul se introduce pe benzi transportoare de imobilizare şi parcurge o lungime de traseu care să asigure realizarea asomării. Amestecul de CO2 şi aer se menţine într-o doză optimă cu ajutorul unor dozatoare de gaz şi ventile de reglaj. Spre deosebire de celelalte metode la asomarea chimică durata creşte la 30..50 s şi complică realizarea efectivă a instalaţiilor. 6.2.2.3 Dispozitive de asomare mecanică Asomarea mecanică este un procedeu prin care se produce comoţia cerebrală la animalul în cauză prin distrugerea ţesuturilor sistemului nervos central ca urmare a perforării craniului. Asomarea mecanică se produce pe două direcţii: una frontală şi alta cervicală. Asomarea frontală provoacă leziuni la nivelul creierului mare şi se realizează cu următoarele dispozitive: - ciocan perforator acţionat manual;
238
Gavril Bâlc - puşcă specială (dispozitiv cu capsă explozivă); - pistol de asomare. În figura 6.12 se va prezenta un dispozitiv de asomare mecanică cu capsă explozivă:
Fig. 6.12 Schema unui dispozitiv de asomare cu capsă explozivă. 1- corp principal; 2- tijă de asomare;3- arc elicoidal; 4- piston profilat;5- ghidaj;6- cui percutor; 7- arc; 8- pârghie (trăgaci); 9- capsă; 10- corp secundar. La declanşarea cuiului percutor 6 cu ajutorul pârghiei (trăgaciului) 8 este detonată capsa 9 . Gazele create în urma expoziei capsei 9 acţionează asupra pistonului profilat 4, care împinge tija 2, comprimă arcul 3 şi ajunge în exteriorul corpului principal 1, perforează osul frontal şi pătrunde 20…30 mm în creierul mare al animalului. După asomare tija 2, revine în poziţia iniţială datorită arcului 3. Cuiul percutor 6 revine în poziţia iniţială datorită arcului 7, care se destinde după comprimare. Pornind de la această construcţie în locul capsei 9 se utilizează aer comprimat şi se dezvoltă un dispozitiv modern denumit pistol cu aer comprimat. Acest dispozitiv se utilizează la asomarea taurinelor. Presiunea aerului comprimat se reglează în funcţie de masa animalului: - taurine cu masa < 350 kg… 3,4 MPa; - taurine între 350 si 450 kg … 4,8 MPa; - taurine între 450 si 550 kg … 10,5 MPa; - taurine cu masa > 550 kg … 20,2 MPa. Eficienţa procedeelor de asomare utilizate rezultă din graficul din figura 6.13.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
239
Fig. 6.13 Dependenţa dintre modificarea activităţii inimii şi timpul scurs după asomare în funcţie de procedeul folosit. 1- asomare mecanică cervicală; 2- asomare mecanică frontală; 3- asomare electrică; 4- asomare chimică cu CO2. Analizând graficul din figura 6.13 se constată că durata cea mai mică de la asomare până la incetarea din viaţă a animalului se obţine cu procedeul de asomare mecanica cervicală si durata cea mai mare cu procedeul de asomare chimică cu CO2. 6.3. Utilaje şi instalaţii pentru jupuire, opărire, depilare şi pârlirea animalelor 6.3.1. Utilaje pentru jupuirea animalelor Jupuirea este operaţia prin care se face o separare a pielii de carcasă prin distrugerea legăturii dintre dermă si stratul subcutanat. Pielea crudă obţinută devine materie primă în industria pielăriei. În literatura de specialitate sunt cunoscute mai multe metode de jupuire si anume: - manuală - mecanică precedată de jupuire manuală pe suprafeţele care nu se pretează la jupuire mecanică. Zonele anatomice pe care se face jupuirea manuală sunt membrele, partea inferioară si laterală a abdomenului. Prejupuirea poate acoperi un procent de 15…50% din corpul animalului. Pentru această operaţie se utilizează cuţite manuale cu tăiş neted si cuţite mecanice cu acţionare pneumatică. Maşinile pentru jupuire trebuie să satisfacă câteva cerinţe importante si anume: - să nu ia contact cu carnea si să o supună la infectare cu impurităţi; - să nu permită contactul între piele şi stratul subcutanat rămas după jupuire;
240
Gavril Bâlc
- să permită dezinfectarea uşoară, deoarece este o operaţie care trebuie făcută după fiecare jupuire. Instalaţiile pentru jupuire se împart astfel a) Pentru bovine: - cu funcţionare discontinuă; - cu funcţionare continuă; - cu tobă rotativă. b) Pentru porcine: - cu valţuri orizontale; - cu valţuri verticale. Fiecare din aceste tipuri de instalaţii se diferenţiază după organele de lucru, după calitatea şi sensul forţei de tracţiune a pielii, după dispunerea organelor active şi modul de desfăşurare a procesului de lucru. 6.3.1.1 Instalaţie verticală pentru jupuit bovine cu funcţionare discontinuă Acest tip de instalaţii funcţionează cu smulgerea pielii de jos în sus pe verticală după ce s-a făcut o jupuire manuală de 30…50%. Instalaţia (Fig.6.14) se compune dintr-un stâlp vertical 1 sprijinit în pardoseală pe lagărul 17 . La partea superioară căruia i se ataşează mecanismul de antrenare 5 format dintr-un motor electric, transmisie cu curele, reductor şi grupul conic 4. În zona centrală are un tronson al conveierului 2 prevăzut cu sisteme de fixare a membrelor anterioare de la carcasa 6. Rigidizarea carcasei 6 jupuită manual 30…35% se face cu ajutorul lanţului 7. Al doilea conveier care fixează pielea este format din cadrul 9 din structura metalică pe care se montează lanţul cu eclise 8 şi sistemul de antrenare moto-reductor 10. Pe partea exterioară se găseşte jgeabul de transport al pielii 16, care împreună cu toată construcţia metalică se fixează pe cadrul 13. După jupuire pielea 14 este ridicată prin jgheabul 16 şi colectată pe masa 15. Cârligul de fixare a carcasei se montează pe lanţul cu eclise 8 la o distanţă între ele de 0,3 m , iar motorul de antrenare al grupului 10 are o putere de 4…6 kW. Viteza de smulgere a pielii de pe carcasă este de 3…12 m/ min.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
241
Fig.6.14 Schema unei instalaţii verticale pentru jupuire bovine cu funcţionare discontinuă. 1- stâlp vertical; 2- conveier; 3- cârlige; 4- reductor; 5- sistem de antrenare; 6- carcasă; 7- lanţ; 8- lanţ cu eclise; 9- structură de rezistenţă; 10- moto-reductor;11- roată profilată; 12- planşeu ;13- cadru; 14- piele; 15-masă; 16- jgheab de transport;17- lagăr.
6.3.1.2 Instalaţie pentru jupuirea bovinelor cu funcţionare continuă Acest tip de instalaţie (Fig.6.15) se utilizează în abatoare de mare capacitate (> 120 capete / oră) şi se bazează pe diferenţa de viteză dintre conveierul 1 şi conveirul 2, la o circulaţie continuă a carcaselor pe linia suspendată 3. Conveierul 1 este format din 2 lanţuri cu plăci ce se mişcă sincron, legate între ele cu tije pe care se fixează cârligele pentru fixarea membrelor anterioare. În paralel pielea se fixează cu ajutorul unor cleşti care se găsesc pe conveierul dublu 2. Conveierele 1 şi 2 sunt
242
Gavril Bâlc
antrenate de un sistem 6 care asigură la 1,5 raportul între viteza lor (conveierul 1 va avea viteza 4,6…9,3 m/min, iar conveierul 2 viteza de 3,1…6,2 m/min). Conveierul 1 în mişcarea sa este ghidat de ghidajele 4 pentru asigurarea unei funcţionări silenţioase evitându-se smulgerea cărnii de pe carcasă împreună cu pielea. Pielea smulsă de la ceafă spre coadă datorită diferenţei de vitează între cele două conveiere este preluată de transportorul 5, iar carcasa fixată în conveierul 1 ajunge în poziţie verticală şi îşi continuă deplasarea în cadrul fluxului tehnologic.
Fig. 6.15 Schema unei instalaţii de jupuire cu funcţionare continuă. 1- conveier pentru fixarea membrelor anterioare; 2- conveier cu plăci; 3- linie de transport aerian; 4- ghidaje; 5- bandă transportoare; 6- sistem de acţionare. 6.3.1.3 Instalaţii pentru jupuirea bovinelor cu tobă rotativă Pentru diversificarea domeniului de utilizare acest tip de instalaţii se fabrică în două variante, una cu tobă fixă şi alta cu tobă culisantă. Instalaţia cu tobă rotativă fixă (Fig.6.16) realizează jupuirea de sus în jos, de la membrele posterioare spre cap. Instalaţia se compune din toba 1 antrenată de un motor electric cu reductor situat pe cadrul 2. Animalul 3 este adus pe linia de conveier 4 , se jupoaie manual 30%, iar pielea membrelor posterioare se fixează printr-o legătură flexibilă în inelele cu cârlige fixate pe tobă. Se pune în mişcare toba, iar pielea se smulge de sus în jos de pe animal. Pentru a spori productivitatea şi gradul de utilizare, această instalaţie se fabrică cu suporţii tobei culisanţi permiţând deplasarea pe verticală în funcţie de specie sau mărimea animalului.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
243
Fig.6.16 Schema unei instalaţii pentru jupuirea bovinelor cu tobă rotativă. 1- toba rotativă; 2- cadru; 3- animal; 4- conveier; 5- inele cu cârlige.
6.3.1.4. Instalaţiile pentru jupuirea porcinelor, sunt construcţii mai simple datorită adeziunii constante a pielii pe toată suprafaţa corpului. Aceste utilaje se fabrică în variantele orizontale şi verticale. Maşina de jupuit cu valţuri orizontale (Fig.6.17) este formată dintr-un cărucior 1 cu suprafaţa de aşezare 2 profilată pe care se aşează carcasa 3. Pielea jupuită parţial manual se fixează cu ajutorul riglei longitudinale 6 pe valţul activ 4, care poate fi manevrat cu pârghia 7 prin intermediul mecanismului cu clichet 8. Prin pârghia 7 valţul 4 cu pielea fixată se aduce în contact cu valţul de apăsare 5, după care se pune în mişcare cu ajutorul unui motoreductor până la finalizarea operaţiei de jupuire. Forţa necesară strângerii pielii între cele două valţuri se realizează prin arcurile 9. La finalizarea operaţiei de jupuire se îndepărtează cele două valţuri, se schimbă sensul de rotire al valţului 4, iar pielea se derulează si se stochează. Pentru jupuirea cu valţuri verticale, maşina se încadrează într-un flux tehnologic cu transportul carcaselor pe conveier atârnate de picioarele posterioare. Fixarea pielii se face cu un dispozitiv hidraulic, iar valţul activ este comandat hidrostatic.
244
Gavril Bâlc
Fig.6.17.Schema unei maşini de jupuit cu valţuri orizontale. 1-cărucior; 2-suprafaţă de aşezare; 3-carcasă; 4-valţ activ; 5-valţ de apăsare; 6-riglă longitudinală de fixare;7-pârghie; 8-mecanism cu clichet; 9-arcuri.
6.3.2.Maşini şi instalaţii pentru opărire Opărirea este o operaţie premergătoare depilării,având scopul dilatării ţesuturilor de piele din jurul rădăcinii firului de păr. Parametrii optimi ai procesului de opărire sunt:temperatura de opărire 65...70ºC şi durata opăririi de 3...5 minute. Limitele celor doi parametri se schimbă în funţie de rasă,sex,vârstă şi anotimp. Instalaţiile pentru opărirea porcinleor sunt: -bazine simple cu imersie; -bazine universale cu conveier; -bazine de opărire pentru cruponare; -tuneluri de opărire. 6.3.2.1.Bazinul universal cu conveier (Fig.6.18)este o instalaţie care foloseşte ca agent de opărire apa caldă încălzită cu abur datorită unor conducte amplasate pe fundul bazinului. Instalaţia se compune din bazinul 1 prevăzut la partea superioară cu un plan înclinat 3 pe care se aduc animalele, care se preiau de către transportorul dublu cu furci 2 şi se introduc în bazin pentru opărire. După opărire se preiau de conveierul 8 şi se trimit spre procesare. Bazinul este prevăzut cu un registru de conducte 4 prin care circulă abur pentru încălzirea apei.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
245
Bazinul mai este prevăzut cu o conductă de golire 5, o conductă de alimentare cu apă rece 7, termometru pentru controlul temperaturii şi un termoregulator pentru a menţine constantă temperatura apei în bazin. Nivelul apei în bazin se reglează pentru opărire integrală sau parţială. Bazinul este prevăzut şi cu un preaplin pentru a menţine nivelul apei constant în timpul procesului de opărire.
Fig.6.18.Schema unui bazin universal cu conveier. 1-bazin;2-lanţ transportor dublu cu furci;3-plan înclinat;4-serpentină pentru abur; 5-conductă de evacuare;6-ieşire abur;7-conductă de apă rece;8-conveier.
6.3.2.2.Bazinul de opărire pentru cruponare,se foloseşte pentru opărirea totală sau parţială a porcinelor. Principiul de funcţionare este acelaşi cu al unui bazin universal numai că lanţul cu furci este înlocuit cu un lanţ cu leagăne şi compartimente pentru susţinerea animalelor, lanţ care funcţionează continuu cu un traseu exterior pe sub bazin. Instalaţia este prevăzută la partea superioară cu duşuri şi hotă absorbantă. La opărirea totală prin duşuri se introduce apă caldă la 65...70ºC. 6.3.2.3. Instalaţie pentru opărirea porcinelor în poziţie verticală în tuneluri. Acest tip de instalaţii utilizează ca agent de opărire apa caldă sau aburul. În figura 6.19. se prezintă schema unei instalaţii de opărire tip tunel cu abur. Instalaţia se compune din tunelul izolat termic 1 în care este instalat compartimentul de opărire 2. La partea superioară a compartimentului 2 în lungime este amplasat conveierul 3 care aduce animalele în poziţie varticală, iar la partea inferioară se află tava colectoare de picături de apă 5. La baza tunelului se află rezervorul cu apă 4 prevăzut cu conducta 7 pentru evacuarea apelor uzate şi conducta 6 pentru distribuirea aburului.Aerul viciat şi
246
Gavril Bâlc
vaporii de apă sunt evacuaţi pe la partea superioară a tunelului cu ajutorul ventilatorului 8 acţionat de motorul 9. Temperatura de lucru constantă este menţinută prin dozarea aburului şi controlată cu un traductor de temperatură 10.
Fig.6.19.Schema unei instalaţii de opărire tip tunel cu abur. 1-perete tunel;2-compartiment de opărire izolat;3-conveier;4-rezervor cu apă;5-tavă colector picături de apă;6-conductă abur;7-conductă evacuare apă uzată;8-ventilator;9-motor de acţionare;10-traductor de temperatură.
6.3.3.Maşini pentru depilarea porcinelor Depilarea, este operaţia care urmează după opărire şi constă în desprinderea sau dislocarea firelor de păr fără a produce vătămări straturilor cutanate sau subcutanate. Depilarea se poate face manual sau mecanizat.În varianta mecanizată se utilizează maşini cu unul,două sau trei valţuri şi instalaţii cu funcţionare continuă care includ maşini verticale sau orizontale. Principiul de funcţionare al maşinii este prezentat în figura 6.20. Maşina se compune din tamburul 1 acoprit cu înveliş din cauciuc pânzat pe care se fixează elementele elastice de depilare 4 şi un tambur canelat 2. Cei doi tamburi se rotesc în sensuri inverse cu vitezele unghiulare ω1 şi ω2. Corpul animalului se aduce în sprijin pe
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
247
tamburul 2 şi apoi pe cel cu elemente elastice. Grilajul 5 împiedică deplasarea carcasei spre stânga. Pe durata depilării carcasele se spală continuu cu un sistem de duşuri cu apă caldă 6. Raportul dintr-e turaţia tamburului 2 şi a tamburului 1 este de ½,iar durata de depilare este de 18...40 sec.
Fig.6.20.Schema de principiu privind funcţionarea maşinii pentru depilare cu două valţuri.1-tambur cu elemnte elastice;2-tambur canelat;3-animal;4-plăci de raclare;5-grilaj de sprijin;6-sistem de duşuri.
6.3.4.Echipamente pentru pârlire şi curăţare finală a carcasei. Pârlirea, este operaţia prin care se îndepărtează părul rămas după depilare şi prin care se sterilizează suprafaţa pielii. Operaţia de pârlire se realizează la temperatura de 1040ºC pe o durata de 12...15s. Pentru operaţia de pârlire se utilizează dispozitive manuale,cuptoare sau tunele de pârlire cu funcţionare discontinuă sau continuă. Toate aceste instalaţii în cea mai mare parte utilizează ca şi combustibil gazul metan. Cele mai eficiente echipamente de acest tip într-o linie de procesare sunt tuneluri de pârlire (Fig.6.21.). Instalaţia se compune din tunelul 1 construit din material refractar şi izolat termic. Pe părţile laterale interioare se găseşte o reţea de arzătoare cu gaz metan 2 dispuse în aşa fel încât flacăra să acopere integral cele două părţi laterale. Pe la partea superioară a tunelului circulă conveierul 3 cu ajutorul căruia se aduc carcasele de porc 5, care parcurg tunelul cu o viteză care să acopere capacitatea de procesare. Intrarea şi ieşirea din tunel sunt închise cu perdele termoizolatoare 4.
248
Gavril Bâlc
Fig.6.21.Schema unui tunel de pârlire 1-corpul tunelului;2-arzătoare;3-conveier;4-perdele termoizolatoare.
6.3.5.Maşini pentru îndepărtarea scrumului după pârlire şi pentru curăţarea finală a carcasei. În această categorie sunt cuprinse maşinile care realizează curăţirea finală a carcaselor. Ambele tipuri de instalaţii sunt de tip tunel,iar pe părţile laterale sunt prevăzute cu un sistem de elemente de raclare elastice pentru maşina de îndepărtat scrum,care lucrează în sens ascendent şi cu un sistem de perii rotative şi duşuri de spălare a carcasei pentru maşina de curăţare finală.
6.4.Maşini pentru prelucrarea primară a carcaselor. Procesul de prelucrare primară a carcaselor cuprinde operaţiile de: eviscerare, despicarea carcaselor, decopitarea, ecornarea, decalotarea căpăţânilor şi toaletarea. 6.4.1.Eviscerarea Eviscerarea, este operaţia care necesită a se face în 30...40 minute de la tăiere,perioadă după care scade calitatea intestinelor şi a carcasei din carne. Pentru eviscerare se utilizează cuţite cu tăiş neted sau zimţat,cuţite mecanice cu tăiş lamelar sau circular.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
249
6.4.2.Maşini pentru despicarea carcaselor, ecornare şi decalotarea căpăţânilor Din această categorie de maşini cele mai cunoscute sunt: a) Fierăstrăul: -fierăstrăul mobil lamelar; -fierăstrăul mobil electric circular; -fierăstrăul mobil electric cu panglică; -fierăstrăul staţionar electric; -fierăstrăul staţionar electric lamelar. b) Maşinile cu tăişuri netede: - Dispozitive de ecornare: -hidraulice; -pneumatice. -Dispozitive pentru tăierea copitelor: - hidrostatice; - hidro-pneumatice. -Maşina pentru decoletat căpăţâni; Fierăstraiele,au organul activ pânza, lama sau discul ascuţit neted (Fig.6.22.a.), sau dinţat (Fig.6.22.b.).
Fig.6.22.Forma tăişului fierăstraelor. a-neted; b-dinţat. În varianta constructivă de fierăstraie cu dinţi, pentru a evita înfundările în timpul lucrului, dinţii se îndoaie alternativ în părţile laterale rezultând o urmă a tăieturii la valoarea „le”mai mare decât grosimea pânzei „lp”. Costructiv fierăstraele au un cadru pe care se fixează organele active şi motorul electric de antrenare. Maşinile cu tăişuri netede, se folosesc cu precădere pentru ecornare, decopitare, decoletarea căpăţânilor, etc. Aceste tipuri de maşini se diferenţiază de celelalte prin forma lamei tăietoare şi sistemul de acţionare care este pneumatic sau hidro-pneumatic. În figura 6.23.se prezintă un dispozitiv pneumatic pentru ecornare.
250
Gavril Bâlc
E
A
Fig.6.23.Schema unui dispozitiv pneumatic pentru ecornare. 1-cilindru pneumatic;2-tijă;3-piston;4-arc de compresiune;5-mecanism de acţionare;6-plăci tăietoare;7-tijă de ghidare;8-articulaţie cilindrică;9-articulaţie mobilă;10-tijă fixă;A-acces aer comprimat;E-evacuare aer comprimat. Pistonul 3 situat în interiorul cilindrului 1 este acţionat de aerul comptrimat din reţea, comprimă arcul 4,iar prin intermediul tijei 2 şi articulaţiei mobile 9 pune în mişcare mecanismul cu bare 5. Acesta se deschide spre exterior făcând ca braţele 6 terminate cu cuţite tăietoare să se rotească în jurul articulaţiei fixe 8 legată prin intermediul tijei de ghidare 7 şi tijei fixe 10 de cilindrul pneumatic. După încheierea operaţiei arcul 4 readuce pistonul 3 în poziţie iniţială iar cupla 6 se deschide pentru o nouă operaţie. Pe un principiu similar funcţionează şi celelalte maşini acţionate pneumatic sau hidro-pneumatic. 6.5.Maşini pentru tăiat şi mărunţit. Maşinile din această categorie se clasifică după cum urmează: a)Maşini de tăiat: -în funcţie de tipul cuţitului: -tip disc; -cu cuţite plane; -cu cuţite stelate; -cu cuţite combinate. -în funcţie de construcţia şi montarea cuţitelor: -cuţite montate pe discuri; -cuţite montate pe arbori rotativi; -maşini centrifugale cu cuţite plane. -în funcţie de mărimea bucăţilor tăiate: -maşini pentru tăiat grosier; -maşini pentru tăiat bucăţi medii; -maşini pentru tăiat bucăţi mici.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
251
b)Maşini de mărunţit: -în funcţie de natura materiei prime: -pentru tocat carne sau organe; -pentru separarea cărnii şi ligamentelor; -pentru mărunţire carne congelată; -pentru mărunţit oase; -pentru tăiere în forme regulate; -pentru feliat,etc. 6.5.1.Forme constructive ale cuţitelor pentru maşinile de tăiat carne. Cuţitele pentru maşinile de tăiat (tocat) se realizează în mai multe variante constructive: -cuţitele cu tăiş unilateral(Fig.6.24.a); -cuţite cu tăiş bilateral practicat pe ambele feţe ale tăişului (Fig.6.24.b); -discuri cu orificii profilate cu muchii tăietoare (Fig.6.24.c); -discuri cu orificii circulare (Fig.6.24.d).
Fig.6.24.Forme pentru cuţitele tăietoare la maşinile de tocat carne. a-cu tăiş unilateral;b- cu tăiş bilateral;c- discuri cu orificii profilate; d- discuri cu orificii circulare.
252
Gavril Bâlc
Din figura 6.24 se constată că un cuţit se compue din butucul 1 cu gaură profilată, aripile 2 şi muchia tăietoare 3. Pentru cuţitele tip disc diametrul exterior „De” poate lua valori între 80 şi 200 mm,iar diametrul orificiilor „d” între 2 şi 20mm.Ascuţirea acestor tipuri de cuţite se face prin rectificare plană. 6.5.2.Aparatele de tocare Din punct de vedere constructiv aparatul de tocare din cadrul unei maşini de tocat reprezintă principalul organ activ alături de melcii de comprimare şi dozare.Din acest motiv aşezate în diferite variante de montaj formează ansamblul aparatului de tocare. În figura 6.25 se prezintă dispunerea unor repere pentru constituirea unui aparat de tăiere cu cuţit stelat pentru o maşină de tocat carne de capacitate redusă.
Fig.6.25.Schema unui aparat de tăiere cu melc şi cuţit stelat. 1-melc de comprimare;2-sită cu orificii(contracuţit);3-cuţit stelat;4-element de asamblare; 5-degajare pentru blocarea sitei 2;6-fixare mecanism de asamblare. Ordinea de asamblare în maşină a pieselor este 1,3,2 iar sita 2 având rolul de contracuţit se blochează în carcasă cu ajutorul degajării 5 sau în locul acesteia cu un nut. Cuţitul 3 este antrenat de melcul 1 prin intermediul unei prelungiri a acestuia. Pentru maşinile de mare capacitate se utilizează mai multe tipuri de cuţite de tăiere (Fig.6.26) urmărindu-se o tocare progresivă de la grosieră la fină.
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Fig.6.26.Schema cuţitelor utilizate la aparatul de tocare de mare capacitate. a-cuţit cu orificii profilate;b-cuţit cu tăiş bilateral;c-disc de pretăiere;d-cuţit cu tăiş bilateral sau simplu;e-sită;f-inel de strângere.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
253
Gama de cuţite prezentate în figura 6.26 se aşează pe un ax în prelungirea melcului de dozare respectiv comprimare şi se fizează cu o piuliţă profilată introducând între aceasta şi cuţitul cu orificii profilate un inel de strângere. 6.5.3.Cuţite pentru mărunţirea cărnii Cuţitele pentru mărunţire se realizează în varianta de semicuţit cu tăiş curbiliniu în variantele cu bază deschisă (Fig.6.27.a) şi cu bază inchisă (Fig.6.27.b).
Fig.6.27.Cuţite cu tăiş curbiliniu. a-cu bază deschisă;b-cu bază inchisă. Pentru realizarea aparatului de tăiere cuţitele se asamblează pe un arbore în număr de 10...12 bucăţi constituind un rotor. Cuţitele cu bază deschisă se fixează pe un arbore sprijinit în lagăre la ambele capete (Fig.6.28.a),iar cele cu bază închisă se fixează pe arbore în consolă (Fig.6.28.b).
Fig.6.28.Schema unui rotor asamblat.a-cu arborele montat în lagăre la ambele capete; b-cu arborele în consolă;1-arbore;2-lagăre;3-cuţit;4-distanţiere;5-piuliţe de capăt. Cuţitele 3 se fixează pe arborele1 între bucşele distanţiere 4 şi se fixează la capăt cu piuliţele 5.Întreg ansamblul se montează în lagărele 2.
254
Gavril Bâlc
În varianta modernă cuţitele se execută sub formă de semicuţite şi se asamblează simetric faţă de centrul de rotaţie(Fig.6.29.a),iar apoi prin asamblarea succesivă a mai multor cuţite se obţine rotorul (Fig.6.29.b).
Fig.6.29.Schema de obţinere a unui rotor cu cuţite asamblate. a-asamblarea semicuţitelor; b-rotor; 1-semicuţite; 2-bolţ de centrare; 3-organe de asamblare. Acest tip de cuţite se foloseşte pentru echiparea cuterelor. Pentru maşinile de mărunţire fină a cărnii şi organelor, se folosesc cuţite disc asamblate pe un arbore sub forma unei baterii de discuri circulare echidistant asmblate.
6.5.4.Mecanisme de tocare cu separarea ligamentelor.
Fig.6.30.Schema unui subansamblu de tocare cu separarea ligamentelor.1-melc de comprimare;2-disc de pretăiere;3-cuţit cu tăiş bilateral şi butuc melcat;4-disc pentru mărunţire fină;5-inel de evacuare carne;6-inel intermediar;7-ţeavă de evacuare ligamente.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
255
Carnea cu un conţinut de ligamente este adusă de melcul de comprimare 1,este tăiată grosier de discul 2, apoi este tăiată fin de cuţitul cu tăiş bilateral şi discul cu orificii circulare 4, iar ligamentele datorită butucului melcat al cuţitului 3 sunt orientate spre axa de rotaţie şi evacuate prin ţeava 7. Carnea trece prin inelul de evacuare 5 şi inelul intermediar 6 spre altă operaţie din fluxul tehnologic. 6.5.5.Maşinile de tocat Maşinile de tocat, sunt utilaje destinate tăierii grosiere a cărnii şi altor materii prime necesare fabricării preparatelor din carne. Ele mai poartă denumirea de volfuri. Sunt cunoscute mai multe variante constructive de asemenea maşini, dintre care se amintesc: -maşina de tocat cu cot; -maşina de tocat cu melc dozator dispus deasupra melcului de comprimare; -maşina de tocat cu melci coaxiali. În figura 6.31 se prezintă schema unei maşini de tocat cu melci coaxiali.
Fig.6.31.Schema unei maşini de tocat cu melci coaxiali. 1-batiul maşinii;2-melc dozator;3-melc de comprimare;4-aparat de tăiere;5-motor electric;6,7,8,9-roţi dinţate;10-coş de alimentare;11-,12-transmisii cu lanţ;13-cuvă. Maşina se compune din batiul 1 care înglobează lanţul cinematic de la motorul 5 la melcul dozator 2,apoi la melcul de comprimare 3 şi la aparatul de tocat 4,care se formează în funcţie de cerinţele tehnologice. Organele active ale maşinii sunt acţionate de un motor electric 5 prin intermediul unor angrenaje cu roţi dinţate şi al unor transmisii cu lanţ 11 respectiv 12.
256
Gavril Bâlc
Pentru maşinile de mare capacitate antrenarea organelor active se face cu două motoare electrice. Din această categorie face parte maşina de tocat cu cot (Fig.6.32.).
Fig.6.32.Schema unei maşini de tocat cu cot. 1-carcasa maşinii;2-melc de comprimare;3-melci de dozare;4-gură de alimentare;5-motor electric;6-trasmisie cu lanţ;7-transmisie cu roţi dinţate;8-sistem de tăiere;9-reductor melcat;10-planul de evacuare. Maşina se compune din melcii de dozare 3 antrenaţi de motorul electric 5 şi în plan perpendicular melcul de comprimare 2 antrenat de motorul electric 5 prin intermediul unei transmisii cu lanţ şi roţi dinţate. Pe axul melcului 2 este asamblat sistemul de tăiere 8 şi apoi planul de evacuare 10 pentru tocătură. Alimentarea maşinii se face prin gura de alimentare 4.
6.5.6.Maşini pentru zdrobit şi separat oase. Scopul acestor maşini este de a zdrobi şi separa oasele după tranşare pentru recuperarea cărnii şi măduvei. Dintre cele mai cunoscute maşini de acest tip este zdrobitorul melcat de oase a cărei schemă de principiu este prezentată în figura 6.33.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
257
Fig.6.33.Schema de principiu a zdrobitorului melcat de oase. 1-coş de alimentare;2-melc de comprimare;3-cameră de presare;4-cuţit;5-disc cu orificii; 6-piuliţă de asamblare;7-piesă de asamblare profilată;8-arc elicoidal. Maşina se alimentează cu oase prin intermediul coşului 1 şi ajung la melcul de comprimare 2, care le presează în camera 3 prevăzută cu rifluri longitudinale pentru a nu permite răsucirea materialului. Cuţitul 4 legat de melc prin intermediul piesei 7 şi dicul 5 zdrobeşte şi mărunţeşte oasele şi le evacuează prin orificiile piuliţei de asamblare 6. Presiunea cuţitului 4 pe discul 5 este asigurată de arcul 8. 6.5.7.Dispozitive mecanice pentru extras oase. Din această categorie fac parte maşinile pentru extras oase prin centrifugare şi tracţiune. Forţa F ,necesară procesului de lucru poate fi de natură mecanică sau hidraulică. În figura 6.34 se prezintă schema unei maşini pentru extragerea oaselor de dimensiuni mari. Capătul superior al osului 4 se trece prin fereastra bordurată a plăcii fixe 2 şi se fixează în dispozitivul de prindere şi tracţiune 1. Acţionând cu o forţă mecanică sau hiraulică F ,asupra mecanismului cu pârghii de prindere 1, carnea 5 se opreşte în dispozitivul tip placă rigidă 2 şi tampoanele 3, iar după extragerea osului cade în vasul de recepţie 6. Maşina dă rezultate maxime la extragerea oaselor din carnea fiartă. Pentru oasele mai mici şi forme diferite se utilizează cu succes maşina de extras oase cu separare centrifugală.
258
Gavril Bâlc
Fig.6.34.Schema dispozitivului pentru extras oase.1-dispozitiv de prindere şi tracţiune;2placă rigidă;3-tampoane;4-os;5-carne;6-vas de recepţie.
6.5.8.Maşini pentru obţinerea cărnii de separator. Carnea de separator este un produs ce rezultă în urma separării cărnii şi măduvei de oase cu ajutorul unor prese specializate. Acest tip de prese se clasifică astfel: a)prese cu cilindru şi piston cu funcţionare intermitentă: -cu piston şi sită plană; -cu două pistoane şi tobă perforată. b)prese melcate cu funcţionare continuă. În figura 6.35. se va trata separatorul cu piston şi sită plană cu sistem de acţionare hidraulic. Maşina se compune din cilindrul 1 în care se introduc oasele prin coşul de alimentare 4. Pistonul perforat cu orificii 3 acţionat hidraulic de instalaţia maşinii presează oasele către placa perforată 2. Pe parcursul presării pasta obţinută formată din carne, măduvă şi calciu este colectată prin racordurile 5 şi 6. La sfârşitul operaţiunii de presare placa perforată 2 se ridică iar pistonul 3 evacuează oasele prin gura de evacuare 7. Pompa hidraulică 13, acţionată de motorul electric M aspiră uleiul din rezervorul 14 şi îl trimite prin supapa
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
259
unisens 15 către distribuitorul hidraulic 10, care schimbă sensul de mişcare a pistonului 8 şi readuce pistonul 3 în poziţie iniţială pentru reluarea unui nou ciclu de lucru. Uleiul din retur trece prin supapa de descărcare şi filtrul 12 spre rezervorul 14. Supapa de descărcare 11 este şi o supapă de siguranţă atunci când presiunea uleiului depăşeşte presiunea nominală prescrisă.
Fig.6.35.Schema unui separator cu piston şi sită plană cu sistem de acţionare hidraulic.1cameră de presare;2-placă perforată;3-piston perforat;4-coş de alimentare;5,6-conducte de evacuare;7-gură evacuare oase;8-piston;9-cilindru;10-distribuitor hidraulic;11-supapă de descărcare;12-filtru;13-pompă hidraulică;14-rezervor;15-supapă unisens. Celelalte separatoare au principiul funcţional similar, inclusiv pentru instalaţia hidraulică de acţionare. 6.5.9.Maşini destinate mărunţirii fine (Cutere) Cuterele alături de maşinile de tocat sunt considerate utilaje de bază în cadrul unei linii de procesare a cărnii. Deşi principiul funcţional este acelaşi, cuterele s-au dezvoltat pe baza creşterii volumului cuvei(80, 120, 200, 300, 500 litri),a modernizării sistemelor de descărcare, a modernizării cuvei în sensul procesării sub vid sau construirea unor mantale de încălzire sau răcire. S-au realizat cutere vacumatice, cu fierbere sau cu sisteme rapide de schimbare a cuţitelor, toate variante programabile. Eficienţa mărunţirii cu cuterul se obţine când bucăţile de materie primă (carne, slănină, etc.) sunt mai mici de 0,5kg iar temperatura între 3ºC….10ºC.
260
Gavril Bâlc
La majoritatea formelor constructive de cutere turaţia arborelui cuţitelor variază între 1400 şi 2500 rot/min, iar a cuvei între 10 şi 20 rot/min. Fineţea tocăturii influenţează asupra numărului de cuţite (6 cuţite pentru prospături şi 9 cuţite pentru salamuri de iarnă). În funcţie de capacitatea şi de sursa energetică cuterele se realizează în mai multe variante constructive. Dintre acestea se amintesc cuterul acţionat de un motor electric(Fig.6.36.), de două motoare electrice (Fig.6.37) şi cutere de mare capacitate (Fig.6.38) acţionate de 3 motoare electrice. Cuterul acţionat de un motor electric este prezentat schematic în figura 6.36.
Fig.6.36.Schema unui cuter acţionat cu un motor electric.1-cuvă;2-cuţite;3-arbore; 4,7-transmisie cu curele;5-motor electric;6-reductor melcat;8-arbore. Motorul electric 5 prin transmisia cu curele 4 acţionează arborele 3 şi pune în mişcare cuţitele cuterului 2.De la arborele 3 prin transmisia cu curele 7 şi reductorul melcat 6 se acţionează arborele 8 care pune în mişcare cuva 1.Toată construcţia este aşezată pe un batiu, iar aparatul de tăiere este protejat de un capac. În figura 6.37.se prezintă schema unui cuter cu două motoare electrice. Motorul electric 5 prin intermediul transmisiei cu curele 4 acţionează arborele 3 şi pune în mişcare cuţitele 2.Al doilea motor 5 prin transmisia cu curele 7 şi reductorul melcat 6 pune în mişcare arborele 8 şi cuva 1.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
261
Fig.6.37.Schema unui cuter acţionat cu două motoare electrice. 1-cuvă;2-cuţite;3-arbore;4,7-transmisii cu curele;5-motoare electrice; 6-reductor melcat;8-arbore cuvă. Schema unui cuter acţionat de 3 motoare electrice este prezentată în figura 6.38. Maşina dispune de 3 sisteme de acţionare independente. Cuţitele 1 asamblate pe arborele 2 sunt antrenate prin transmisia cu curele 3 de către motorul electric 4. Cuva 5 este pusă în mişcare de rotaţie de către motorul electric 7 prin intermediul transmisiei 6,reductorului 8 şi arborelui 9. Al treilea sistem de antrenare este al dispozitivului de descărcare. Motorul electric 10 prin intermediul grupului reductor melcat 11 antrenează discul 12 care în sensul de mişcare indicat în figura 6.38 ridică pasta peste bordura cuvei 5. Fixarea dipsozitivului pe maşină se face prin intermediul articulaţiei cilindrice 13, care permite rabatarea lui. La cuterele de mare capacitate se utilizează şi un alt sistem de descărcare printr-o fantă creată în centrul cuvei, datorită construcţiei cuvei din două corpuri distincte.
262
Gavril Bâlc
Fig.6.38.Schema unui cuter acţionat de 3 motoare electrice. 1-cuţite;2-arbore;3-transmisie cu curele;4-motor electric;5-cuţite;6-transmisie cu curele; 7-motor electric;8-reductor melcat;9-arbore;10-motor electric;11-reductor melcat; 12-disc;13-articulaţie cilindrică.
6.5.10. Maşini de mărunţit Maşinile de mărunţit, sunt utilaje destinate mărunţirii fine a cărnii, organelor şi subproduselor având un principiu de funcţionare asemănător cu cel al cuterelor. În funcţie de construcţia şi tipul de cuţite se cunosc următoarele maşini: -maşina de mărunţit cu discuri; -maşina de mărunţit cu cuţite şi site tip cuter: -maşină verticală; - maşină orizontală; -maşini speciale: -mori coloidale,au cuţitul format din rotor şi stator şi funcţionează în mai multe trepte: -mori cu discuri; -mori cu ciocane; -mori cu bile; -maşini pentru mărunţit grăsimi; -maşini pentru mărunţit gheaţă(zdrobitoare de gheaţă). Din categoria acestor maşini se vor prezenta câteva reprezentative şi anume: maşina cu discuri, moara cu discuri şi zdrobitorul de gheaţă.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
263
6.5.10.1.Maşina de mărunţit cu discuri (Fig.6.39.) se compune din cuva 1 ce are fixate pe suprafaţa de fund contracuţitul 3, aparatul de tăiere tip discuri 2, coşul de alimentare 9 prevăzut la partea de jos cu o paletă profilată 11 pentru orientarea compoziţiei spre centrul cuvei şi un dispozitiv de curăţire tip piaptăn fixat pe coşul de alimentare 9 în poziţie încălecată cu discurile 2. Motorul electric 6 prin intermediul transmisiei cu curele 7 acţionează bateria de cuţite tip disc 2.De la arborele cuţitelor 12 prin transmisia cu curele 8,reductorul melcat 4,arborele 5 se pune în mişcare cuva 1 care se sprijină permanent pe rolele 10.
Fig.6.39.Schema unei maşini de mărunţit cu discuri.1-cuvă;2-cuţite disc;3-contracuţite;4reductor melcat;5-arbore;6-motor electric;7,8-transmisii cu melc;9-coş de alimentare;10-role de sprijin;11-paletă;12-arbore.
6.5.10.2.Maşinile de mărunţit orizontale, respectiv verticale,utilizează cuţite elicoidale cu trei aripi şi site favorizând deplasarea compoziţiei în timpul procesării.La maşina orizontală datorită structurii aparatului de tăiere mărunţirea se face în două etape: în prima etapă un cuţit elicoidal şi sita face o tăiere medie, iar în etapa a 2-a un cuţit liber între disc şi inelul intermediar face tocarea fină a amestecului. 6.5.10.3.Morile cu discuri (Fig.6.40.) sunt cele mai simple maşini pentru mărunţit fin.Din acest motiv se utilizează pentru măcinarea condimentelor.Din punct de vedere constructiv morile pot fi:cu ambele discuri rotative (Fig.6.40.a) sau cu un disc fix şi celălalt rotativ(Fig.6.40.b).
264
Gavril Bâlc
Fig.6.40.Schema unor mori de mărunţit cu discuri.a-cu două discuri mobile:1-discuri; 2-coş de alimentare;3-carcasă;4-evacuare;b-cu un disc fix şi unul mobil:1-disc mobil; 2-disc fix;3-coş de alimentare;4-evacuare;5-melc de dozare. În varianta constructivă cu două discuri mobile(Fig.6.40.a) materialul se alimentează prin coşul A şi intră între discurile mobile 1 cu profil dinţat şi sensuri de rotaţie inverse. Materialul măcinat este evacuat prin coşul de evacuare E. În varianta cu un disc fix şi altul mobil(Fig.6.40.b), materialul alimentat prin coşul A ajunge între discurile 1 şi 2, este măcinat şi evacuat prin coşul E. Alimentarea la ambele variante se face prin melcul de dozare 5. Reglarea distanţei între discuri se face cu un mecanism filetat prin intermediul arborelui de antrenare. 6.5.10.4.Maşina de mărunţit grăsimi, se realizează în variantele cu tobă rotativă înclinată (Fig.6.41) sau cu cameră de lucru verticală şi cuţite rotative orizontale. Materia primă se alimentează prin pâlnia 6 şi ajunge în cilindrul perforat 1 fixat pe arborele 2. Împreună cu acesta sunt fixate şi cuţitele 3 care realizează tăierea grăsimii. Tot fix pe arborele 2 este montată toba cilindrică 4 prevăzută cu orificii de 4...6mm. Datorită rotirii ansamblului format din cilindrul 1, cuţitele 3 şi toba 4 prin intermediul motorului 10 se creează o forţă centrifugă care deplasează grăsimea spre peretele exterior al tobei 4. În contracurent prin racordul 8 se introduce abur în carcasa 5 la o presiune de 0,15MPa, unde întâlneşte masa de grăsime. Aceasta este topită, preluată de pompa 9 şi evacuată în cuva 12. Întreg ansamblul este fixat pe cadrul metalic 11.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
265
Fig.6.41.Schema maşinii de mărunţit grăsimi cu tobă rotativă înclinată.1-cilindru perforat;2-arbore;3-cuţite rotative;4-tobă cilindrică;5-carcasă fixă;6-pâlnie de alimentare;7-cuţite fixe;8-racord pentru abur;9-pompă;10-motor electric; 11-batiu;12-cuvă.
6.5.10.5.Maşina pentru mărunţit gheaţă (Fig.6.42), funcţionează pe principiul zdrobirii blocurilor de gheaţă prin comprimare.
Fig.6.42.Schema unei maşini pentru mărunţit gheaţă. 1-cadrul maşinii;2-motor electric;3-tobă de mărunţire;4-pâlnia de alimentare;5-capac; 6-cuvă de colectare gheaţă.
266
Gavril Bâlc
Pe cadrul 1 al maşinii se fixează motorul electric 2 care antrenează toba profilată 3. Blocurile de gheaţă se alimentează prin pâlnia 4 prevăzută cu capacul de protecţie 5 şi sunt mărunţite cu ajutorul tobei profilate 3. Particulele fine rezultate se colectează în cuva 6. 6.5.11.Maşini pentru amestecarea şi malaxarea produselor din industria cărnii. Maşinile pentru malaxare din punct de vedere a mobilităţii cuvei se clasifică în două grupe: a) Malaxoare cu cuvă fixă: -cu cuvă tronconică verticală; -cu cuvă cilindrică orizontală. b) Malaxoare cu cuvă mobilă. Un malaxor indiferent de tipul cuvei se compune din: -vasul de amestecare; -organele de amestecare; -mecanismele de antrenare şi transmitere a mişcării. 6.5.11.1.Organele de amestecare, pot avea diferite forme geometrice spaţiale după cum urmează: -organe de amestecare tip paletă cu amestecare pe verticală (Fig.6.43) şi cu amestecare pe orizontală (Fig.6.44); -organe de amestecare profilate (Fig.6.45); -organe de amestecare complexe (Fig.6.46). Organele de amestecare tip paletă pentru amestecarea pe verticală şi orizontală se folosesc pentru amestecarea materialelor fluide. Din punct de vedere constructiv suprafaţa paletelor poate fi plană sau elicoidală.
Fig.6.43.Schema unor organe de amestecare pe verticală tip paletă. a.-cu palete drepte; b.-cu palete profilate. Organele de amestecare tip paletă pentru amestecarea pe orizontală pot avea formă simplă (Fig.6.44.a) sau forme elicoidale complexe (Fig.6.44.b şi c) utilizate în special pentru materiale vâscoase şi aderente.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
267
Fig.6.44.Schema unor organe de amestecare pe orizontală de tip paletă.a.-cu paletă dreaptă profilată;b.-cu palete segementate profilate;c.-cu palete elicoidale. Organele de amestecare profilate (Fig.6.45) se utilizează pentru malaxarea unor materiale cu vâscozitate foarte mare.Aceste amestecătoare se compun din segmente de benzi profilate (Fig.6.45.a), bare profilate cu forme elicoidale (Fig.6.45.b) sau complexe (Fig.6.45.c).
Fig.6.45.Schema unor organe de amestecare profilate. a.-benzi profilate;b.-bare profilate;c.-complexe. Organele de amestecare complexe (Fig.6.46) sunt în general cadre metalice din bare de oţel inoxidabil pe care se fixează sectorial elemente profilate.
268
Gavril Bâlc
Fig.6.46.Schema unor organe de amestecare complexe. a-cu sectoare elicoidale;b-cu sectoare eliptice.
6.5.11.2.Malaxoarele cu cuvă fixă (Fig.6.47) sunt maşini realizate în două variante constructive: una cu cuvă tronconică verticală (Fig.6.47) şi alta cu cuvă cilindrică orizontală(Fig.6.48).
Fig.6.47.Schema unui malaxor cu cuvă fixă. 1-cadrul maşinii;2-grup moto-reductor;3-cuvă;4-capac; 5-organe de amestecare;6-mecanism de zăvorâre; 7-arbore basculant;8-pârghie de basculare.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
269
Malaxorul cu cuvă verticală fixă se compune din cadrul 1 pe care se fixează grupul moto-reductor 2 ce antrenează organele de amestecare 5 situate în cuva 3.La partea superioară cuva este prevăzută cu un capac 4 fixat şi asigurat prin dispozitivul de zăvorâre 6. După terminarea procesului de lucru cuva se goleşte prin basculare prin rotire în jurul axului 7 prin intermediul pârghiei 8. De un grad de complexitate mai ridicat este malaxorul cu cuvă orizontală fixă (Fig.6.48) cu organe de amestecare tip “sigma”. Cuva malaxorului 1 este profilată la partea inferioară cu doi semicilindri orizontali de la care se face prelungirea tronconică în funcţie de capacitatea cuvei. În cei doi semicilindri sunt asamblate organele de amestecare 2 sub formă de “sigma” cu mişcare de rotaţie dinspre exterior spre interior. Organele de amestecare 2 primesc mişcarea de la motorul electric 4 prin intermediul transmisiei cu roţi dinţate 3. Bascularea cuvei 1 în vederea golirii se face printr-un reductor melcat 5 acţionat de la motorul electric 6.
Fig.6.48.Schema unui malaxor cu cuvă orizontală şi organe de malaxare tip “sigma”. 1-cuvă;2-organe de amestecare tip “sigma”;3-transmisie cu roţi dinţate;4-motor electric; 5-reductor melcat;6-motor electric. Malaxoarele în variantele lor constructive pot fi prevăzute cu comandă automată, cu încălzire, răcire sau menţinerea unui anumit regim de temperatură. 6.5.12.Maşini pentru umplut membrane Maşini pentru umplut membrane sunt maşinile care pe baza presiunii create asupra compoziţiei determină curgerea acesteia în interiorul membranei. Acest tip de maşini se clasifică astfel:
270
Gavril Bâlc a) După modul de lucru: -cu acţiune periodică; - cu acţiune continuă. b) După direcţia fluxului tehnologic: - maşini verticale; - maşini orizontale. c) După principiul de umplere: - cu cilindru şi piston; - melcate; - cu palete.
6.5.12.1.Maşini de umplut cu acţiune periodică În figura 6.49 se prezintă schema unei maşini verticale pentru umplut membrane cu acţionare hidraulică. Pe un cadru compact al maşinii este fixată camera cu piston 1 în care se introduce amestecul atunci când capacul 4 este deschis şi pistonul camerei 1 retras. Retragerea are loc atunci când pistonul cilindrului hidraulic 2 are cursa de coborâre, adică distribuitorul 6 comandă presiunea de ulei în partea superioară a cilindrului 3 şi deschide capacul 4. Concomitent este deschis circuitul de retur al cilindrilor 2 şi 3, iar uleiul ajunge prin filtrul 9 în rezervorul 12. Pentru toate fazele de lucru uleiul din rezervorul 12 este aspirat prin intermediul sorbului cu filtru 11 de către pompa 5, acţionată de motorul M. Presiunea de lucru în circuit este reglată şi menţinută constant de către supapa de siguranţă 8, care scurtcircuitează surplusul de ulei prin filtrul 9 în rezervorul 12. Maşina este echipată cu un panou de comandă unde sunt prevăzute printre altele poziţiile 0,1 şi 2. La poziţia “0” a sertarelor 6 şi 7 maşina nu efectuează umplerea cu material a cilindrului 1. Pentru faza de umplere a cilindrului se comută distribuitoarele sertarelor 6 şi 7 pe poziţia “2” şi ca urmare presiunea de ulei din partea superioară coboară pistoanele cilindrilor 2 şi 3, deschid capacul 4 şi se umple cilindrul 1. Pentru blocarea în poziţia de umplere se comută sertarele distributoarelor 6 şi 7 în poziţia “0”. După încărcare se comută sertarul distribuitorului 7 în poziţia “1” pentru închiderea capacului 4, după care se trece în poziţia “0”. Pentru faza de umplere a membranei se comută sertarul distribuitorului 6 în poziţia “1”, iar sertarul distribuitorului 7 rămâne pe poziţia “0” pentru blocarea capacului 4 în poziţie închisă. Presiunea de ulei din partea inferioară a cilindrului hidraulic 2 deplasează pistonul creând presiune în partea superioară a camerei cu piston 1 realizând evacuarea materialului prin ţeava de umplere 10 la care sunt racordate membranele. După realizarea fazei de umplere se reia procesul de lucru.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
271
Fig.6.49.Schema unei maşini verticale pentru umplut membrane cu acţionare hidraulică.1-cameră cu piston;2,3-cilindri hidraulici;4-capac;5-pompă hidraulică; 6,7-distribuitoare;8-supapă de siguranţă;9-filtru;10-ţeavă de umplere;11-sorb cu filtru; 12-rezervor de ulei;M-motor electric. 6.5.12.2.Maşini de umplut cu acţiune continuă, sunt maşini de mare capacitate, unele prevăzute cu sisteme de vacuum a pastei pentru a nu ajunge aer în membrane în procesul de umplere. Din punct de vedere a organelor de umplere aceste maşini se construiesc în două variante: -cu rotoare cu palete; -cu organe melcate: -cu melci plini; -cu melci tip bandă. Fiecare variantă în funcţie de direcţia fluxului tehnologic se fabrică de tipul vertical sau orizontal. În figura 6.50 se prezintă schema unei maşini verticale cu palete pentru umplut membrane.
272
Gavril Bâlc
Fig.6.50.Schema unei maşini verticale cu palete pentru umplut. 1-rotor;2-palete;3-arbore;4-arcuri;5-pâlnie de alimentare;6-ţeavă de evacuare. Materialul este adus în pâlnia de alimentare 5 şi preluat de paletele 2 ce culisează în locaşurile speciale din rotorul 1, fixat la rândul lui pe arborele de antrenare 3. Compoziţia este comprimată de paletele 2 în spaţiul din ce în ce mai îngust în direcţia de rotaţie şi evacuat în membrană prin ţeava de evacuare 6. Paletele 2 sunt împinse permanent spre exteriorul carcasei de către arcurile elicoidale 4. Pentru creşterea capacităţii maşinilor de umplut membrane se utilizează dispozitive de dozare, compuse din discuri de dozare însoţite de melci de alimentare şi dispozitive de încărcare a membranei. De asemenea pentru încărcarea membranei se utilizează dispozitive cu capete tip revolver cu ţevi multiple. 6.5.13.Instalaţii pentru afumarea cărnii şi produselor din carne. Afumarea, este o operaţie din procesul tehnologic de procesare a cărnii având ca scop conservarea şi îmbunătăţirea calităţilor gustative a produselor. Fumul, este un aerosol dispersat în aer şi conţine gaze necondensabile de H2,O2, N2,CO,CH4,vapori de apă şi substanţe organice. Prin acţiunea sa asupra produselor din carne, fumul are efecte antioxidante şi bactericide. Metodele de afumare se clasifică în funcţie de temperatura de afumare şi de durata procesului de afumare astfel: -afumare de durată(t=22....45ºC şi durata de 7...10 zile);
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
273
-afumare rece (t=22...45ºC şi durata de 16...18 ore); -afumare caldă(t=70...80ºC şi durata de 30...50 minute); -hiţuire(t=95...110ºC şi durata de afumare 20...30 min). O caracteristică importantă a fumului este densitatea, determinată de cantitatea de substanţe utile de afumare, q [g/m3] şi culoarea care defineşte categoriile de fum. Astfel se pot aprecia mai multe categorii de fum: -fum puţin dens,culoare foarte deschisă, are q=0,5 g/m3; -fum cu densitate mică, are culoare deschisă q=0,5...1,0 g/m3; -fum cu densitate medie,are culoare uşor cenuşie şi q=1,0...2,0 g/m3; -fum cu densitate mare, are culoare cenuşiu intens şi q=2,0...4,0 g/m3. -fum cu densitate foarte mare, are culoare închisă spre negru si q > 4,0g/m3; Depunerea componentelor din structura fumului se face prin condensarea lor pe suprafaţa mai rece a produsului şi are loc sub influenţa forţei gravitaţionale, a mişcării browniene sau atracţiei electrostatice dintre particulele coloidale din fum şi grupările ionice ale proteinelor din carne. Calitatea fumului este influenţată de calitatea lemnului sub formă masivă sau rumeguş, motiv pentru care se recomandă lemnul de esenţă tare (fag, carpen, frasin, stejar). Cantitatea de substanţe utile din fum este invers proporţională cu conţinutul de lignină. Din acest motiv la producerea fumului nu trebuie depăşită temperatura da aprindere a ligninei (350...400ºC). La producerea fumului este recomandat ca umiditatea lemnului să fie cât mai scăzută pentru a se forma cantităţi mari de fenoli, care produc efectul antioxidant. În ce priveşte temperatura optimă de obţinere a fumului se consideră valorile de 250...350ºC. Producerea fumului se face în generatoare de fum prin ardere incompletă a lemnului masiv sau rumeguşului, prin fricţiune mecanică şi fluidizare. O instalaţie completă mai conţine incinta de afumare (cameră, tunel, etc.) şi echipamentele de climatizare şi prelucrare a fumului (filtre, instalaţii de spălare), având scop înlăturarea corpurilor solide nedorite. 6.5.13.1.Generatoarele de fum, se pot realiza în mai multe variante constructive după cum urmează: -generator de fum cu rumeguş; -generator de fum cu injector de abur; -generator de fum prin distilarea uscată a rumeguşului; -generator de fum cu tambur; -generator de fum cu disc.
274
Gavril Bâlc
10 2 3
Fig.6.51.Schema unui generator de fum cu rumeguş.1-focar;2-coş de alimentare; 3-melc;4-dispozitiv de amestecare;5-ventilator;6-reductor;7,8-motoare electrice; 9-capac;10-transportor;11-evacuare fum. Generatorul de fum cu rumeguş (Fig.6.51) se compune din focarul 1 în care arde rumeguşul umezit adus de transportorul 10 în coşul de alimentare 2 şi dozat în focar de către melcul 3. Dispozitivul de amestecare 4 aşezat în focar este prevăzut cu palete tubulare perforate prin care este trimis în incintă aerul produs de ventilatorul 5. Melcul 3 este acţionat de la motorul electric 8 printr-o transmisie cu curele, iar ventilatorul 5 şi dispozitivul de amestecare 4 de la motorul 7 prin reductorul 6 şi transmisii cu curele. La pornirea cuptorului rumeguşul este aprins de către un aprinzător electric automat. Cu ajutorul ventilatorului 5 se obţine uniformizarea arderii rezultând un fum care datorită presiunii create trece prin stratul de rumeguş şi prin conducta 11 către echipamentul de filtrare al instalaţiei. Generatorul de fum prin distilarea uscată a rumeguşului (Fig.6.52). Rumeguşul se descarcă în buncărul 2 de unde este extras şi dozat în conducta 4 de către melcul 3 într-un curent de aer produs de ventilatorul 6 şi apoi trimis în generatorul de fum 1. Fluidizarea rumeguşului în generatorul 1 se face cu ajutorul unui curent de aer cald generat de ventilatorul 8 şi încălzitorul 7. Fumul obţinut în amestec cu particule solide ajunge datorită ventilatorului 13 în ciclonul separator de particule 10, de unde iese prin conducta 11 spre instalaţia de filtrare, iar particulele solide sunt evacuate prin conducta 12. Pentru obţinerea unui fum de calitate este necesar ca rumeguşul să aibă o umiditate de 20% şi temperatura aerului la ieşirea din încălzitorul 7 să nu depăşească 400ºC.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
275
Fig.6.52.Schema unui generator de fum prin distilarea uscată a rumeguşului. 1-generator de fum;2-coş de alimentare;3-melc de dozare;4-conductă; 5-grup moto-reductor;6,8,13-ventilatoare;7-încălzitor aer;9-conductă distribuţie fum în amestec cu particule;10-ciclon de separare;11-evacuare fum;12-evacuare particule solide. Generatorul de fum prin fricţiune cu disc (Fig.6.53).
Fig.6.53.Schema unui generator de fum prin fricţiune cu disc.1-corpul generatorului; 2-ghidaje verticale;3-role;4-discuri de fricţiune;5-prismă din lemn;6-sarcini de încărcare; 7-motor electric de antrenare;8-fereastră;9-şicane;10-duze pentru apă;11-cameră de sedimentare;12-conductă de evacuare fum;13-recipient colectare apă reziduală.
276
Gavril Bâlc
La partea superioară a incintei 1 se găsesc ghidajele 2 în care se deplasează rolele 3 prin intermediul cărora se deplasează pe verticală greutăţile 6. Prisma 5 din lemn de esenţă tare se prinde între discurile de fricţiune 4.Prin antrenarea prismei în mişcare de rotaţie de la motorul 7 prin frecare se obţine fumul care trece prin fereastra 8 în camera de sedimentare 11 prevăzută cu şicanele 9. La contactul cu perdeaua de apă produsă prin intermediul duzelor 10 fumul se purifică şi este evacuat prin racordul 12, iar apa cu impurităţi se evacuează în bazinul 13.
6.5.13.2.Sisteme de purificare a fumului. Oricare ar fi metoda de producere a fumului în faza iniţială acesta conţine particule solide formate din rumeguş nears, cenuşă, gudroane, etc. care devin dăunătoare pentru procesul de afumare şi pentru componentele instalaţiilor cu care vin în contact. Din aceste motive se utilizează instalaţii pentru purificarea fumului. Acestea se clasifică astfel: -separatoare de impurităţi uscate: - gravitaţionale; -centrifugale; -separatoare umede; -separatoare electrostatice; -filtre cu caruş filtrant. Unul din cele mai simple sisteme de purificare a fumului este filtrul (separatorul) gravitaţional(Fig.6.54).
Fig.6.54.Schema unui filtru gravitaţional. 1-carcasa filtrului;2-gura de alimentare cu fum;3-vase de sedimentare; 4-şicane;5-evacuare fum filtrat. Carcasa 1 a filtrului este prevăzută la partea superioară cu gura de alimentare 2 cu fum impurificat de la generatorul de fum, şicanele 4 şi gura de evacuare 5 pentru fumul filtrat, iar la partea inferioară cu vasele de sedimentare 3 pline cu apă alternând cu şicane. Fumul impurificat intră prin racordul 2, ocoleşte şicanele 4 de care se lovesc particulele solide şi cad în vasele cu apă 3, unde se sedimentează, iar fumul filtrat este evacuat prin racordul 5. Randamentul acestui tip de separator este relativ scăzut de 40...60%.
Maşini şi instalaţii pentru industria cărnii
277
Separatorul electrostatic de fum (Fig.6.55), este utilajul cel mai modern şi cu cel mai ridicat randament de separare.
Fig.6.55.Schema unui separator electrostatic de fum. 1-camera de separare;2-electrod de ionizare;3-sursa de alimentare; 4-comutator;5 - electrod negativ;6-gură de alimentare;7-evacuare fum filtrat; 8-evacuare particule solide. Fumul impurificat intră în camera de separare 1 prin racordul 6 şi întâlneşte electrodul de ionizare 2 legat de polul negativ al sursei de alimentare 3. La întreruperea electrodului de ionizare 2 prin comutatorul 4 particulele solide vor fi atrase de electrodul 5.Se întrerupe curentul de alimentare a electrodului 5, iar particulele solide vor cădea gravitaţional prin gura de evacuare 8.Fumul filtrat se evacuează prin racordul 7. Fumul rezultat din generatoarele şi filtrele prezentate sau celelalte tipuri doar amintite poate fi fluidizat în instalaţii pentru obţinerea fumului lichid pe baza dizolvării substanţelor utile din fum într-o instalaţie specifică. 6.5.13.3.Incintele de afumare. În funcţie de parametrii de lucru şi gradul de automatizare pot fi: -tradiţionale,fără sistem de automatoizare;
278
Gavril Bâlc -pentru afumare la rece: -tip tunel orizontal; -tip tunel vertical; -complexe, care afumă şi pasteurizează produsele. În figura 6.56. se prezintă schema unui tunel de afumare.
Fig.6.56.Schema unei secţiuni transversale prin tunelul de afumare. 1-perete;2-izolaţie;3-suporţi suspendaţi;4-conveier;5-ferestre;6-distribuitor de fum; 7-ventilator aer proaspăt;8-racord abur; 9-unitate de pregătire şi recirculare a amestecului;10-evacuare gaze necondensate. În tunelul 1 cu izolaţie termică 2 se găsesc la bază ferestrele cu obturator 5, canalul central de distribuire a fumului 6,conductele şi ventilatorul pentru aer proaspăt 7. Produsele aşezate pe suporţii suspendaţi 3 se deplasează în lungul tunelului cu ajutorul conveierului 4. La partea superioară se găsesc unităţile de pregătire şi recirculare a amestecului 9 şi racordul de abur 8 pentru încălzirea aerului rece introdus de ventilatorul 7. Gazele rămase necondensate sunt evacuate prin racordul 10 , iar pentru reglarea concentraţiei aer-fum din incinta tunelului accesul de aer rece se face prin ferestrele 5 prevăzute cu obturator pentru reglarea debitului de aer. Asamblarea într-un flux tehnologic a generatoarelor de fum, a echipamentelor de climatizare, filtrare şi a incintei de afumare formează instalaţia pentru afumare a produselor din carne.
7
CONSTRUCŢIA ŞI FUNCŢIONAREA MAŞINILOR ŞI INSTALAŢIILOR DIN INDUSTRIA DE MORĂRIT ŞI PANIFICAŢIE
7.1 Industria de morărit 7.1.1 Consideraţii generale Transformarea grâului în făină se realizează prin mai multe operaţii tehnologice care convenţional poartă numele de proces de măciniş. In principiu acest proces constă din doua operaţii principale cunoscute sub numele de măcinare şi sortare .Ambele operaţii pot fi considerate că formează un ciclu care se repetă până când întregul endosperm a fost transformat în făină iar învelişul în tărâţă. La fiecare repetare a ciclului parametrii tehnologici ai utilajelor de măcinare se schimbă în funcţie de stadiul de transformare a grâului. Măcinarea. Prin măcinare se înţelege procesul divizării unui corp în particule de diferite dimensiuni. Divizarea are loc sub acţiunea unui ansamblu de organe de maşini capabil să dezvolte forţe care să învingă coeziunea moleculară a corpului respectiv. Spaţiul în limitele căruia acţionează organele de lucru ale maşinii poartă numele de zonă de măcinare. Ca urmare a divizării corpului apar suprafeţe noi, care totalizează o suprafaţă mult mai mare decât cea iniţială a corpului. Principala caracteristică a măcinării este gradul sau intensitatea de măcinare. Ea se defineşte ca fiind raportul dintre suprafaţa totală a particulelor nou create, faţă de suprafaţa totală a produsului iniţial: X=St/Sti, (7.1) în care: X este gradul de măcinare; St - suprafaţa totală a particulelor nou create prin măcinare, cm2 ; Sti - suprafaţa totală a produsului iniţial, cm2. În procesul de măciniş intensitatea de măcinare X este cuprinsă între X=20 şi X=50 pentru fiecare treaptă. Mărimea X este influenţată de fineţea (granulaţia) făinii. În ierarhia tăriei sau rezistenţei la compresiune (forţa principală de acţiune în măcinare) cerealele intră în categoria produselor moi în care forţa de presare P ≤ 98 Pa. Formula de determinare a rezistenţei la compresiune a unui bob de grâu la umiditatea normală este următoarea: P=4,5 μ/δ (7.2) în care, P este forţa folosită pentru zdrobirea boabelor; 4,5 – coeficient; δ – grosimea bobului sfărmat, în mm;
280
Gavril Bâlc μ – compresiunea relativă a bobului.
Din experienţa practică pentru sfărmarea unui bob de grâu cu umiditate de 11 – 12% este necesară o forţă de 98 N. O altă formulă recomandată pentru calculul forţei necesare zdrobirii boabelor este: P=A/F (7.3) în care, A este lucrul mecanic efectuat pentru sfărmarea bobului, în kgm; F - suprafaţa nou creată pe baza analizei cu site, în m2. Din cercetări a rezultat o creştere a rezistenţei la sfărâmare pe măsura creşterii sticlozităţii bobului. De asemenea creşterea umidităţii duce la creşterea rezistenţei şi implicit la creşterea consumului de energie. Măcinarea este caracterizată ca principal consumator de energie în procesul tehnologic de fabricare a făinii. Consumul mare este datorat următoarelor cauze: - necesitatea învingerii forţelor intermoleculare care acţionează în plane de ruptură ale produselor; - necesitatea învingerii frecării exterioare dintre corpul mărunţit şi organele maşinii de măcinat; - învingerea diverselor rezistenţe ale maşinii (frecării dintre piese, diverse şocuri, etc.) 7.1.2 Raportul dintre procesul de măciniş şi caracteristicile grâului Se cunoaşte că un bob de grâu nu este un corp uniform ci are o compoziţie complexă, compoziţie chimică diferenţiată după părţile sale componente. Pentru ca procesul de măcinare să se desfăşoare cu maximum de eficienţă este necesar ca înainte de stabilirea condiţiilor în care se va desfăşura aceasta, să se cunoască în mod precis indicii caracteristici pentru fiecare lot de grâu şi în funcţie de aceştia să se stabilească procesul tehnologic cel mai potrivit, suprafeţele de lucru optime şi regimul de lucru cel mai eficace. În acest scop trebuie să se ţină seama de modul diferit în care componentele chimice ale bobului sunt repartizate în părţile sale componente. Astfel este cunoscut faptul că embrionul şi învelişul sunt mai plastice decât endospermul, iar umiditatea conţinută în bobul de grâu este repartizată diferenţiat între aceste părţi, fapt care influenţează considerabil procesul de măcinare. S-a stabilit experimental, că pentru fiecare soi de grâu există o umiditate optimă, pentru ca procesul de măcinare să decurgă normal, umiditatea învelişului trebuie să fie mai mare decât umiditatea endospermului. Nerecunoaşterea şi nerespectarea acestor factori duce la aplicarea unui proces tehnologic necorespunzător cu repercursiuni asupra cantităţii şi calităţii producţiei.
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
281
De exemplu prin umectarea exagerată a grâului se va micşora capacitatea de producţie a maşinilor deoarece boabele de grâu se înmoaie, iar endospermul umed se lipeşte de suprafeţele de lucru. O umectare insuficientă va înrăutăţi şi ea procesul de măcinare, mai precis calitatea făinii obţinute, deoarece va duce la sfărmarea învelişului şi la apariţia unui amestec inseparabil al acestuia de făină. Un alt factor care influenţează direct procesul de măcinare este soiul de grâu ce se supune măcinării. Grâul moale cu o rezistenţă faţă de forţele mecanice mai mică, va necesita un efort de măcinare redus, iar particulele rezultate vor avea dimensiuni mai mici. Grâul tare se va măcina cu eforturi mecanice mai mari, iar particulele rezultate vor avea şi ele dimensiuni mai mari. De toate acestea trebuie să ţină seama tehnologul care se ocupă de pregătirea şi amestecarea grânelor ce urmează să fie supuse măcinării. Cercetările efectuate au pus în evidenţă câteva date importante cu privire la legătura dintre caracteristicile fizico-chimice ale grâului, rezultatele măcinării şi consumului de energie (tabelul 7.1) Tabelul 7.1 Legătura dintre caracteristicile fizice ale grâului şi consumul de energie pentru formarea de noi suprafeţe. Cereale
Umiditate [%]
Sticlozitate [%]
Energia necesară pentru formarea unei noi suprafeţe [Ws/cm2]
Grâu Grâu
11,3 11,3
94 70
0,25 0,15
Grâu
11,3
36
0,11
Din datele din tabel rezultă că: - rezistenţa la măcinare a diferitelor soiuri de grâu nu este aceeaşi la acelaşi conţinut de umiditate; - paralel cu creşterea sticlozităţii se măreşte rezistenţa la măcinare; - consumul de energie la măcinare este influenţat de gradul de măcinare şi suprafaţa formată de particulele noi create; - conţinutul ridicat de umiditate al grâului conduce la creşterea consumului de energie
282
Gavril Bâlc
7.1.3 Raportul dintre procesul de măciniş şi caracteristicile produselor rezultate Între procesul de măcinare a grâului şi caracteristicile fizico-chimice ale produselor rezultate există o strânsă legătură. Această legătura poate fi evidenţiată printr-o serie de exemple: 1. Pentru a realiza produse cu granulaţie mare procesul de măcinare se caracterizează printr-o acţiune mai puţin intensă a maşinilor. De obicei această granulaţie se obţine prin acţiuni de forfecare şi rupere a particulelor mari în particule mai mici. 2. Pentru a realiza produsul cu granulaţie fină procesul de măcinare se caracterizează printr-o acţiune puternică a maşinilor. Această granulaţie se obţine prin acţiuni conjugate de forfecare si presare. Produsele obţinute printr-o astfel de măcinare au un conţinut mai ridicat de substanţe minerale, o cantitate mai mare de granule de amidon deteriorate şi au o culoare mai închisă. 3. Pentru separarea germenilor este necesar un regim de măcinare care să ducă la mărirea dimensiunilor germenilor ceea ce se obţine printr-o acţiune de presare. 4. Producerea a diferite tipuri de făină necesită pentru fiecare din ele un regim propriu de măcinare. La producerea făinii pentru panificaţie se desfăşoară un proces de măcinare intens prin acţiuni de presare şi frecare a suprafeţelor de lucru ale maşinilor de măcinat obţinându-se particule fine. La fabricarea făinii cu granulaţie mare (făină grifică) pentru paste făinoase se practică măcinarea prin forfecare a particulelor mari pentru a produce particule mai mici. Uneori se foloseşte şi acţiunea de frecare şi presare dar acestea sunt mai puţin intense decât în cazul făinii cu granulaţie fină. 5.În funcţie de regimul de măcinare produsul se încălzeşte într-o anumită măsură. Dacă se practică un proces de măcinare prin presare şi frecare intense produsul se încălzeşte şi grăbeşte maturarea.
7.1.4 Influenţa procesului de măciniş asupra indicilor economici S-a prezentat anterior influenţa grâului asupra procesului de măciniş precum şi influenţa măcinişului asupra produselor rezultate. Aceşti doi factori împreună cu alţii de mai mică importanţă influenţează în mare măsură economicitatea activităţii întregii mori. Indicii economici realizaţi se datoresc în mare parte următorilor factori: 1. Gradul de valorificare a grâului prin cantitatea totală de făină obţinută dintr-o tonă de grâu, cantitatea de făina albă, cantitatea de germeni şi cea de tărâţe. Cu cât extracţia totală de făină este mai mare iar cea albă deţine ponderea, cu atât economicitatea măcinişului este mai bună. 2. Consumul de energie necesar la măcinarea unei tone de grâu sau pentru obţinerea unei tone de făină să fie cât mai redus. 3. Macanizarea, automatizarea şi scurtarea măcinişului contribuie la obţinerea unor indici economici favorabili.
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
283
7.1.5 Procedee de măcinare În procesul de măcinare al cerealelor se folosesc procedee care au la bază operaţii de presare, forfecare, frecare şi lovire. Dintre acestea presarea, forfecarea şi frecarea au rolul principal, ele acţionând în general concomitent şi se condiţionează reciproc. Măcinarea prin acest procedeu se numeşte măcinare complexă. În cazuri izolate se foloseşte măcinarea numai prin presare sau prin lovire. 7.1.5.1 Măcinarea cu valţuri Măcinarea grâului cu valţuri nu constituie un procedeu nou, ci după unele date din literatură el este menţionat încă din 1588. Forma constructivă a valţurilor însă, a evoluat în raport cu tehnica. Astăzi valţul de măcinat cereale se prezintă ca un utilaj modern, complet mecanizat şi automatizat. Principiul de funcţionare. Valţul prelucrează cerealele prin măcinare complexă. Organele lui de lucru sunt construite dintr-o pereche de tăvălugi de formă cilindrică cu diametrul de 220, 250 sau 300 mm şi lungimea de 600, 800, sau 1000 mm, care se rotesc cu viteze diferite în sens contrar unul faţa de celalalt. În afara tăvălugilor el mai are un mare număr de mecanisme ajutătoare. Principiul de funcţionare al unei perechi de tăvălugi dintr-un valţ este reprezentat în fig 7.1. Materialul supus măcinării este apucat de cei doi tăvălugi cu suprafeţe netede O1 şi O 2 care se rotesc în sens contrar şi viteze de rotire egale.
Fig. 7.1. Reprezentare grafică a forţelor în operaţia de măcinare Dacă se presupune că o particulă sferică este supusă procesului de măcinare asupra ei va acţiona fiecare tăvălug cu o forţa de reacţie P a căror rezultantă este R1. În punctele de contact ale tăvălugilor cu particula apar forţele de frecare P a căror rezultantă este R2.
284
Gavril Bâlc
DacăR1≥R2 particula nu va fi apucată de tăvălugi şi nu va fi supusă măcinării. Dacă însă R1≤R2 particula intră între tăvălugi şi se macină. Unghiul α format de dreptele O1O3 şi O2O3 se numeşte unghi de apucare. Din figura 7.1 rezultă: R1 = 2 P sin α/2 R2 = 2 P · μcosα/2, (7.4.) în care μ este coeficientul de frecare (Pf= μ P) Pentru a se respecta condiţia R2< R1 este necesar ca : 2 μP cos α/2 > 2 P sin α/2 sinμ> tg α/2 Dacă μ= tg α/2 tgμ> tg α/2 sau 2 μ > α Din ultima formulă se vede că măcinarea se produce dacă unghiul α este mai mic decât dublul unghiului de frecare μ. Suprafaţa tăvălugilor măcinători poate să fie rifluită sau netedă, alegerea făcându-se în funcţie de rolul său în procesul de măcinare. Astfel dacă tăvălugii se folosesc pentru sfărmarea boabelor şi separarea endospermului de înveliş, suprafaţa lor va fi rifluită, dacă însă se folosesc la transformarea particulelor de endosperm în făină, suprafaţa lor va fi mai netedă. Caracteristicile tehnice ale tăvălugilor rifluiţi. Riflurile sunt nişte crestături practicate pe suprafaţa tăvălugilor cu scopul de a desface mai uşor miezul boabelor de înveliş. Aceste crestături nu se execută la întâmplare, ci au caracteristici tehnice bine definite. Acestea sunt: - profilul sau forma; - unghiul de înclinare a riflurilor fată de generatoarea tăvălugilor; - numărul riflurilor În afara acestor caracteristici care se referă la fiecare tăvălug în parte, în procesul de măcinare viteza de rotaţie a tăvălugilor şi poziţia riflurilor prezintă aceeaşi importanţă. Profilul riflurilor. Prin profilul riflurilor se înţelege forma în secţiune transversală a crestăturii. Profilul participă împreună cu celelalte caracteristici tehnice la efectul de sfărmare a cerealelor. Experimental s-a demonstrat că forma riflului influenţează în mare măsură nu numai gradul de sfărmare ci şi forma particulelor. De aceea, pentru fiecare treaptă de sfărmare, în funcţie de produsele pe care le procesează, dar mai ales în funcţie de produsele ce urmează să se obţină se stabileşte şi forma sau profilul riflului. Aceasta este dată de către unghiurile pe care le formează suprafeţele exterioare ale riflului cu raza circumferinţei tăvălugului. În funcţie de aceste unghiuri poate fi : închis (ascuţit) sau deschis. Acel riflu a cărui suma α + β nu depăşeşte 900 este închis. Riflurile cu formă deschisă sunt acelea la care suma α + β este peste 900. Aşa cum se poate vedea în figura 7.2. unghiul α format de rază şi suprafaţa mai mică a riflului constituie tăişul sau muchia riflului, iar unghiul β format de raza şi suprafaţa mai mare a riflului constituie, ceea ce se numeşte spatele riflului. Din aceeaşi figură 7.2 se vede că locul de intersecţie al tăişului unui riflu cu spatele celuilalt se termină cu un şanţ de formă rotundă.
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
285
Fig.7.2.Profilul riflurilor: a.- profil general al riflului; b.- profilul la diferite marimi a unghiurilor Forma rotundă a şanţului uşurează evacuarea produsului. Diametrul acestui şanţ variază de la 0,1, până la 0,5 mm şi este mai mic pentru rifluri închise şi mai mare pentru riflurile deschise. Unghiul de vârf al riflului se termină cu o teşitură a cărei lăţime variază între 0,1 şi 0,3 mm. Această teşitură este necesară pentru păstrarea rezistenţei riflului în timpul funcţionării. Faţa şi spatele riflului formează un unghi care poartă numele de unghi de tăiere a riflului. Profilul riflurilor executate pe o suprafaţă de lucru a tăvălugilor depinde de diagrama morii. La primele 2 – 3 trepte de sfărmare (şrotuire) se folosesc rifluri cu deschidere mai mică (α+β=900) până la 1000; pentru pasajele 4 – 7 se folosesc rifluri cu deschidere mai mare de 1000 acestea ajungând până la 115 - 1200. Înclinarea riflurilor. Prin înclinarea riflurilor i, faţă de generatoarea cilindrului se înţelege raportul dintre distanţa A a unei extremităţi a riflului faţă de generatoare, măsurată pe circumferinţa cilindrului şi lungimea generatoarei l exprimată în % (fig.7.3.). De exemplu dacă A=100 şi l= 1000, înclinarea va fi: i=A/l =100/1000 · 100= 10%
(7.5)
Dacă riflurile ar fi paralele cu generatoarea cilindrilor unei perechi de tăvălugi, măcinarea s-ar produce periodic la întâlnirea riflurilor existente pe suprafeţele celor doi tăvălugi. În acest caz valţul ar lucra cu încărcătură neuniformă şi s-ar produce vibraţii. S-a constatat că înclinarea riflurilor are un rol important în operaţia de măcinare. Datorită ei şi vitezei diferenţiate dintre tăvălugi se formează puncte de întretăiere (fig.7.3. a, b).
286
Gavril Bâlc
Cu cât aceste puncte de întretăiere sunt mai dese cu atât măcinarea este mai intensivă. Desigur că pe lângă înclinare şi viteza diferenţiată numărul punctelor de întretăiere este influenţat şi de numărul de rifluri existente pe suprafeţele tăvălugilor.
Fig. 7.3. Înclinarea riflului faţă de generatoarea tăvălugului: a– trasarea riflului: 1. tăvălug; 2. axul tăvălugului; α-înclinarea riflului faţă de generatoare; l – lungimea tăvălugului; b – înclinarea riflurilor pe o porţiune din suprafaţa tăvălugului (reprezentare grafică). Înclinarea riflurilor este cuprinsă între 6 şi 12%. Ea se stabileşte în funcţie de locul pe care îl ocupă tăvălugii rifluiţi (pasajul) în diagrama tehnologică de măciniş. Dacă se urmăreşte acţiunea riflurilor existente pe suprafaţa unei perechi de tăvălugi, se constată că măcinarea produsului are loc la intersecţia dintre riflurile de pe tăvălugul rapid cu cele de pe tăvălugul lent aşa cum se prezintă în figura 7.4. b.
Fig. 7. 4. – Întretăierea riflurilor: a – întretăierea riflurilor de pe suprafaţa a doi tăvălugi: b-reprezentarea grafică a forţelor ce acţionează la întretăierea riflurilor 1. primul tăvălug; 2. axul tăvălugului; 3. puncte de întretăiere a riflurilor tăvălugilor; 4. al doilea tăvălug.
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
287
În figura 7.4 sunt prezentate schematic două rifluri Nl de pe primul tăvălug şi Nr de pe tăvălugul rapid. Produsul se macină în momentul intersecţiei riflurilor în punctul O. În această poziţie riflul Nr este supus reacţiunii Pr datorită forţei de rezistenţă a particulei prinsă în punctul O, îndreptată de jos în sus şi reacţiunea forţeiPl îndreptată de sus în jos. Descompunând aceste forţe pe direcţiile verticală şi orizontală iau naştere forţele S şi Z. Prima acţionează asupra particulei pe care o deformează iar a doua tinde să deplaseze particula de-a lungul axei tăvălugului şi să reducă din mărimea forţei S. Datorită faptului că înclinaţia riflurilor unei perechi de tăvălugi este aceeaşi, forţele S şi Z în funcţie de unghiul α se întretaie prin: S = Pr cos α ; Z = Pl sin α
(7. 6.)
Deplasarea particulei de-a lungul axei tăvălugului este posibilă cu condiţia ca forţa Z să fie mai mare decât forţa de frecare Ff. adică
Z ≥ Ff = μ S,
(7.7.)
în care: μ este coeficientul de frecare a particulei cu tăvălugul. Introducând relaţia (7.6)în (7.7) în locul lui Z şi F şi ţinând seama că μ=tg φ (φ – unghiul de frecare) se obţine: Pl sin α ≥ μS şi Pl sin α ≥ μ Pr cos α, de unde prin împărţire cu Pr cos α, în condiţiile în care Pl = Pr se obţine: tg α >μ sau tg α > tg φ de unde rezultă ca α > φ. Pentru ca particula supusă măcinării să se deplaseze de-a lungul riflului trebuie ca unghiul de înclinare α al riflului să fie mai mare decât unghiul de frecare φ. În practică însă această deplasare nu se produce deoarece unghiul de înclinare al riflului este de 4-120, iar cea a unghiului de frecare este de 10-160. Când valoarea unghiului α este maximă este posibilă deplasarea particulei de-a lungul axei tăvălugului. Numărul riflurilor. Prin numărul de rifluri n se înţelege numărul de muchii (proeminenţe) existente pe un cm liniar măsurat pe circumferinţa tăvălugului. Numărătoarea lor se face fixând instrumentul de măsurat în centrul şanţului dintre două rifluri. Distanţa între două vârfuri de rifluri se numeşte pasul riflurilor. Pasul şi numărul riflurilor sunt legate între ele prin relaţia: p = 10 / n , în care: - p este pasul riflurilor, mm;
(7.8.)
288
Gavril Bâlc
- n-numărul de rifluri, pe cm. Numărul de rifluri este deosebit de important în procesul de măcinare, de el depinzând în mare măsurarea gradului de mărunţire al produselor. În procesul de măcinare al grâului numărul de rifluri pe cm creşte treptat de la 4 - 5 la prima treaptă de sfărâmare, ajungând la 14 -16 rifluri pentru ultima treaptă. Stabilirea numărului de rifluri este strâns legată de diagrama de măciniş. Viteza tăvălugilor. La măcinarea grâului, viteza tăvălugilor care lucrează perechi este diferenţiată. În diagrama de măciniş se recomandă viteze egale pentru ambii tăvălugi numai la pasajele de separare a germenilor. Deoarece în acest caz viteza periferică a fiecărui tăvălug este de 3 – 3,5 m/s, viteza unui tăvălug faţă de viteza celuilalt poate fi exprimată prin relaţia:
π R1n1 v1 ω1R1 ω1 k= = = = 30 = 1, v 2 ω2 R2 ω2 π R2 n2 30
(7. 9.)
în care K este raportul vitezelor periferice ale suprafeţei tăvălugilor(viteza diferenţială); v1 - viteza periferică a primului tăvălug, m/s; v2 - viteza periferică a tăvălugului secund, m/s; ω1 - viteza unghiulară a primului tăvălug; ω2 - viteza unghiulară a tăvălugului secund; R1 - raza primului tăvălug; R2 - raza tăvălugului secund; n1- turaţia primului tăvălug, rot/s; n2 - turaţia tăvălugului secund, rot/s. Viteza relativă (diferenţa vitezelor periferice) a tăvălugilor în cazul de mai sus va fi: v0 = v1– v2 = 0
(7. 10.)
Din relaţia (7.10) reiese că între vitezele celor doi tăvălugi nu există nici o diferenţă. În cazul general al valţurilor dintr-o moară de făină există însă diferenţe între vitezele tăvălugilor. Raportul dintre aceste viteze variază între 2,5 şi 1,25. Raportul de 2,5 se foloseşte în procesul de şrotuire, iar cel de 1,25 se foloseşte la măcinarea grişului şi dunsturilor şi în faza intermediară de desfacere. Tăvălugul care se roteşte mai repede poartă numele de tăvălug rapid iar cel care se roteşte mai încet poartă numele de tăvălug lent. Raportul vitezei periferice a tăvălugului rapid faţă de viteza periferică a tăvălugului lent se exprimă prin relaţia: k = vr/vl> 1,
(7. 11.)
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie în care vr – este viteza periferică a tăvălugului rapid, m/s; vl – viteza periferică a tăvălugului lent, m/s; Viteza periferică relativă dintre cei doi tăvălugi este exprimată prin relaţia: v0 = vr - vl >0.
289
(7. 12.)
Dacă se cunoaşte una dintre viteze şi raportul lor, se poate calcula cealaltă viteză cu relaţia: vl = vr / k. (7.13) În practică viteza tăvălugului rapid este pentru şroturi 4 – 4,5 m/s, iar pentru măcinătoarele de grişuri de 3 – 3,5 m/s. Poziţia riflurilor. Prin poziţia riflurilor se înţelege situaţia în care se găsesc faţa şi spatele riflurilor de pe tăvălugul rapid în raport cu faţa şi spatele riflurilor de pe tăvălugul lent în timpul rotirii. În procesul de măcinare sunt posibile patru poziţii. Fiecare dintre acestea acţionând în mod diferit asupra produselor în timpul desfăşurării procesului de măcinare (fig. 7.5. a, b, c, d).
Fig. 7. 5. – Poziţia riflurilor: a – muchie pe muchie; b – muchie pe spate;c – spate pe muchie; d – spate pe spate În prima variantă se prezintă poziţia „muchie pe muchie” sau „tăiş pe tăiş”, în care atât riflul de pe suprafaţa tăvălugului rapid cât şi riflul de pe suprafaţa tăvălugului lent pătrund în bob în momentul când acesta ajunge în zona de sfărmare. Pe măsura ce tăvălugul rapid avansează faţă de celălalt muchia riflului de pe tăvălugul rapid taie o parte din bob, iar muchia riflului de pe tăvălugul lent reţine restul.
290
Gavril Bâlc
În a doua variantă se prezintă poziţia „spate pe muchie” sau „spate pe tăiş” în care muchia riflului de pe tăvălugul lent, pătrunde în bob datorită presiunii exercitate de spatele riflului de pe tăvălugul rapid. Celălalt continuă să reţină o parte din bob, iar cealaltă parte sub forma unei particule rupte se deplasează spre spatele riflului rapid. În varianta a treia se reprezintă poziţia „muchie pe spate” sau „tăiş pe spate” în care muchia riflului de pe tăvălugul rapid intră în bob şi-l transportă în sensul de rotire al tăvălugului. Prin apăsarea spatelui riflului de pe tăvălugul lent, se produce presarea şi strivirea bobului. În varianta a patra se prezintă poziţia „spate pe spate”. În acest caz boabele sunt strivite parţial la început, procesul accentuându-se pe măsura ce tăvălugul rapid avansează. Influenţa poziţiei riflurilor asupra granulaţiei este prevăzută în tabelul 7. 2.. Tabelul 7.2 Influenta poziţiei riflurilor asupra granulaţiei produselor Producţia de maciniş in diferite poziţii a riflurilor [%] Denumirea produselor Provenite din măcinare
m/m
m/s
s/m
s/s
Refuzul sitei metalice nr18
75,6
86,3
82,8
85,5
Griş mare 18/32
17
8,7
8,2
7,3
Griş mijlociu 32/46 Griş fin 46/56
1,75 1,15
1,2 0,7
1,6 1,3
1,3 1.0
Dunst 55/IX
2,1
1,4
2,5
1,8
Făină IX/XIV
2,4
1,7
3,6
2,1
Notă: m/m- muchie pe muchie; m/s-muchie pe spate s/m-spate pe muchie; s/s-spate pe spate.
Diametrul tăvălugilor. Diametrul exercită şi el o importantă influenţă asupra operaţiilor de măcinare. În figura 7.6. sunt prezentate schematic punctele de contact ale unei particule cu două perechi de tăvălugi a căror diametru este diferit. Se poate vedea că zona de măcinare sau drumul parcurs de particulă printre fiecare pereche de tăvălugi este diferit. Cu cât diametrul tăvălugilor este mai mare cu atât drumul parcurs de produs este mai lung, iar influenţa măcinării este mai intensă.
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
291
Fig. 7.6.- Schema drumului parcurs de particulă în funcţie de diametrul tăvălugilor. În funcţie de mărimea particulelor ce urmează a se obţine din măcinare se recomandă a se face şi alegerea diametrului fiecărei perechi de tăvălugi. Astfel pentru operaţiile în care se transformă produsele intermediare în făină se recomandă tăvălugi cu diametrul de 250 – 300 mm. Pentru obţinerea produselor grifice se recomandă tăvălugi cu diametrul de 200-220 mm. În practică însă pentru uniformizarea gabaritelor la valţuri se folosesc tăvălugi cu acelaşi diametru. Caracteristicile tehnice ale tăvălugilor netezi. În aparenţă măcinarea produselor cu tăvălugi netezi este foarte simplă. În realitate ea este o operaţie complicată şi dificilă, influenţată de o serie de caracteristici ale tăvălugilor măcinători. Dintre acestea cele mai importante sunt: - suprafaţa tăvălugilor; - deplasarea tăvălugului rapid faţă de cel lent; - modul de curăţire. Privită cu ochiul liber suprafaţa unui astfel de tăvălug pare să fie perfect netedă. Privită însă cu o lupă se constată că are un aspect poros care se datorează granulaţiei polizorului cu care a fost rectificat tăvălugul. După un anumit timp de funcţionare, această porozitate începe să dispară, suprafaţa devine lucioasă şi nu mai acţionează asupra produselor decât în foarte mică măsură. Pentru a nu se ajunge la această situaţie, este necesar ca tăvălugii cu suprafaţa netedă să fie rectificaţi de câte ori este nevoie. Dacă aceasta nu este posibil, se poate remedia situaţia pentru o perioadă scurtă de timp prin trecerea printre tăvălugi a unei cantităţi de şmirghel granulat. Operaţia se va executa cu mare atenţie deoarece granulele de şmirghel pot ajunge în lagăre, producând griparea acestora. Întrucât măcinarea cu tăvălugi netezi se face mai mult prin presare şi mai puţin prin frecare este necesar ca viteza diferenţială dintre cei doi tăvălugi să fie foarte mică adică: k =
292
Gavril Bâlc
1 sau k = 1,25 – 1,50. Se pot folosi tăvălugi cu viteze periferice egale numai atunci când se urmăreşte ca produsele trecute printre ei să fie mai mult aplatizate decât măcinate, adică la pasajul de germeni. În timpul măcinării, din cauza presării şi încălzirii tăvălugilor se produce lipirea unor produse de suprafeţele acestora. Pentru înlăturarea acestui neajuns se folosesc cuţite din oţel special. În unele cazuri se încearcă înlocuirea acestora cu cuţite confecţionate din lemn de esenţă tare. Soluţia dă rezultate pentru scurtă vreme deoarece diferenţa mare de duritate dintre tăvălug şi cuţit duce la uzura rapidă a cuţitului. Tot o soluţie de scurtă durată este şi folosirea periilor. Rezultatele lor sunt de slabă calitate deoarece nu pot îndepărta stratul de produs lipit, iar materialul din care acestea sunt confecţionate se uzează repede. Rectificarea şi rifluirea tăvălugilor. Rectificarea şi rifluirea tăvălugilor sunt operaţii care se execută în afara procesului tehnologic de măcinare. Rectificarea este operaţia prin care suprafaţa tăvălugilor este perfect nivelată. Rifluirea, este operaţia prin care se execută creşterea suprafeţelor. Rifluirea se execută numai după ce suprafaţa tăvălugilor a fost rectificată. Ambele operaţii se execută cu maşini de rectificat şi rifluit. Rectificarea şi rifluirea tăvălugilor se execută periodic. În mod normal durata de funcţionare a unei perechi de tăvălugi este de 3 luni. Această durată este influenţată de: - modul de cementare a suprafeţei; - modul de alimentare cu produse; - modul de reglare; - tipul cerealelor; - accidentele provocate de alimentarea cu produse; - modul cum au fost executate rectificarea şi rifluirea precedentă. Rectificarea tăvălugilor netezi. Aşa cum s-a arătat, tăvălugii cu suprafaţa netedă se folosesc la măcinarea particulelor de endosperm. Întrucât aceste particule au dimensiuni mici este necesar ca suprafaţa tăvălugilor să nu prezinte nici un fel de denivelare. Suprafaţa perfect netedă este necesară şi tăvălugilor care urmează a fi rifluiţi. Rectificarea tăvălugilor cu suprafaţa netedă se efectuează în două trepte. Prima treaptă poartă numele de rectificare grosieră, iar cea de-a doua rectificare fină. Rectificarea grosieră se efectuează cu o adâncime de 0,06 - 0,08 mm, iar cea fină de 0,01 mm. Verificarea rectificării se face numai la tăvălugii care lucrează pereche. Teşitura, conicitatea tăvălugilor. În procesul de măcinare tăvălugii se încălzesc pe toată lungimea lor, dar mai ales la capete, aceasta deoarece căldura rezultată din frecarea axului cu lagărul se transmite tăvălugului ceea ce duce la dilatarea capetelor în acea măsură încât uneori nu mai are loc măcinarea. Pentru a se evita acest neajuns se recurge la aşa numita teşitură sau conicitate a tăvălugilor. Ea constă în polizarea mai accentuată a capetelor, tăvălugii luând forma din fig. 7.8.
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
293
Fig. 7.8. – Teşitura tăvălugilor. Dimensiunile teşiturilor se stabilesc în funcţie de lungimea tăvălugilor l, astfel: l = 500 mm; d – d1 = 0,026 mm; a = 50 mm; l = 600 mm; d – d1 = 0,038 mm; a = 63 mm; l = 800 mm; d – d1 = 0,050 mm; a = 75 mm; l = 1000 mm; d – d1 = 0,065 mm; a =85 mm. Un al doilea motiv care justifică teşitura tăvălugilor este şi acela că în timpul procesului de măcinare alimentarea nu se face pe toata lungimea lor, iar la ambele capete rămân neacoperiţi câte 20 – 30 mm, ceea ce duce la uzură avansată pe porţiunea care macină permanent. Capetele rămân nefolosite nu se uzează şi se apropie până la atingere, stingherind astfel reglarea tăvălugilor pentru executarea unei măcinări corecte. Morarii (în special vălţarii) consideră că acest mod de alimentare este cel mai eficient, deoarece în timpul desfăşurării procesului de măciniş umiditatea produselor, granulaţia şi cantitatea acestora nu sunt constante şi provoacă înfundarea valţurilor. Rezerva de 20-30 mm la fiecare capăt asigură preluarea automată a plusurilor de produse. Rifluirea tăvălugilor. După poziţia riflurilor vechi şi rectificate se execută tăierea noilor rifluri. Tăierea riflurilor pe suprafaţa tăvălugului se face cu ajutorul cu unui cuţit cu vârf din oţel special sudată prin alămire (fig. 7. 9.). Forma vârfului de cuţit este în aşa fel executată încât şanţul practicat pe suprafaţa tăvălugului să aibă pante precise la unghiurile stabilite. Vârful cuţitului se modelează la polizor, iar verificarea unghiurilor se face cu şabloane (fig.7.10). În execuţia rifurilor există doua etape: în prima etapă se realizează circa 2/3 din şanţ, iar în a doua etapa 1/3. Prima etapă mai poartă numele de degroşare, iar a doua de finisare. Unii morari pierd din vedere faptul că tăvălugii cu suprafaţa netedă comandaţi pentru măcinătoare au un grad mai redus de duritate şi nu pot fi rifluiţi pentru a funcţiona în faza de şrotuire.
294
Gavril Bâlc
2
2
1 1
Fig. 7. 9. Cuţit din oţel widia sudat de portcuţit 1 - cuţit; 2 – portcuţit De asemenea nici cei care au fost comandaţi pentru şroturi nu pot fi folosiţi ca măcinătoare. În primul caz duritatea fiind mai mică riflurile se uzează foarte repede. În al doilea caz tăvălugii cu suprafaţa foarte dură se lustruiesc (se fac oglinda) şi nu macină. Din aceste motive se recomandă ca tăvălugii pentru măcinătoare să fie folosiţi numai în acest scop, iar cei pentru şroturi să aibă numai această întrebuinţare.
Fig.7.10.Şabloane pentru cuţit de rifluit Se subliniază faptul că tăvălugii se supun la polizat şi rifluit numai perechi. Se interzice să se schimbe unul din tăvălugi ce formează perechea deoarece modul lor de lucru este diferit. Maşinile de rifluit pot fi dotate cu unul sau două cuţite. Cele care au un singur cuţit execută operaţia de rifluire în cele două etape, iar cele cu două cuţite într-o singură etapă.
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
295
În funcţie de numărul cuţitelor diferă poziţia de montaj a acestora şi mărimea unghiurilor care dau forma cuţitelor şi a rifurilor. Când maşina este dotată cu un singur cuţit, acesta se montează cu vârful pe verticala dusă din centrul circumferinţei tăvălugului. În acest caz cuţitul de degroşare şi cel de finisare au unghiurile egale şi din operaţie rezultă riflul cu unghiul de faţă şi cel de spate corespunzătoare cuţitului. Când maşina este dotată cu două cuţite, care sunt aşezate în poziţie unul după altul, vârful acestora se montează tot după verticala dusă din centrul circumferinţei tăvălugului. Unghiurile lor sunt egale şi din operaţie rezultă riflul cu unghiul de faţă şi cel de spate corespunzătoare cuţitului. 7.1.6 Sisteme de transport a grâului utilizate în industria de morărit În cadrul unui complex de morărit se utilizează două variante de transport a cerealelor şi produselor finite, după cum urmează: - sisteme mecanice: cu transportoare cu bandă, cu racleţi şi cu melc; - sisteme pneumatice. Dintre aceste sisteme în morile moderne se utilizează cu precădere sistemele pneumatice. În figura 7.11 este prezentată schema de principiu a unui sistem de transport a grâului prin aspiraţie şi refulare utilizat intr-o moară de cereale în sectorul dintre linia de condiţionare şi cea de alimentare cu cereale a celulelor de depozitare.
7.11 Schema unei instalaţii de transport pneumatic dintr-o moară de cereale. 1 – filtru vertical cu con; 2 – compresor centrifugal; 3- supapă de trecere (distribuţie); 4 – depozitare cereale; 5 - ciclon de depozitare; 6 – mijloc de transport; 7 – compresor de aer; 8 – sistem de comandă filtre; 9 –distribuitor de aer (supapă rotativă); E – evacuare. Din locul de depozitare 4, grâul este aspirat prin supapa de distribuţie cu mai multe căi 3 de către compresorul centrifugal 2 şi îl trece prin filtrul cu con 1. În filtrul 1 se aspiră pe la partea superioară praful şi particulele fine care se evacuează prin punctul E, iar grâul prin refulare este trimis prin distribuitorul de aer spre ciclonul de depozitare intermediar 5 pentru alimentarea morii sau intr-un mijloc de transport. Compresorul 7 ce lucrează la o presiune de 0,7 MPa, prin circuit independent acţionează asupra sistemului de comandă
296
Gavril Bâlc
8 şi pune in funcţiune subansamblele filtrului vertical cu con 1. Acest tip de instalaţie se poate utiliza pentru încărcarea cu cereale a depozitelor de grâu dintr-o moară. Având in vedere că în sistemul de transport pneumatic este necesar debit mare şi viteză mică pentru curentul de aer, în instalaţia din figura 7.11 se poate utiliza în locul compresorului centrifugal 2 o suflantă cu rotoare profilate. Într-o variantă extinsă in figura 7.12 se prezintă schema unui sistem de acţionare şi transport pneumatic cu subansamble de transport mecanice. În schemă sunt prezentate trei circuite ale aerului după cum urmează: a. Cu linie întreruptă şi două puncte (-∙∙ ), circuitul de comandă pentru reglarea fluxului pe circuit în care sursa de aer este un compresor 10, care dezvoltă o presiune de circa 0.7 MPa. b. Cu linie continuă ( ), circuitul de transport propriuzis care cuprinde suflantele de tip Roots 4, compresorul 1 ce echipează filtrul vertical 3 si compresorul centrifugal 9 ce deserveşte celulele de depozitare 12. c. Cu linie punct (__∙__∙ ), circuitul de desprăfuire şi transportul impurităţilor de la sistemele de filtrare locale către staţia centrală. Principalele utilaje din linie sunt: suflante roots 4, care dezvoltă în circuit o presiune maximă de 0,7 MPa şi o depresiune (vacuum) de maxim 0.05 MPa, compresoarele centrifugale 1 şi 9 cu o presiune de maxim 0.05 MPa si un debit Q = 15m3/min,distribuitorul de aer (supape rotative) 2 montate la baza filtrului cu con 3, supapele de distribuţie (de deviere) 6 pentru direcţionarea curentului de aer, filtrele orizontale 14 prevăzute la partea superioară cu ventilatoare aspiratoare, cicloanele epuratoare şi cicloanele pentru praf montate în circuitul de desprăfuire din staţia de condiţionare a grâului.
7.1.7 Utilaje utilizare în fluxurile tehnologice dintr-o moară de cereale Acest tip de utilaje sunt de tipul cântare volumetrice automate, aspiratoare specifice fiecărei maşini din sistemul de separare sau aparate care deservesc utilajele pentru decojire. Schema unui utilaj de aspiraţie cu recircularea aerului este prezentat in figura 7.13 Utilajul se compune din carcasa 1 pe care se montează coşul de alimentare 2 prevăzut la partea inferioară cu fundul vibrator şi mobil pe verticală 3, pus în mişcare de vibraţie cu mecanismul 4. La partea superioară pe toată lăţimea aparatului se găseşte cilindrul de aspiraţie 7 perforat pe la partea inferioară şi înconjurat de carcasa 12. La capătul cilindrului se găseşte un ventilator care trage aerul din amestecul „aer – particule de impurităţi” şi-l redirijează în circuit prin canalul 8, iar impurităţile sunt preluate de melcul 9 şi evacuate prin conducta de evacuare 11 după deschiderea clapetei 10. Produsul curăţat cade pe planul înclinat al carcasei 1 spre locul de depozitare 14 după deschiderea clapetei 13. Utilajul poate fi inclus în schema din figura 7.12, iar canalul de refulare 8 poate fi racordat la sistemul de purificare a aerului (desprăfuire) din moară.
Fig.7.12 Schema unui sistem de acționare si transport pneumatic a grâului din sectorul de alimentare al unei mori de cereale. 1 – compresor de aer; 2 – distribuitor de aer; 3 – flitru vertical cu con; 4 – turbosuflante Roots; 5 – distribuitor; 6- supapa de distribuţie; 7 – sistem de comandă; 8 – melc pentru descărcare; 9 – compresor centrifugal; 10 – compresor; 11 – celule intermediare; 12 - celulă alimentare moară; 13 – celule de stocare; 14- filtru orizontal; 15 – moară.
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie 297
298
Gavril Bâlc
Fig.7.13 Schema unui aspirator de praf şi impurităţi uşoare. 1 – carcasă; 2- coş de alimentare; 3- fund vibrator; 4 – mecanism de vibrare; 5 – canal de aspiraţie; 6- perete mobil; 7 – cilindru de aspiraţie; 8 – canal refulare aer; 9 – melc evacuare impurităţi; 10 – clapetă evacuare impurităţi; 11- conductă evacuare impurităţi; 12 - carcasă; 13 – clapetă de evacuare produs curăţat; 14 – loc depozitare.
7.2 Industria de panificaţie Procesul tehnologic din industria de panificaţie (fig. 7.14) cuprinde mai multe faze după cum urmează: - prepararea aluatului: include operaţiile de dozare a făinii, apei, drojdiei, sării şi altor ingrediente, urmate de fermentaţia maielei, frământarea si fermentarea aluatului, toate executându-se cu utilajele adecvate. - divizarea aluatului, se realizează manual, semimecanizat sau mecanizat cu maşini specializate care funcţionează pe principiul gravimetric sau volumetric; - modelarea aluatului, este operaţia prin care bucăţile de aluat iau forma finală a produsului de panificaţie. Se face manual sau mecanic în modele rotunjite, alungite, împletite sau alte forme. Operaţia se realizează cu maşini de modelat rotund cu con exterior, maşini de modelat lung, de rulat franzele sau cornuri; - predospirea si dospirea finală, sunt faze ale dospirii alutului în bucăţi divizate si modelate înainte de coacere. Această fază durează 25..60 minute în funcţie de greutatea
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
299
produsului. Faza dospirii finale se realizează intr-un microclimat corespunzător la 35-40°C şi umiditate relativă de 75 -85%, favorizând acumularea de CO2pentru obţinerea unui volum şi porozitate corespunzătoare. Pentru aceste operaţii se utilizează predospitoare cu benzi, dospitor tip cameră, mobile, tip tunel cu benzi sau cu leagăne; - coacerea, este operaţia prin care în prezenţa căldurii au loc transformări fizice, biochimice şi microbiologice a materiei prime în produs alimentar finit comestibil. Înainte de introducerea în cuptor a pâinii se face umezirea sau spoirea pentru formarea unei coji normale şi lucioase, urmate de creşterea şi ştanţarea produsului. Mecanismul coacerii constă în transformarea aluatului în miez prin modificări a umidităţii lui la temperaturi diferenţiate în trei faze. În prima parte când temperatura cuptorului atinge 100 - 200°C, suprafaţa exterioară a aluatului preia căldura vaporilor condensaţi şi ajunge la 80°C, când formează o pojghiţă subţire. În faza a 2-a, ridicând temperatura cuptorului la 250 - 260°C, temperatura exterioară a pojghiţei ajunge la 100°C când se transformă în coajă prin deshidratare. În faza a treia temperatura cuptorului se aduce la 180-200°C, când are loc o încălzire mai lentă a aluatului, temperatura scade de la coajă spre miez, determinând creşterea umidităţii în aceeaşi direcţie prin fenomenul de difuzie termică a umidităţii până ce tot aluatul se transformă integral în miez. La sfârşitul perioadei de coacere temperatura cuptorului trebuie să fie în jur de 180°C, temperatura cojii la exterior 150°C, temperatura zonei interioare a miezului învecinat cu coaja 120°C şi a părţii centrale a miezului 95-98°C. Toate aceste fenomene se petrec pe durata a 30 - 60 minute cât durează coacerea unei şarje (încărcături) a cuptorului, pentru pâine si 10 - 35 minute pentru produsele de patiserie şi specialităţi. Coacerea se face în cuptoare cu bandă tip tunel, cu vatră fixă sau mobilă şi cuptoare rotative; - ambalarea, depozitarea şi păstrarea produselor se realizează după răcire în rastele sau rafturi. Depozitarea se face în încăperi curate şi bine aerisite la temperaturi de 20°C; - livrarea, este ultima operaţie şi se face în ordinea fabricării şi depozitării în funcţie de cerinţele clientului. Aşezarea utilajelor corespunzătoare operaţiilor din fluxul tehnologic de fabricaţie formează linia tehnologică de fabricaţie. (Fig.7.15.)
300
Gavril Bâlc
Fig.7.14 Schema procesului tehnologic de fabricare a pâinii şi produselor de franzelărie .
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
301
Fig.7.15 Schema de dispunere a utilajelor intr-o linie tehnologică de fabricare a pâinii. 1 – moară; 2 – depozit făină; 3- instalaţie pentru maturare; 4 – cernător centrifugal; 5 – cântar; 6 – rezervor apă; 7- rezervor sare; 8 – preparare maia; 9- baterie de malaxoare; 10 – dispozitiv de ridicat şi basculat cuve; 11 - maşini de divizat aluat; 12- maşini pentru modelat; 13- predospitoare; 14 – dospitoare; 15 – cuptor; 16 – spoire, umezire, crestare; 17 – răcire şi ambalare; 18 – depozitare şi livrare. Din tipurile de utilaje şi instalaţii ce formează linia tehnologică din figura 7.15 câteva din cele mai importante sunt prezentate în cele ce urmează: a. Instalaţie pentru maturarea făinii prin fluidizare (Fig. 7.16); Este o instalaţie care permite trecerea făinii imediat în producţie şi funcţionează pe baza unui tratament cu aer cald.
302
Gavril Bâlc
Fig.7.16 Schema unei instalaţii pentru maturarea făinii prin fluidizare. 1 – aerotermă cu ventilator; 2 – carcasă; 3 – gură de alimentare; 4 – sită din pânză de bumbac; 5 – compartiment superior; 6 – compartiment inferior; 7- filtru separaţie particule; 8 – retur particule recuperate; 9 – gură de evacuare făină; 10 – termometru; A- aer cald; B- făină; C- container evacuare făină; D – evacuare aer tehnologic; Instalaţia este formată din carcasa 2 împărţită de sita de pânză 4 în camera superioară 5 şi camera inferioară 6. Prin coşul de alimentare 3 se încarcă cu făină camera superioară 5, iar prin camera inferioară 6 se insuflă aer cald produs de aeroterma cu ventilator 1 în masa de făină. Cantitatea de căldură care intră în compartimentul 6 se reglează în funţie de cantitatea de făină introdusă în staţie. Parametrii curentului de aer sunt monitorizaţi de dispozitive automate cu care este echipată instalaţia. Făina dintr-o încărcătură a instalaţiei se încălzeşte la 30°C timp de 1,5 minute. Acest tip de instalaţie se foloseşte numai pe flux deoarece in aproximativ 1 oră de la maturare trebuie procesată. b.Maşina pentru divizat aluat ce funcţionează pe principiul volumetric Este o maşină care face divizarea aluatului pe principiul volumetric in limite precise în funcţie de gramajul produsului care se fabrică. Schema privind principiul de funcţionare al maşinii este prezentată in figura 7.17
Maşini şi instalaţii din industria de morărit şi panificaţie
303
Fig.7.17 Schema privind principiul de funcţionare a maşinii de divizat volumetric. 1 –cilindru de dozare; 2- piston; 3- pâlnie de alimentare; 4 – mecanism de reglare evacuare; 5 – dispozitiv melc - roată melcată; 6 – placă de limitare volum; 7- mecanism de acţionare piston; 8 – mecanism de umplere cilindru; 9 – bandă evacuare porţii de aluat; 10 – roată dinţată; 11 – roată de curea; 12- pinion; 13 – motor electric; Aluatul din coşul 3 trece prin orificiul din placa de limitare 6 spre capacul pistonului 2. Când rola mecanismului de umplere 8 este pe cama 10, pistonul se retrage în cilindrul de dozare 1 şi are loc umplerea cu o porţie de aluat. Prin rotirea roţii 10 cu ω1 se acţionează mecanismul 7, determinând rotirea pistonului şi cilindrului realizând deversarea unei porţii de aluat pe banda transportoare 9. Reglarea volumului porţiilor de aluat se face prin reglarea volumului cilindrului prin intermediul unui mecanism melc – roată melcată şi braţul 4. Acţionarea maşinii se face de la motorul electric 13 prin transmisia cu curea şi apoi transmisie cu roţi dinţate prin intermediul pinionului 12. c. Cuptoare pentru copt pâine Cuptoarele pentru copt pâine se clasifică în două grupe şi anume: - cuptoare cu funcţionare discontinuă: cu una sau mai multe vetre fixe şi cuptoare rotative;
304
Gavril Bâlc
- cuptoare cu funcţionare continuă de tip tunel. Din punct de vedere al combustibilului utilizat sunt: cuptoare electrice, cu combustibil gazos, lichid sau solid. Schema de principiu al unui cuptor de copt pâine cu 4 vetre este prezentată în figura 7.18.
Fig.7.18 Schema de principiu al unui cuptor cu 4 vetre. 1 – corpul cuptorului cu izolaţie; 2 – vetre; 3- canale aer în vatră; 4 - şamotă; 5 – ventilator; 6 – motor electric; 7-camera de ardere; 8 – arzător; 9 –vaporizator; 10 – canal pentru vapori; 11- ventilator; 12 – panou electric; A – evacuare gaze arse; B – evacuare surplus abur. În interiorul carcasei 1 izolată termic se fixează vetrele 2 prevăzute cu canale de aer 3 şi pavate cu şamota 4. Arderea combustibilului se face în camera de ardere 7 prevăzută cu arzătorul 8 amplasată la partea inferioară a cuptorului. Tot aici se găsesc şi vaporizatoarele 9 care asigură vaporii de apă necesari în incinta camerelor de coacere. Recircularea aerului cald pe traseul cameră de ardere, hote laterale, canale din vetre se face de către ventilatorul 6. La partea superioară a faţadei se află ventilatorul 11 care aspiră aerul din incinta vetrelor, iar la partea de jos panoul electric de comandă 12.
8
TEHNOLOGII, UTILAJE ŞI INSTALAŢII DIN INDUSTRIA DROJDIEI
8. 1 Consideraţii generale Drojdia, este un produs caracterizat prin puterea de creştere sau mărire a volumului aluatului prin fermentare. Este un produs care se obţine din culturi de Sacchromyces cerevisiae înmulţite în mediu puternic aerob în mai multe faze de multiplicare. Materia primă industrială utilizată la fabricarea drojdiei de panificaţie este melasa rezultată din procesul tehnologic de fabricare a zahărului. Indicii de calitate şi cei optimi ai melasei pentru producerea drojdiei de panificaţie sunt prezentaţi în tabelul 8. 1. Tabelul 8. 1 Nr. Crt. 1
Indicii de calitate ai melasei din sfeclă de zahăr. Valori[%] Minime Maxime
Indicatorul Substanţă uscată 71 polarimetric 40 2 Zahăr invertit 9, 1 3 Cenuşă 5 total 0, 5 4 Azot aminic 0, 1 5 Potasiu 2 6 Calciu (CaO) 0, 1 7 Anhidrită sulfică 0, 01 8 Acizi volatili 0, 5 9 Aciditate (pH) 4, 9 Nr. microorganisme 1000 10 într-un gram *Notă:Valorile[%] se referă la indicatorii (1. . . 8).
Optime
85 54 10 12 2, 1 0, 5 5 1, 5 0, 07 1, 8 8, 5
74 46. . . 50 1 1 1, 4 0, 3 3, 5 1 1 1 6, 5. . . 8, 5
50000
1. . . 46
Analizând tabelul 8. 1 se constată că faţă de cerinţa crescută de azot şi fosfor în procesul tehnologic, melasa conţine cantităţi insuficiente. Diferenţa până la valorile optime se acoperă prin suplimentarea cu săruri amoniacale, sulfat de amoniu şi superfosfat de calciu. Plămezile din melasă sunt deficitare în biotină. Valorile de 30. . . . 125mg/t de melasă sunt prea mici în raport cu valorile optime necesare de 200 mg/t, ceea ce necesită suplimentarea lor.
306
Gavril Bâlc
Substanţele colorate(de caramelizare, melanoide de degradare alcalină a zaharurilor), care provin din modificarea zaharurilor în procesul de obţinere a melasei se absorb la suprafaţa celulelor de drojdie împiedicând închiderea culorii la produsul finit. Dintre microelementele de Fe, Cu, Mn, Mo, Zn, necesare pentru dezvoltarea drojdiei, zincul este în cantităti mai mici şi uneori trebuie suplimentate. Microflora melasei, reprezentată de bacterii, drojdii şi mucegaiuri influenţează în mare măsură calitatea drojdiei. În funcţie de acest parametru se apreciază melasele în: -foarte bune: cu conţinut < 2000 germeni/g; -bune: cu conţinut între 2000. . . 10000 germeni/g; -defecte: cu conţinut >10000 germeni /g. Dacă substanţa uscată a melasei (SU) este mai mică de 80% la depozitare se poate produce procesul de fermentare şi depreciere a acesteia, prin dezvoltarea de microfloră peste limitele admise. Capacitatea tampon a melasei(CT), reprzintă volumul(ml) de acid sulfuric(H2SO4) necesar pentru reducerea pH-ului a 100g de melasă la valoarea de 4, 5. În funcţie de acest parametru melasele se pot aprecia în: -melasele normale: CT>40; -melasele medii: CT=30. . . 40; -melasele slabe: CT78,3˚ C . Din această categorie se cunosc: alcoolul propilic, alcoolul izobutilic, apa, alcoolul izoamilic, acetat de izoamil, furfurol, etc. Pentru eficientizarea procesului de rafinare se face tratarea chimică a alcoolului brut care cuprinde trei faze: - neutralizarea acizilor volatili , se realizează prin neutralizarea alcoolului brut la rece timp de 10..12 ore cu o soluţie de NaOH de concentraţie 1..3%; - saponificarea esterilor, se realizează cu soluţie de NaOH în concentraţie de 10%; - oxidarea aldehidelor , se realizează prin tratarea alcoolului brut cu KMnO4 în soluţie slab acidă sau bazică. În figura 12.14. se prezintă schema unei instalaţii pentru obţinerea alcoolului (spirtului) din cartofi.
Fig.12.14. Schema unei instalaţii pentru obţinerea spirtului din cartofi. 1- transportor; 2- pâlnie de alimentare; 3- fierbător; 4, 7, 10, 12, 17, 19, 23 – pompe; 5- rezervor zaharificare; 6- rezervor lapte slad; 8- cultură de drojdie pură; 9- rezervor de fermentare; 11- rezervor plămadă fermentată; 13- preîncălzitor; 14- coloană de distilare; 15, 21- deflegmatoare; 16, 22- condensatoare; 18- rezervor spirt brut; 20- coloană de rectificare; 24- rezervor spirt.
416 Gavril Bâlc
Cuprins
417
Analizând schema tehnologică se constată că începând cu poziţia 3-fierbător, utilajele din flux sunt aproape identice, prin urmare construcţia şi fenomenele ce se petrec în instalaţie sunt aproape identice cu cele din figura 12.13. Pregătirea cartofilor începe cu spălarea acestora cu o maşină specializată, ridicarea lor cu ajutorul unui transportator cu racleţi 1 spre maşina de tăiat şi apoi prin pâlnia de alimentare 2 în fierbătorul 3. După parcurgerea operaţiilor din fluxul tehnologic se obţine alcoolul etilic la 96% vol. alcool, care se depozitează în rezervorul de spirt 24.
BIBLIOGRAFIE 1. Banu, C-tin., Progrese tehnice, tehnologice și științifice în industria alimentară. Editura Tehnică, București; 1992 2. Banu, C-tin., ș.a., Manualul inginerului de industrie alimentară, vol. I. Editura Tehnică, București, 1998. 3. Banu, C-tin., ș.a., Manualul inginerului de industrie alimentară, vol. II. Editura Tehnică, București, 1999. 4. Bâlc, G., Calcul si construcția utilajelor pentru industria alimentară. Editura Todesco, Cluj Napoca, 2000 5. Bâlc, G., Oltean, O, Tehnica păstrării și procesării primare a produselor agricole. Editura Alma Mater, Cluj Napoca, 2002. 6. Bâlc,G., Utilaje de prelucrare primară și păstrarea produselor agro – alimentare. Editura Alma Mater, Cluj Napoca 2008. 7. Berzescu, P. ș.a. Tehnologia berii si a malțului. Editura Ceres, București, 1981. 8. Cebotărescu, I.,D., Utilaj tehnologic pentru vinificație. Editura Tehnică Chișinău și Editura Tehnică București, 1997. 9. Csatloș, C. , Burlea O., R., Maşini și instalații pentru produse de origine animală, vol II. Editura Univ. „Transilvania”, Brașov, 2002. 10. Gherman, V., Utilaje pentru industria alimentară. Editura Sincron Cluj-Napoca, 1997. 11. Ghereș, M. Calitatea alimentelor de origine vegetală. Editura Risoprint, ClujNapoca, 1999. 12. Ivan, I, ș.a., Tehnologia prelucrării produselor agroalimentare. U.T. Press, ClujNapoca, 2007. 13. Mădărășan, T., Bălan, M., Termodinamică tehnică. Editura Sincron, Cluj-Napoca, 1999. 14. Moraru, C. ș.a., Tehnologia și utilajul industriei morăritului și crupelor. Universitatea din Galați 1988. 15. Meleghi, E., Banu, C., Utilajul şi tehnologia prelucrării laptelui. Editura Didactică și Pedagogică, București 1994. 16. Nuri, N. Mohsenin, Physical properties of plant and animal materials, vol I. Gardon and Breach, Sciente Publishere, New York, 1997. 17. Palade, V.,s.a., Recipiente și aparate tubulare. Editura Semne, București, 2000. 18. Pădureanu, V., Mașini și instalații pentru tehnologii alimentare fermentative. Fabricarea berii. Editura Univ. „Transilvania”, Brașov, 2001. 19. Pică, E., M., Tehnologii industriale chimice și alimentare. Editura U.T. Press ClujNapoca, 1999. 20. Porneală, S., Tehnologia utilizării frigului artificial. Editura Fundației Universitare „Dunărea de Jos”, Galați, 2007.
420
Gavril Bâlc
21. Posner, E.,S., Arthur, N.,H., Wheat flour milling. American Association of Cereal Chemists, Inc., St. Paul, Minnesota, U.S.A. 1997. 22. Roș, V., ș.a., Diseminarea tehnologiilor de mediu. Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2000. 23. Rus, F., Operații de separare în industria alimentară. Editura Univ. „Transilvania”, Brașov, 2001. 24. Sălăjan, D., ș.a., Producția și conservarea cărnii. Editura Elikon, Cluj Napoca, 2005. 25. Sokolov, V., I., Bazele calculului și construcției pieselor și subansamblelor utilajelor industriei alimentare. Editura Marghiz, Moscova, 1963. 26. Teberean, I., Mădărășan, T., Agenți termodinamici și mașini termice. Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1999. 27. Ţibulcă, D., ș.a., Tehnologia cărnii și produselor din carne, vol I și II. Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2000. 28. Țenu, I., Tehnologii, procedee, mașini și instalații pentru industrializarea produselor vegetale, vol I și II. Editura Bolta Rece, Iași, 1997.
