Tehnologii de Deshidratare a Legumelor Si Fructelor

Deshidratarea legumelor şi fructelor

CUPRINS Modulul I 1. Introducere............................................................................................................................4 2. Aerul umed............................................................................................................................5 2.1 Aspecte generale.............................................................................................................5 2.2 Mărimile de stare ale aerului umed...................................................................................5 2.3. Procese cu aer umed.......................................................................................................7 3 . Proprietatile produselor agricole pentru uscare.............................................................12 3.1 Umiditatea corpului umed................................................................................................12 3.2 Umiditatea de echilibru....................................................................................................14 3.3 Activitatea apei................................................................................................................16 4. Principii de uscare..............................................................................................................18 4.1 Uscarea produselor vegetale..........................................................................................18 4.2 Etape ale procesului de uscare a legumelor şi fructelor..................................................21 4.3 Bilanţ de materiale al proceselor de uscare a legumelor şi fructelor...............................23 4.4 Cinetica uscării………………………………………………………………………………….24 5. Structura instalatiilor de uscare convective.....................................................................27 5.1 Procedee de uscare convectiva pentru fructe şi legume.................................................27

Modulul II 6. Tehnologii de uscare a fructelor........................................................................................37 6.1 Tehnologie de deshidratare a prunelor............................................................................37 6.2 Tehnologie de deshidratare a merelor.............................................................................42 6.3 Tehnologie de deshidratare a fructelor de cătină.............................................................47 7. Tehnologii de deshidratare a legumelor............................................................................51 7.1 Tehnologie de deshidratare a usturoiului.........................................................................51 7.2 Tehnologie de deshidratare a legumelor radacinoase...................................................55 7.3 Tehnologie de deshidratare a cepei................................................................................62 7.4 Tehnologie de deshidratare a ardeilor.............................................................................66 7.5 Tehnologie de deshidratare a ciupercilor Pleurotus........................................................71 7.6 Tehnologie de deshidratare a frunzelor de condimente..................................................75 8. Sortare – Conditionare – Deshidratare – Ambalare - Depozitare................ .................80 8.1 Sortare materii prime.......................................................................................................80 8.2 Spălare materii prime......................................................................................................80 8.3 Sortare finală şi calibrare ale materiilor prime.................................................................83 8.4 Condiţionare materii prime..............................................................................................84 8.5 Deshidratare....................................................................................................................97 8.6 Condiţionare legume şi fructe deshidratate.....................................................................98 8.7 Ambalare legume şi fructe deshidratate..........................................................................98 8.8 Depozitare, transport şi distribuţie legume şi fructe deshidratate....................................98 1

Deshidratarea legumelor şi fructelor 8.9 Prevenire a contaminării încrucişate.................................................................................99 9. Specificatii tehnice ale produselor agricole uscate..........................................................99 9.1 Specificaţie tehnică a prunelor deshidratate.....................................................................99 9.2 Specificaţie tehnică a merelor deshidratate....................................................................104 9.3 Specificaţie tehnică a fructelor de cătină deshidratate....................................................108 9.4 Specificaţie tehnică a legumelor rădăcinoase deshidratate............................................113 9.5 Specificaţie tehnică a cepei deshidratate.......................................................................118 9.6 Specificaţie tehnică a ardeilor deshidrataţi......................................................................120 9.7 Specificaţie tehnică a ciupercilor Pleurotus deshidratate...............................................122 9.8 Specificaţie tehnică a frunzelor de condimentare deshidratate......................................124 9.9 Specificaţie tehnică a usturoiului deshidratat.................................................................126 9.10.Reguli generale pentru verificarea calităţii a fructelor sau legumelor deshidratate......128 10. Principii de evaluare a eficientei economice.................................................................131 10.1 Calcul al costurilor de producţie pentru uscătorul mobil de fructe şi legume modulat, cu putere termică de 150 kWt...........................................................................................131 10.2 Calcul al costurilor de producţie pentru modernizarea unui uscător tunel cu putere termică de 500 kWt......................................................................................................135 10.3 Calcul al costurilor de producţie în cazul acţionarii unui uscător nou, cu putere termică de 500 kWt..................................................................................................................137 10.4 Calcul comparativ al indicatorilor specifici analizei economico – financiare.................137

Modulul III 11. Afacerea – locul şi rolul ei în procesul economic.......................................................140 11.1. Conceptul de afacere: definirea noţiunii, etape, caracteristici, determinarea valorii, necesitatea evaluării unei afaceri.............................................................................................140 11.2. Locul şi rolul întreprinzătorului în afaceri.........................................................................143 11.3. Alternative pentru începerea unei afaceri.......................................................................145 12. Organizarea afacerilor....................................................................................................156 12.1. “Analiza” întreprinderii pentru afaceri..............................................................................156 12.2. „Comunicarea” planului de afaceri..................................................................................157 12.3. Structura unui plan de afaceri.........................................................................................159 13. Managementul intercultural............................................................................................166 13.1. Definirea noţiunii de management intercultural...............................................................166 13.2. Impactul diferenţelor culturale asupra managementului..................................................166 13.3. Comunicarea interculturală în management...................................................................169 13.4. Importanţa dezvoltării competenţei interculturale............................................................170 13.5. Trainingul intercultural.....................................................................................................172 14. Comunicarea în afaceri....................................................................................................174 14.1. Definirea noţiunii, elemente componente, principii, reţele de comunicare......................174 14.2. Tehnici de comunicare....................................................................................................176 15. Negocierea în afaceri.....................................................................................................191 15.1. Definirea noţiunii.............................................................................................................191 15.2. Funcţiile negocierii..........................................................................................................192 15.3. Fazele negocierii............................................................................................................194 2

Deshidratarea legumelor şi fructelor 15.4. Organizarea negocierii...................................................................................................200 16. Managementul calităţii....................................................................................................206 16.1. Elemente teoretice privind managementul calităţii.........................................................206 16.2. Metode de analiză a calităţii legumelor şi fructelor deshidratate....................................210 16.3. Studiu de caz: Deshidratarea prunelor...........................................................................229 17. Managementul financiar..................................................................................................232 17.1 Calcul al costurilor de producţie pentru uscătorul mobil de fructe şi legume modulat, cu putere termică de 150 KWT.....................................................................................................232 17.2 Calcul al costurilor de producţie pentru modernizarea unui uscător tunel cu putere termică de 500KWT..............................................................................................................................235 17.3 Calcul al costurilor de producţie în cazul achiziţionării unui uscător nou cu putere termică de 500 KWT.............................................................................................................................238

3

Deshidratarea legumelor şi fructelor Modulul I INTRODUCERE Obiectivul principal al acestui suport de curs, constă în acumularea de cunostinţe teoretice, experimentale şi abilităţi în domeniul uscării (deshidratării) în general şi în special a produselor agro-alimentare vegetale, legume şi fructe, cu care cursantul să poată să promoveze utilizarea în mod curent a tehnologiilor şi instalaţiilor moderne de uscare, precum şi a sistemelor de conducere automată a acestora. Obiectivele principale ale cursului sunt: a. Creşterea conştientizării şi promovarea atitudinii pozitive faţă de cultura anreprenorială în mediulrural; b. Formarea abilităţilor manageriale pentru exploataţiile agricole: aspecte tehnice şi economice ale dezvoltării producţiei de locale de legume şi fructe deshidratate; utilizarea tehnologiilor şi instalaţiilor de valorificare a produselor agricole vegetale prin deshidratare; organizarea şi planificarea afacerii, managementul marketing-ului conform reglementarilor pieţei comune europene, managementul calităţii şi managementul financiar; c. Cunoaşterea şi însuşirea unor forme, metode şi tehnici moderne de conducere a exploataţiei în vederea gestionării raţionale a resurselor şi obţinerii unor produse competitive; d. Creşterea numărului de afaceri în domeniu. Cursul este structurată în trei părţi: I. Aspecte tehnice şi economice ale dezvoltării producţiei locale de legume şi fructe. Se va pune accent pe condiţiile de calitate ale legumelor şi fructelor destinate deshidratării, pe prezentarea fluxului tehnologic; se vor prezenta avantajele economice ale valorificării produselor agricole. II. Iniţiere în tehnologii şi instalaţii de valorificare a produselor agricole vegetale prin uscare. Se vor prezenta: variantele tehnologice existente ale uscătoarelor convective, costurile şi beneficiile utilizării acestora, modalităţile de determinare a caracteristicilor termo-fizice de uscare pentru legumele şi fructele specifice României. III. Dezvoltarea anteprenoriatului în domeniul valorificării prin deshidratare a produselor agricole vegetale si a celor din flora spontană. Teme abordate: organizarea şi planificarea afacerii, marketing conform reglementărilor pieţei comune europene, managementul calităţii şi managementul financia, studii concrete de caz. Se va pune accent pe dezvoltarea capacităţilor manageriale la nivel operaţional.

4

Deshidratarea legumelor şi fructelor AERUL UMED 2.1 Aspecte generale Aerul ambiant este un amestec de gaze: oxigen 21%; azot 78,8%, alte gaze 0,2% şi vapori de apă. Ca urmare acesta se numeşe aer umed. Aerul fără vapori de apă se numeşte aer uscat. Apa conţinută în aer poate fi sub formă gazoasă [vapori], lichidă [ceaţă] sau solidă [zăpadă]. Dacă conţinutul de vapori de apă, la o anumită temperatură este mai mare de cel maxim posibil, adică prezintă concentraţia necesară ca aerul să fie saturat cu vapori de apă, amestecul se numeşte aer umed saturat, iar vaporii sunt în starea de saturaţi uscaţi. Cantitatea de vapori de apă necesară saturării unei mase de aer uscat creşte cu temperatura. Aerul umed este un amestec de aer uscat şi vapori de apă. Deoarece presiunea parţială a vaporilor de apă, chiar la saturaţie, este mult mai mică decât cea a amestecului, aerul umed se poate asimila cu un gaz perfect şi se poate aplica legea lui Dalton pentru amestecuri de gaze. Principalele constante fizice pentru aerul uscat şi pentru vaporii de apă sunt prezentate în tabelul 2.1 Tabelul 2.1 Constante fizice pentru aer uscat şi vapori de apă Mărimea

Aer uscat

Vapori de apă

Constanta specifică a gazelor

Ra = 0,287 kJ/kgK

Rv = 0,461 kJ/kgK

Căldura specifică la presiune constantă

cp,a = 1,003 kJ/kgK

cp,v = 1,872 kJ/kgK

Masa molară

Ma = 28,97 kg/kmol

Mv = 18,015 kg/kmol

Considerând aerul umed un amestec de gaze pentru mărimile calculate raportatea se face la masa de aer uscat, notată cu indicele {au}, care rămâne constantă în toate transformările. 2.2 Mărimile de stare ale aerului umed Temperatura şi presiunea sunt mărimi fundamentale şi în funcţie de ele se dau celelalte mărimi de stare ale aerului umed. Starea aerului umed este determinată de următoarele mărimi de stare: - umiditatea absolută notată cu X care se măsoară în [kgv/kgau]; - umiditatea absolută la saturaţie Xsat = Fsat(Taer); - temperatura de saturaţie Tsat [°C] pentru Xsat=X; - Umiditatea relativă ϕ [%]: 5

Deshidratarea legumelor şi fructelor

ϕa = 100

X (%) X sat (Taer =const )

(2.1)

- Presiunea totală pt [Pa]:

pt = pau + pv

(2.2)

- Densitatea aerului umed ρaum [kg/m3]:

ρ aum =

ρ au + X ⋅ ρv 1+ X

(2.3)

unde densităţile vaporilor de apă şi a aerului uscat sunt:

ρv =

pv p si ρ au = au RvTaer RaTaer

(2.4)

sau funcţie de Taer şi X:

ρaum =

M aum = Vaum

Vmol

1+ X 273 + Taer ⎛⎜ 1 X ⎞⎟ + ⎟ ⎜M T0 ⎝ a Mv ⎠

(2.5)

- Volumul specific al aerului umed vaum [m3/kg]:

vaum =

1

ρ aum

=

461,5(0,622 + X ) Taer 1+ X pt

(2.6)

- Căldură specifică a aerului umed caum [kJ/kgauK]:

caum = cau + Xcv

(2.7)

- Entalpia aerului umed haum [kJ/kgau]:

haum = hau + Xhv = cauTaer + X (r + cvTaer ) [kJ / kg au ]

(2.8)

- Coeficientul de conductibilitate λaum [W/mK]:

λaum = λau + ϕ ⋅ λv [W / mK ]

(2.9)

Exemple: E1. Aerul umed are temperatura de 20 °C şi umiditate relativă φa = 65%. Care este conţinutul de apa, adică umiditatea absolută, a aerului: Din tabelele de stare pentru aer umed se caută la temperatura de 20 °C valoarea umidităţii absolute pentru: - pentru 60% umiditate X1 = 0,00741 (kg.v/kg.au); - pentru 70% umiditate X2 = 0,01042 (kg.v/kg.au). Se considera o variaţie liniară în intervalul 60..70% şi: X=0,5·(X1+X2)=0,5·(0,00741+0,01042) = 0,008915 (kg.v/kg.au) = 8,915·10-3 (kg.v/kg.au) E2. Aerul umed are o temperatură de 40 °C si este la saturaţie. Care este conţinutul de apa din aer? 6

Deshidratarea legumelor şi fructelor Din tabelele de stare pentru aer umed se caută la temperatura de 40 °C valoarea umidităţii absolute pentru 100% umiditate relativă: X1 = Xsat = 0,049518 (kg.v/kg.au) Daca se încălzeşte aerul până la 60 °C care va fi umiditatea sa realtivă? La 60 °C conţinutul de apa la saturaţie este: X2=Xsat =0,154723 (kg.v/kg.au) Umiditate relativa va fi: ϕ =100·( X1/X2) = 100·(0,049518/0.154723) = 32,1 [%] E3. Aerul umed are o temperatura de 50 °C şi o umiditate relativă de 60%. La ce temperatură apare fenomenul de saturaţie? Conţinutul de apa al aerului este de :X= 0,05021(kg.v/kg.au) Se caută în tabele şi se găseşte că: la 40 °C X1sat = 0,049518 (kg.v/kg.au) la 41 °C X2sat = 0,052452 (kg.v/kg.au) Se consideră o variaţie liniară între 40 şi 41 °C şi ca urmare: Tsat = 40+(0,05021-0,049518)/( 0,052452 - 0,049518) = 40,2358 ≈ 40,23 °C 2.3. Procese cu aer umed 2.3.1 Procese de amestecare In instalaţiile de uscare şi de condiţionare a aerului se utilizează procese de amestecare a două sau mai multe fluxuri de aer umed, pentru a se regla temperatura sau umiditatea amestecului realizat. Amestecarea se face în camere de amestec în care debitele de aer umed care intră sunt reglate cu clapete. Camerele de amestecare sunt bine izolate pentru a se obţine un proces de amestecare adiabat (fără schimb de căldură cu exteriorul). Amestecarea este favorizată de o turbulenţă ridicată şi ca urmare fluxurile de aer trebuie să aibă direcţii convergente, reducânduse astfel lungimea camerei de amestecare. In continuare se va analiza un proces de amestecare a două debite de aer umed cu caracteristicile: Ta1, X1, Dm1 şi Ta2, X2, Dm2. Din procesul de amestecare rezultă un flux de aer umed cu caracteristicile: Tam,Xam şi Dam, figura 2.1.

Fig.2.1 Schemă bloc cameră de amestecare 7

Deshidratarea legumelor şi fructelor Debitele masice Dm1 şi Dm2 sunt reglate cu clapetele CA1şi CA2 acţionate de un element de acţionare EA cu care formează elementul de execuţie necesar pentru reglarea procesului de amestecare. Pentru determinarea parametrilor amestecului se utilizează bilanţuri de masă şi de energie. Aplicând legea continuităţii rezultă că debitul masic Dam este suma debitelor masice de intrare Dm1 şi Dm2:

Dam = Dm1 + Dm 2

(2.10)

Conţinutul de apă al amestecului de calculează din bilanţul de vapori de apă:

Dam ⋅ X am = Dm1 ⋅ X 1 + Dm 2 ⋅ X 2

(2.11)

Şi:

X am =

Dm1 ⋅ X 1 + Dm 2 ⋅ X 2 Dam

(2.12)

Se notează: kam=Dm1/Dam şi rezultă că:

X am = kam ⋅ X 1 + (1 − kam )X 2

(2.13)

Rezultă că valoarea umidităţi absolute Xam a amestecului, pecum şi a umidităţii relative ϕam, se poate regla între X1 şi X2 sau ϕ1 şi ϕ2, cu mărimea de comandă uam prin coeficientul de amestec kam. Pentru calcularea valorii temperaturii Tam a amestecului se face un bilanţ de puteri termice, în ipoteza unui proces termic adiabat:

Pt = Dm1 ⋅ h1 + Dm2 ⋅ h2 = Dam ⋅ ham

(2.14)

unde:

h1 = Ta1 (ca + X 1⋅cv ) + r ⋅ X 1

h1 = Ta2 (ca + X 2⋅cv ) + r ⋅ X 2

ham = Tam(ca + Xam ⋅ cv ) + r ⋅ Xam

(2.15)

Rezultă că:

Tam =

Dm1 ⋅ (Ta1 (ca + X 1⋅cv ) + r ⋅ X 1 ) + Dm2 ⋅ (Ta2 (ca + X 2⋅cv ) + r ⋅ X 2 ) − Dam ⋅ r ⋅ Xam Dam ⋅ (ca + Xam ⋅ cv )

(2.16)

şi: Tam =

k am ⋅ (Ta1 (ca + X 1⋅ cv ) + r ⋅ X 1 ) + (1 − k am ) ⋅ (Ta 2 (ca + X 2⋅cv ) + r ⋅ X 2 ) − r ⋅ (k am ⋅ X 1 + (1 − k am )X 2 ) (2.17) ca + (k am ⋅ X 1 + (1 − k am )X 2 ) ⋅ cv

8

Relaţia

Deshidratarea legumelor şi fructelor (2.17) arată că şi temperatura Tam a amestecului se poate regla între Ta1 şi Ta2 cu mărimea de comandă uam prin coeficientul de amestec kam. In instalaţiile de uscare procesul de amestecare este utilizat pentru reglarea umidităţii agentului de uscare, variaţia temperaturii se face prin procese de încălzire sau de răcire. Pentru calcule exacte se utilizează un modul program, vezi capitolul 10, în care valorile pentru căldurile specifice ca, cv şi căldura latentă r se calculează exact în funcţie de temperatura aerului umed cu procedurile din unitul AERUMED. Exemple: E4. Se amestecă două fluxuri de aer umed cu caracteristicile: φ1Să se determine caracteristicile amestecului obţinut. Din tabele se obţine: X1:= 0,01214 (kg.v/kg.au) şi X2 = 0,03260 (kg.v/kg.au) Se utilizează relaţia (2.12) pentru a calcula conţinutul de apa Xam

X am =

Dm1 ⋅ X 1 + Dm 2 ⋅ X 2 1 ⋅ 0.01214 + 2 ⋅ 0,03260 = = 0,02578 (kg.v / kg.au ) Dam 1+ 2

Pentru calcularea temperaturii amestecului se poate utiliza relaţia (2.16) simplificata:

Tam ≈

Dm1 ⋅ Ta1 + Dm2 ⋅ Ta2 1⋅ 20 + 2 ⋅ 50 = = 40 gradeC Dam 3

La saturatie pentru 40 °C : Xsat = 0,049518 (kg.v/kg.au) Umiditatea relativă a amestecului: φam = Xam/Xsat = 100·(0,02578/0.049518) = 52 %

2.3.2 Procese de încălzire a aerului umed In instalaţiile de uscare şi în cele de condiţionare a aerului se utilizează procese de încălzire a aerului umed. Incălzirea se face în schimbătoare de căldura a căror construcţie depinde de natura agentului termic de încălzire. Se face o separare între procesul de încălzire şi cel de răcire deoarece la răcire se poate ajunge în starea de saturaţie când apare procesul de condensare a vaporilor de apă. Se consideră un proces de încălzire adiabat în care intră un debit Dma de aer umed cu temperatura Tai, umiditatea relativă ϕi şi o putere termică Pinc preluată prin schimbătorul de căldură de la sursa de căldură. Din proces iese aer umed cu temperatura Tae, umiditatea relativă ϕe.

Fig. 2.2 Schema procesului de încălzire a aerului umed. 9

Deshidratarea legumelor şi fructelor Calculele sunt mai simple dacă se utilizează umiditatea absolută deoarece aceasta nu se modifică în procesul de încălzire. Calculul începe cu determinarea umidităţii absolute Xi la intrare în funcţie de Tai şi ϕi. Iniţial se determină umiditatea de saturaţie pentru temperatura de intrare Xsi =Fsat(Tai) şi se calculează valoarea Xi:

X i = ϕi ⋅ X si

(2.18)

Deoarece în procesul de încălzire nu se poate produce condensarea vaporilor de apă rezultă că Xe=Xi. Pentru calcularea temperaturii de ieşire Tae se face un bilanţ de energie în condiţiile unui proces termic adiabat:

Dma ⋅ hi + Pinc = Dma ⋅ he

(2.19)

unde entalpiile de la intrare şi de la ieşire sunt:

hi = Tai (ca + X i ⋅cv ) + r ⋅ X i

he = Tae (ca + X i ⋅cv ) + r ⋅ X i

(2.20)

Din (2.19) rezultă:

Tai (ca + X i⋅cv ) + r ⋅ X i +

Pinc = Tae (ca + X i⋅cv ) + r ⋅ X i Dma

(2.21)

Şi:

Tae = Tai +

Pinc Dma ⋅ (ca + X i⋅cv )

(2.22)

Pentru calcularea umidităţii relative de la ieşire se calculează iniţial Xse= Fsat(Tae)> Xsi şi apoi rezultă:

ϕe =

Xe < ϕi X se

(2.23)

Aplicaţii: E5. Pentru uscare trebie încălzit un debit masic Dm = 3 kg.au/s cu temperatura de 50 °C si umiditatea relativă φ = 52% şi X = 0,02578 (kg.v/kg.au) până la temperatura de 60 °C. Cunoscând că randamentul schimbătoruluide căldură este ηSC = 0,85 să se calculeze puterea de termică necesară. Puterea termică necesară este : Pt = Pinc/ηSC kW Unde Pinc este puterea termică transferată prin schimbătorul de căldură la aerul umed. Se utilizează relaţia (2.22) pentru calcularea Pinc. 10

Deshidratarea legumelor şi fructelor Pinc = (Tae − Tai ) ⋅ Dma ⋅ (ca + X i⋅cv ) = (60 − 50) ⋅ 3 ⋅ (1 + 0.02578 ⋅1.872) = 31.48 kW Puterea termică necesară la intrarea în schimbătorul de căldură este: Pt = 31,48/0,85 = 37 kW 2.3.3 Procese de răcire a aerului umed In instalaţiile de condiţionare a aerului şi în unele procedee de uscare se răceşte aerul umed pentru ca prin condensarea unei mase ΔMap să se reducă umiditatea absolută a acestuia. Pentru a se realiza umiditatea absolută de ieşie

Xe