Utilaje pentru prelucrarea agricole

1. SORTAREA ŞI SEPARAREA PRODUSELOR AGRICOLE 1.1. Sortarea cerealelor Sortarea şi depozitarea cerealelor reprezintă un ansamblu de operaţii din procese tehnologice specifice, care se execută eşalonat pe toată perioada de la recoltare până la consumul final, în scopul păstrării caracteristicilor la parametri ceruţi.Operaţiile minime necesar a se executa pentru sortarea şi depozitarea cerealelor sunt reprezentate schematic în figura 1.1.

Receptie

Tr

an s

po rt

Transport

Presortare in procesul de recoltare

Trans

Conditionarea in depozit

Produse cerealiere

Transport

an Tr

sp

t or

rt po ns Tra

Depozitare

port

Sortare cu utilaje specializate dupa criteriile: - lungime - latime - grosime - greutate - forma - culoare - proprietati electrice

Uscare

Fig.1.1. Schemă privind operaţiile minime ce terbuie executate în vederea păstrării cerealelor.

Operaţiile în complexitatea lor, se intercondiţionează, ceea ce determină aşezarea utilajelor specializate într-o anumită ordine,dând naştere la o instalaţie pentru sortarea şi prelucrarea primară a produselor agricole sub formă de boabe. Mijloacele utilizate pentru curăţirea şi sortarea cerealelor de paie, pleavă şi alte impurităţi sunt de tipul:

18

Gavril Bâlc •

Mecanice:

- cu site plane: -cu orificii dreptunghiulare; -cu orificii circulare; -cu orificii triunghiulare; - cu site cilindrice; - trioare; - benzi de sortare; • Pneumatice: - în curent de aer; • Speciale : - electroseparatoare; - sortare electromagnetică; - pe bază de culoare; - pe bază de greutate specifică, etc. Prin urmare utilizarea unei tehnici sau alta se justifică după un studiu efectuat cu privire la criteriul care stă la baza sortării unui amestec . Astfel, se poate alege o sortare mecanică la baza căreia stă criteriul dimensional, care ţine seama de dimensiunile seminţei culturii de bază.Se poate alege o sită cu orificii dreptunghiulare pentru sortarea după criteriul grosimii, cu orificii circulare pentru sortarea după criteriul lăţimii şi trioare cilindrice pentru sortarea după criteriul lungimii. Mijlocele pneumatice de sortare se bazează pe modul de comportare a produselor în curentul de aer în timp ce mijloacele speciale se bazează pe natura suprafeţei exterioare a seminţelor. Aceste criterii menţionate mai sus stau la baza fabricării maşinilor de sortat.

1.1.1. Bazele teoretice ale procesului de sortare a seminţelor după criteriul dimensional. În activitatea de proiectare a organelor de sortare a maşinilor de curăţit şi sortat se utilizează metode matematice, însoţite de date obţinute prin procedee experimentale. Metodologia de lucru parcurge următoarele etape: • Luarea probelor În acest scop se utilizează metoda înjumătăţirii până se ajunge la un număr N = 10000 de boabe pentru care se fac măsurătorile. • Efectuarea măsurătorilor Se vor efectua măsurători ale lungimii, lăţimii şi grosimii seminţelor, rezultând şirurile corespunzătoare: l1, l2,……lN; b1, b2,…..bN; c1, c2,……cN,

Sortarea şi separarea produselor agricole

19

de unde se obţine lmin şi lmax, bmin şi bmax, cmin şi cmax. • Alegerea numărului de clase „m” în care dimensiunile seminţelor se vor încadra. • Calculul intervalului de clasă „λ” se face luând în considerare dimensiunea minimă, maximă şi numărul de clase „m” utilizând formula (ex. pentru criteriul lungimii):

λ=

lmax − lmin m

(1.1)

•

Încadrarea seminţelor în intervale de clasă Luând ca exemplu criteriul lungimi în intervalul lmin şi lmax se consideră 10 clase. In clasa m1 se încadrează seminţele care au lmin < l1 < lmin + λ; m2 se încadrează seminţele care au lmin + λ < l2 < lmin + 2λ; : : : :

mi se încadrează seminţele care au lmin+ (i-1)λ < li < lmax. Datorită dimensiunilor numărul seminţelor ce se va repartiza în cele 10 clase este: n1 în clasa m1 ; n2 în clasa m2 ; : :

ni în clasa mi, iar, n1+n2+…+ni = N = 10 000 boabe. •

Determinarea frecvenţelor de apariţie pi, corespunzător numărului de clase, se face utilizând relaţiile: p1 =

:

n1 ⋅100 N

[%];

:

(1.2) n pi = i ⋅100 N

[%].

20

Gavril Bâlc •

Stabilirea şirului variaţional şi construirea curbei variaţionale. Cu datele din relaţia (1.2) se construieşte şirul variaţional p1, p2…pi pentru fiecare criteriu în parte ( lungime, lăţime, grosime). Pe baza şirului variaţional, după unirea mijlocului fiecărui palier şi extinzându-se diagrama cu câte o jumătate de interval, la cele două extremităţi se obţine curba variaţională.(fig.1.2.)

Fig.1.2. Şirul şi curba variaţională • Tabelele de corelaţie Pentru întocmirea tabelelor de corelaţie se folosesc două şiruri variaţionale ale aceluiaşi produs după criteriul lungimii şi grosimii sau alte variante în funcţie de combinaţiile celor 3 criterii ( Fig.1.3). Din analiza tabelelor de corelaţie se va putea aprecia cum sunt repartizate boabele după două criterii pentru acelaşi produs, sau după acelaşi criteriu pentru produse diferite.

Fig.1.3 Tabelul de corelaţie şi curbele de variaţie după lungime şi grosime pentru seminţele aceleiaşi culturi

Sortarea şi separarea produselor agricole

21

Trasarea şirurilor variaţionale şi a tabelelor de corelaţie servesc la alegerea unui criteriu după care sortarea să aibă loc. În acest sens se consideră un amestec între cultura de bază A şi impurităţile B în proporţie de A + B = 95 % + 5 % = 100 %. Se construiesc curbele variaţionale atât pentru materialul de bază A cât şi pentru impurităţile B, iar apoi se suprapun şi vor apărea trei situaţii: • Curbele de variaţie ale culturii de bază A şi impurităţilor B nu se suprapun ( Fig.1.4 a ). În acest caz separarea lor este posibilă.

a.

b.

c. Fig.1.4 Suprapunerea curbelor variaţionale ale culturii de bază A şi impurităţilor B În acest caz se poate folosi cu succes în procesul de sortare criteriul lungimii • Curbele de variaţie ale culturii de bază A şi impurităţilor B se suprapun foarte puţin (Fig.1.4b). În acest caz la sortare se poate aplica cu succes criteriul grosimii. • Curbele de variaţie se suprapun foarte mult (Fig.1.4c), ceea ce face ca sortarea după criteriul respectiv să nu fie posibilă. Din analiza situaţilor de mai sus rezultă că se poate face o alegere corectă a organelor de lucru pentru sortare şi se pot face calcule pe baza unor elemente de natură statistică cu privire la eficienţa procesului de sortare. Pe baza dimensiunilor boabelor măsurate se pot calcula şi alte mărimi după cum urmează: − dimensiunea medie din fiecare clasă (lungimea medie din clasa i):

22

Gavril Bâlc

lim =

limax + limin λ = limin + , [mm]; 2 2

(1.3)

− mărimea medie M: m

M=

∑ n ⋅l i

i =1

im

N

,[mm];

(1.4)

− abaterea medie pătratică σ : m

σ=

∑α i =1

2 i

N

⋅ ni [mm];

(1.5)

− abaterea de la mărimea medie αi: αi = lim – M [mm].

(1.6)

Cu ajutorul acestor mărimi se pot stabili limitele de dimensiuni între care se încadrează majoritatea boabelor culturii analizate, denumite limite de încredere. Dacă dimensiunile seminţelor măsurate se distribuie după o repartiţie normală, atunci 99,7% din masa de boabe studiate, se încadrează între dimensiunea minimă M – 3σ şi dimensiunea maximă M + 3σ. Aceste calcule se pot face atât pentru materialul culturii de bază cât şi pentru materialele care urmează a fi sortate după un anumit criteriu. În mod practic, drept criteriu de sortare trebuie ales acela care va da dimensiunea orificiului undeva în zona de suprapunere a dimensiunilor măsurate pentru boabele ce compun amestecul în conformitate cu acelaşi criteriu (Fig.1.5).

Sortarea şi separarea produselor agricole

23

Fig.1.5 Schema de alegere a dimensiunii orificiului organelor de sortare

Efectuând o analiză asupra procesului şi condiţiilor de sortare se pot determina nişte coeficienţi de calitate ce vor caracteriza acest proces. Astfel în condiţiile păstrării notaţiilor anterioare se vor determina trei mărimi care se numesc coeficienţi de calitate ai procesului de sortare. Aceştia sunt: • Puritatea materialului final obţinut „ x1”

x1 =

A⋅ a ⋅100 A⋅ a + B ⋅b

[%]

(1.7)

Acesta este cel mai important indicator al unui proces de sortare deoarece în legătură cu el există şi norme standard. Conform acestui indicator materialul iniţial (A+B) supus procesului de sortare se separă în două fracţiuni A şi B cu un anumit grad de impurificare, fiecare având valorile: a – material final obţinut din cultura de bază în [%] b – impurităţi ajunse în materialul final, în [%]. • Coeficientul de pierderi, x2 , este conţinutul procentual de seminţe al culturii de bază în refuz şi se determină cu relaţia:

x2 =

A ⋅ a1 ⋅ 100 , [%], A ⋅ a1 + B ⋅ b1

(1.8)

24

Gavril Bâlc

în care refuz, în [%];

a1 este procentul de material al culturii de bază pierdut în b1 – procentul de impurităţi ajuns în refuz, în [%].

• Procentul de material obţinut din materialul iniţial, X3, se determină cu relaţia:

x3 =

A⋅ a + B ⋅b , [%], 100

(1.9)

Pentru calculul coeficienţilor x1, x2, x3 este nevoie de o apreciere procentuală iniţială a amestecului pentru fiecare din componentele (A şi B sau alte impurităţi) iar pentru mărimile a, b, a1, b1 se pot determina valorile cu ajutorul tabelelor integralelor normale (Tabelul 1.1). Tabelul integralelor normale s-a construit pe baza unor măsurători şi calcule statistice pentru 10.000 de boabe. Pentru continuarea calculelor prin utilizarea tabelelor integralelor normale se consideră determinate mărimile medii MA, MB şi abaterile medii pătratice σA şi σB. Având în vedere dimensiunile maxime şi minime ale boabelor studiate şi care se încadrează în intervalul M + 3σ se alege dimensiunea orificiului de lucru de la o sită plană sau trior (Fig.1.5).

Se calculează mărimile ΔA şi ΔB cu relaţiile: ΔA =

l −MA l − MB şi Δ B = , ±σA ±σB

astfel încât să fie satisfăcută condiţiile ΔA > 0 şi ΔB > 0.

(1.10)

Sortarea şi separarea produselor agricole

25 Tabel 1.1

l−M = ΔA ±σ

Φ

Diferenţa pentru 0,01

l−M = ΔA ±σ

Φ

Diferenţa pentru 0,01

0.00 0 40 1.50 4332 12 0.05 199 40 1.55 4398 11 0.10 398 40 1.60 4452 11 0.15 596 39 1.65 4505 10 0.20 793 39 1.70 4554 9 0.25 987 38 1.75 4599 8 0.30 1179 38 1.80 4641 7 0.35 1368 37 1.85 4678 7 0.40 1554 37 1.90 4713 6 0.45 1736 36 1.95 4744 6 0.50 1915 35 2.00 4773 5 0.55 2088 34 2.05 4798 5 0.60 2258 33 2.10 4821 4 0.65 2422 32 2.15 4842 4 0.70 2580 31 2.20 4861 3 0.75 2734 30 2.25 4878 3 0.80 2881 28 2.30 4893 3 0.85 3023 27 2.35 4906 2 0.90 3159 26 2.40 4917 2 0.95 3289 25 2.50 4938 2 1.05 3531 22 2.55 4946 1 1.10 3643 21 2.60 4953 1 1.15 3749 20 2.65 4960 1 1.20 3849 19 2.70 4965 1 1.25 3944 18 2.75 4970 1 1.30 4032 17 2.80 4974 1 1.35 4115 15 2.85 4978 1 1.40 4197 14 2.90 4981 1 1.45 4265 13 2.95 4984 1 Din tabelul 1.1 se obţin mărimile ΦA şi ΦB corespunzător valorile ΔA şi ΔB. În aceste condiţii se obţin valorile coeficienţilor a, a1, b, b1 cu ajutorul cărora se va putea aprecia calitativ procentul sortării:

26

Gavril Bâlc

Φ A + 5000 ⋅ 100 , [%]; 10000 5000 − Φ A a1 = ⋅ 100 ,[%]; 10000 a=

b=

5000 − Φ B i100, [%]; 10000

b1 =

5000 + Φ B i100, [%]. 10000

(1.11)

Valorile lui a1 şi b1 pot fi calculate şi cu relaţiile: a1 = 100 – a, [%]; (1.12) b1 = 100 – b, [%]. Este de reţinut faptul că aceşti coeficienţi se calculează pe baza metodelor statistice şi rareori procesul real se apropie de aceste valori calculate. În realitate procesul este mai slab din punct de vedere calitativ, motiv pentru care materialul final obţinut este trecut de mai multe ori prin sitele respective.

1.1.2 Procesul de sortare a seminţelor cu ajutorul sitelor plane

1.1.2.1 Cinematica şi dinamica procesului de sortare cu site plane Conform figurii 1.13, un punct N situat pe o sită plană, se va mişca odată cu sita în jurul direcţiei de oscilaţie după o lege care se apropie din punct de vedere teoretic de legea mişcării armonice, ale cărei ecuaţii de mişcare sunt: x = - r cos ωt vx = rω sin ωt, (1.13) 2 ax = rω cos ωt unde: x este spaţiul; vx – viteza; ax – acceleraţia; r – raza manivelei de la mecanismul de antrenare; ω – viteza unghiulară a manivelei; t – timpul.

Sortarea şi separarea produselor agricole

27

Deoarece sortarea amestecurilor pe site plane este posibilă numai sub efectul mişcării relative a lor, este necesar să se caute influenţa diferiţilor parametri asupra regimului cinematic. Pentru acest lucru este necesar a se impune câteva ipoteze simplificatoare şi anume: - neglijarea interacţiunii dintre boabe pe suprafaţa sitei; - boabele nu vor executa salturi pe suprafaţa sitei sub efectul aerului vehiculat de ventilator; - frecarea dintre stratul de seminţe şi suprafaţa sitei este o frecare de alunecare. Cu admiterea ipotezelor de mai sus mişcarea boabelor pe sită se face numai în sus, numai in jos, sau în sus şi în jos. • Analiza mişcării relative a boabelor pe sită în sus Pentru studiul acestui caz se consideră în figura 1.6 un bob de masă m aşezet pe o sită plană poziţionată faţă de orizontală cu unghiul α. Asupra unui bob acţionează forţele:

- G = mg, greutatea unui bob de masă m; - N – reacţiunea normală pe direcţia η; - T – forţa de frecare de alunecare pe direcţia ξ ; χ.

- Fi – forţa de inerţie care acţionează după direcţia de oscilaţie

Sub efectul forţelor date (Fig.1.6) ecuaţiile de mişcare a bobului în sus pe sită sunt:

⎧ Fi = m ⋅ a = m ⋅ r ⋅ ω 2 ⋅ cos ωt ⎪ ⎪G = m ⋅ g ⎨ ⎪ N = Fi ⋅ sin(α + β ) + G ⋅ cos α ⎪T ≤ μ ⋅ N ⎩

(1.14)

28

Gavril Bâlc

Fig.1.6 Schema acţionării forţelor asupra unui bob în mişcarea relativă în sus

Pentru a studia mişcarea cu metoda cineto-statică, la forţele date se vor introduce forţele de inerţie din mişcarea relativă. În acest sens pe direcţia de mişcare a bobului se consideră vectorul

ξ

acceleraţie în sus s din mişcarea relativă. Efectuând proiecţiile forţelor din mişcarea relativă pe direcţiile η şi ξ şi ţinând cont că μ = tg φ (φ – unghiul de frecare) se obţine: ⎧m ⋅ ξs = Fi ⋅ cos(α + β ) − G ⋅ sin α − T ⎪ ⎨ N = Fi ⋅ sin(α + β ) + G ⋅ cosα ⎪T = μ ⋅ N = μ ⋅ F ⋅ sin(α + β ) + μ ⋅ G ⋅ cosα i ⎩

(1.15)

Dezvoltând relaţia (1.15) se obţine: m ⋅ ξs = Fi [cos(α + β ) − μ ⋅ sin(α + β )] − G (sin α + μ ⋅ cos α ) , de unde: . (1.16) cos(α + β + ϕ ) ⎡ sin(α + ϕ ) ⎤ ξs = ⋅ ⎢ r ⋅ ω 2 ⋅ cos ωt − g ⋅ cos ϕ cos(α + β + ϕ ) ⎥⎦ ⎣

Dacă se notează: σ=

şi

cos(α + β + ϕ ) cos ϕ

Sortarea şi separarea produselor agricole

p= g⋅

sin(α + ϕ ) cos(α + β + ϕ )

29

,

relaţia 1.16 devine: ξs = σ ⋅ (r ⋅ ω 2 ⋅ cos(ωt ) − p) .

(1.17)

ξ

Analizând relaţia 1.17 se consideră că acceleraţia în sus s depinde de factorii p, σ şi apare dacă rω2cos(ωt) > p. După cum rezultă din paranteza ecuaţiei 1.17, primul termen variază după o lege cosinusoidală, în timp ce al doilea termen depinde de unghiul de aşezare α, unghiul direcţiei de oscilaţie β şi unghiul de frecare φ. Reprezentând grafic ecuaţia 1.17 (Fig.1.7) se poate aprecia acceleraţia relativă a bobului în sus pe sită. Din reprezentarea grafică (Fig.1.7) rezultă că apariţia acceleraţiei relative în sus este condiţionată de mărimea p care reprezintă cel de-al doilea termen al parantezei relaţiei 1.17. Dacă p < rω2, care este amplitudinea mişcării cosinusoidale, rezultă că pe anumite porţiuni în care aceste curbe se intersectează (Fig.1.7) poate să apară mişcarea relativă în sus, datorită faptului că apare acceleraţia relativă ξs dirijată în sus.

Fig.1.7 Reprezentarea grafică a acceleraţiei relative a bobului în mişcarea în sus pe sită

Dacă în relaţia 1.17 se introduc notaţiile:

k= ks =

r ⋅ω 2 , coeficientul regimului cinematic, g

ϕ g , coeficientul regimului cinematic de graniţă,

30

Gavril Bâlc

expresia acceleraţiei relative în sus devine:

ξs = σ ⋅ g ⋅ (k ⋅ cos ωt − k s ) , unde:

ks =

sin(α + ϕ ) cos(α + β + ϕ )

(1.18)

.

Din analiza relaţiei (1.18) rezultă că mişcarea în sus apare când k > ks. Deoarece k depinde de viteza unghiulară ω, valoarea lui din punct de vedere practic poate fi schimbată cu ajutorul unui variator de turaţie. Coeficientul ks nu depinde de ω ci de aşezarea sitei sub un unghi α, de fixarea direcţiei de oscilaţie sub un unghi β şi de apariţia frecării dintre material şi sită.

• Analiza mişcării relative a boabelor pe sită în jos Pentru studiul mişcării relative a boabelor în jos în figura 1.8 se consideră un sistem de axe (ξ, η) legat de suprafaţa sitei faţă de care se înregistrează mişcarea relativă a bobului. Apoi se marchează forţele care acţionează asupra bobului:

Fi = m ⋅ r ⋅ ω 2 ⋅ cos ωt , orientată pe direcţia de oscilaţie; G= m∙g; T = μ∙N, pe direcţia ξ, iar N pe direcţia η.

Fig.1.8 Schema acţiunii forţelor asupra unui bob în mişcare relativa în jos

Sortarea şi separarea produselor agricole

31

Pentru ca mişcarea să poată fi studiată cu metoda cineto-statică se va introduce forţa de inerţie din mişcarea relativă,

Fi r = m ⋅ ξj ,

(1.19)

care are sensul contrar cu acceleraţia mişcării relative în jos ξj. Proiectând forţele ce acţionează asupra bobului pe sistemul de axe ales (Fig.1.8) se poate deduce legea de mişcare relativa pe sită în jos. Ecuaţiile rezultate sunt:

⎧m ⋅ ξ j = Fi ⋅ cos(α + β ) − G ⋅ sin α + T ⎪ 2 ⎪ Fi = m ⋅ r ⋅ ω cos(ωt ) ⎪⎪ G = m⋅ g ⎨ ⎪T ≤ μ ⋅ N ⎪ N = F ⋅ sin(α + β ) + G ⋅ cos α i ⎪ ⎪⎩ μ = tgϕ

(1.20)

Prin înlocuire în prima ecuaţie se obţine:

m ⋅ ξj = m ⋅ r ⋅ ω 2 ⋅ cos(ωt ) cos(α + β ) − m ⋅ g ⋅ sin(α ) + + μ ⋅ m ⋅ r ⋅ ω 2 cos(ωt ) sin(α + β ) + μ ⋅ m ⋅ g ⋅ cos(α )

(1.21)

Prelucrând relaţia (1.21), pentru ecuaţia de mişcare relativă a boabelor pe sită în jos se obţine expresia:

ξj =

cos(α + β − ϕ ) ⎡ sin(α − ϕ ) ⎤ r ⋅ ω 2 ⋅ cos(ωt ) − g ⋅ ⎢ cos ϕ cos(α + β − ϕ ) ⎦⎥ ⎣

(1.22)

Pentru uşurarea interpretării ecuaţiei de mişcare relativă a boabelor se notează cu: δ = relaţia 1.22 devine:

sin(α − ϕ ) cos(α + β − ϕ ) şi q = − g ⋅ , astfel că cos(α + β − ϕ ) cos ϕ

ξ j = δ ⋅ ( r ⋅ ω 2 ⋅ cos ωt + q )

(1.23)

Din relaţia (1.23) rezultă că apariţia acceleraţiei relative în jos este condiţionată de corelaţia dintre rω2cosωt şi q.

32

Gavril Bâlc

Acceleraţia relativă în jos va apare numai atunci când paranteza din relaţia (1.23) devine negativă. Acest lucru este posibil deoarece la anumite intervale ale unghiului ωt; cosωt devine negativ. Construcţia grafică din figura (1.9) va susţine această afirmaţie.

Fig.1.9 Schema grafică a acceleraţiei relative a bobului în mişcarea în jos pe sită

r ⋅ω 2 sin(α − ϕ ) Dacă se notează k = şi k j = relaţia (1.22) cos(α + β − ϕ ) g devine: ξj = δ ⋅ g ⋅ (k ⋅ cos ωt + k j )

(1.24) Din relaţia 1.24 rezultă că apariţia acceleraţiei relative în jos depinde de relaţia în care se găseşte k faţă de kj, unde kj este coeficientul cinematic de graniţă pentru mişcarea în jos. Aceste relaţii pot să fie: − k < kj – mişcarea în jos nu are loc; − k = kj – apare starea limită; − k > kj – apare mişcarea în jos. Din relaţiile (1.18) şi (1.24) rezultă că mişcarea relativă în sus este posibilă dacă k > ks, iar mişcarea relativă în jos dacă k > kj. În aceste condiţii pentru apariţia mişcării relative şi în sus şi în jos trebuie satisfăcută o dublă inecuaţie k > ks şi k > kj, ceea ce rezultă din reprezentarea grafică a ecuaţiilor

ξj şi ξs (Fig.1.10). Din reprezentarea grafică a acceleraţiei relative în sus sau în jos rezultă că aceasta este condiţionată de ordonatele p şi q, care trebuie astfel alese ca să existe intersecţia între acestea şi curba cosinusoidală. Din grafic rezultă că în punctul 1 apare acceleraţia relativă în sus, iar în punctul 3 apare acceleraţia relativă în jos.

Sortarea şi separarea produselor agricole

33

Fig.1.10 Schema grafică a acceleraţiei relative a bobului pe sită şi în sus şi în jos

În funcţie de raporturile între k, ks şi kj se pot defini regimurile de lucru ale sitelor plane, după cum urmează:

− Regimul I A, sau repausul relativ, apare când k < ks şi k < kj ; − Regimul II A, sau mişcarea relativă în jos, apare atunci când k > kj şi k < ks;

− Regimul III A, sau mişcarea relativă în sus, apare când k > ks şi k< kj ; − Regimul IV A, sau mişcarea relativă şi în sus şi în jos, apare când k>ks şi k > kj. Graficul din figura (1.10) permite şi o interpretare a mişcării din punct de vedere a vitezelor relative, deoarece printr-o integrare a expresiilor acceleraţiilor se pot obţine vitezele relative în sus şi în jos. • Analiza mişcării relative a boabelor pe sită din punct de vedere al vitezelor relative Pentru a studia apariţia şi variaţia vitezelor relative cu care se mişcă diferitele materiale pe suprafaţa sitelor se pleacă de la relaţiile care exprimă acceleraţiile relative:

(

ξ s = σ ⋅ r ⋅ ω 2 ⋅ cos ωt − p

) (1.25)

(

)

ξ j = δ ⋅ r ⋅ ω 2 ⋅ cos ωt + q Prin integrarea relaţiilor (1.25) de formă cosinusoidală se obţine viteza relativă a cărei ecuaţie este o sinusoidă, iar prin integrarea unei constante se obţine o funcţie liniară. Datorită acestui fapt se poate scrie:

34

Gavril Bâlc

ξ s = σ [r ⋅ ω ⋅ (sin ωt − sin ωt0 ) − p ⋅ (t − t0 )] ξ j = δ [r ⋅ ω ⋅ (sin ωt − sin ωt0′ ) + q ⋅ (t − t0′ )]

(1.26)

Pentru analiza procesului din punct de vedere al vitezelor este necesar să se reprezinte în două diagrame suprapuse variaţia acceleraţiei relative şi respectiv a vitezei relative (fig.1.11). Se trasează mai întâi o curbă sinusoidală prin coordonate marcate ale acestei curbe în concordanţă cu curba cosinusoidală a acceleraţiilor, urmând să se scadă ordonatele unei drepte înclinate trasată în mod corespunzător. Pentru a găsi pe cale grafică legea de variaţie a vitezelor relative în jos se pleacă de la ideea că mişcarea în jos apare în punctul 3 (fig.1.11) al curbei acceleraţiei corespunzător căruia se găseşte pe curba sinusoidală punctul 3’. Mişcarea în jos va avea viteza relativă maximă în punctul 4 unde acceleraţia relativă în jos se anulează. Se reprezintă apoi o dreaptă de forma: y = – p(t – t0) ,

(1.27)

unde t0 = t3 în punctul 3.

Deoarece

pentru

t

t3; ξj = 0

=

se

poate

scrie:

ξj = δ ⋅ g (k ⋅ cos ωt3 + k j ) = 0 ,de unde: cos(ωt3) = −

kj k

(1.28)

În mod similar se poate calcula ωt4 = 2π – ωt3. Pentru analiza mişcării în sus (fig.1.11) se pleacă de la faptul că acceleraţia relativă în sus apare în punctul 5, corespunzător căruia pe curba sinusoidală se găseşte punctul 5’. Şi în acest caz viteza relativă se va reprezenta printr-o diferenţă dintre o sinusoidă şi o dreaptă înclinată de forma: y = q (t – t0`), (1.29) ’ în care t0` = t5 , corespunzător punctului 5.

Sortarea şi separarea produselor agricole

35

Fig 1.11. Reprezentarea grafică a acceleraţiilor şi vitezelor relative în cazul mişcării bobului pe sită

Deoarece în punctul 5 unde t = t5 acceleraţia în sus ξ s = 0 se poate scrie: ξs = σ s ⋅ g (k ⋅ cos ωt5 − k s ) = 0 de unde:

cos(ωt5) =

ks . k

Considerând o perioadă de oscilaţie T = 2π, rezultă că T = t5 + t2, de unde t5 = T – t2 = 2π – t2 şi ωt = 2π. Din diagrama vitezelor se poate afla momentul în care începe mişcarea relativă în sus sau în jos. De asemenea, se pot calcula momentele în care apar vitezele relative maxime în jos sau în sus precum şi valorile lor. După dispariţia acceleraţiei relative în jos respectiv în sus mişcarea materialelor pe site continuă sub efectul inerţiei.

36

Gavril Bâlc

1.1.2.2. Principiul constructiv şi procesul de lucru a maşinilor de curăţit şi sortat cu site plane Maşinile pentru curăţit şi sortat seminţe cu site plane sortează după criteriile lăţimii şi grosimii utilizând organe de lucru adecvate. Astfel se cunosc site plane cu orificii circulare, dreptunghiulare sau alte forme geometrice. Principiul de funcţionare la o astfel de maşină este prezentat în figura 1.12. Sitele plane 1, se aşează înclinat pe batiul maşinii. La începutul şi sfârşitul sitei superioare se fixează gurile de aspiraţie 3 şi 4, care elimină pe cale pneumatică impurităţile din material. Odată alimentate cu seminţe din depozitul de alimentare 2, sitele lucrează conform principiului cunoscut prin aducerea lor în mişcare de oscilaţie, iar boabele se mişcă pe suprafaţa sitei după o lege dată.

Fig.1.12. Schema de principiu a unei maşini de curăţit şi sortat cu site plane. 1 – sită; 2 – gură de alimentare; 3 – evacuare impurităţi uşoare; 4 – evacuare resturi de impurităţi; 5 – ciocănele; 6 – perii; 7 – colectare boabe; 8 – ventilator. Pentru ca sitele să nu se înfunde şi să–şi păstreze productivitatea iniţială se folosesc dispozitive de curăţire (ciocănelele 5 în partea superioară şi periile 6 în partea inferioară). Alegerea orificiilor sitelor plane se face ţinând seama de criteriile descrise anterior la punctul 1.1.1. Pentru eliminarea unor impurităţi lungi sau scurte se utilizează în tandem trioare cilindrice.

Sortarea şi separarea produselor agricole

37

Construcţia şi funcţionarea oricărei maşini care utilizează site plane se bazează pe existenţa a două mecanisme (Fig.1.13) a căror îmbinare corespunzătoare va asigura regimul cinematic de lucru dorit. Acestea sunt: • Mecanismul de susţinere, este un mecanism patrulater paralelogram şi. asigură menţinerea sitei într-o poziţie reglabilă cu un unghi de aşezare α faţă de orizontală, iar ca valoare este mai mic decât unghiul de frecare dintre boabe şi suprafaţa sitei.

Fig.1.13. Schema mecanismului de susţinere al unei site plane: 1 – direcţia de aşezare; 2 – direcţia de oscilaţie.

• Mecanismul de antrenare, asigură mişcarea sitei plane după o direcţie de oscilaţie înclinată cu unghiul β faţă de orizontală, care poate lua valori între ± π/2. Maşinile de curăţit şi sortat cu site plane utilizează ca organe de lucru principale site plane cu orificii circulare, dreptunghiulare sau speciale. Sitele plane cu orificii dreptunghiulare se execută în două variante constructive: − site netede; − site cu elemente despărţitoare. • Sitele netede (Fig.1.14 a) au suprafaţa netedă şi sunt executate din tablă de oţel decapată sau zincată. Orificiile sunt executate prin ştanţare.

38

Gavril Bâlc

Dimensiunea ce caracterizează şi influenţează procesul de sortare este a şi b, iar cele care determină numărul de orificii pe unitatea de suprafaţă sunt a1 şi b1. Poziţionarea orificiilor pe sită se face în aşa fel ca lungimea lor să coincidă cu direcţia de înaintare a boabelor pe sită. • Site plane cu elemente despărţitoare (Fig.1.14 b), sunt prevăzute în direcţia longitudinală cu elemente ondulatorii care au rolul de a canaliza masa de produs spre orificii pentru a obţine o sortare mai eficientă.

a.

b.

Fig.1.14 Forme constructive ale sitelor plane cu orificii dreptunghiulare. a –site netede; b –site cu elemente despărţitoare;

• Site plane cu orificii circulare( Fig.1.15) , au suprafaţa netedă

şi au amplasate orificiile circulare în centrul şi vârfurile laturilor unui hexagon. Găurile sunt caracterizate prin diametrul lor, pasul pe latura hexagonului t şi poziţia faţă de marginile sitei t1 şi t2.

Sortarea şi separarea produselor agricole

39

Fig.1.15 Sită plană cu orificii circulare Pe lângă aceste tipuri de site, pentru sortarea unor produse speciale se execută şi site din sârmă împletită cu orificii patrate sau dreptunghiulare. În timpul funcţionării sitele plane indiferent de forma constructivă, se încarcă cu boabe ale căror dimensiuni sunt foarte apropiate de dimensiunile de calibrare a sitei, motiv pentru care se împănează în orificii şi blochează suprafaţa activă a sitei contribuind la înrăutăţirea procesului de sortare. În scopul eliminării acestui neajuns, maşinile de curăţit şi sortat cu site plane sunt prevăzute cu dispozitive de curăţire în diferite variante constructive printre care se amintesc : − mecanismele cu ciocănele; − mecanismele cu perii; − dispozitivele cu bile.

• Mecanismele cu ciocănele (Fig.1.16a) se utilizează în principal pentru sita superioară şi sunt amplasate deasupra sitelor în număr de 2 pe lăţimea de 1m.

a.

b. Fig.1.16 Dispozitive de curăţirea sitelor: a. cu ciocănele; 1 - sită; 2 - braţ de antrenare; 3 - bilă. b. cu bile; 1 - sită; 2 - comparimente; 3 - bile de cauciuc.

40

Gavril Bâlc

Prin intermediul unui braţ oscilant în jurul punctului A ciocănelul este antrenat de un mecanism bielă manivelă cu ω = ct. Dispozitivele cu bile (Fig.1.16b) se compun din nişte compartimente 2, fixate în partea inferioară a sitei 1 în care se găsesc bile din cauciuc 3. La mişcarea împreună cu sita bilele lovesc partea inferioară a sitei provocând vibraţii ce contribuie la scoaterea boabelor din orificii. • Mecanismele cu perii cu mişcare alternativă (Fig.1.17a) se folosesc la curăţirea sitelor plane realizate din tablă, iar mecanismele cu mişcare continuă (Fig.1.17 b) într-un sens de mişcare în direcţie longitudinală la sitele din tablă şi în special la sitele din sârmă împletită. La sitele din sârmă mişcarea periilor într-un sens nu influenţează atât de mult la ruperea sârmei ca mişcarea alternativă.

a. b. Fig.1.17 Mecanisme de curăţire cu perii: a – cu mişcare alternativă; b – cu mişcare continuă.1 –sită; 2 –perii; 3 –role de ghidare; 4 –mecanism de antrenare; 5 –bandă.

• Alegerea dimensiunilor sitei plane Pentru alegerea dimensiunilor sitei plane în literatura de specialitate se recomandă diferite criterii dintre care cel mai important se referă la productivitatea Q reprezentată de relaţia: Q = L B q, în care, L este lungimea sitei, [m]; B – lăţimea sitei, [m]; q – încărcarea specifică [kg/m2h].

(1.30)

Sortarea şi separarea produselor agricole

41

În general lăţimea de lucru B se impune constructiv la 1 m, de unde se poate determina şi lungimea. Productivitatea maşinii şi dimensiunile de gabarit sunt cele care impun dimensiunile L x B ale sitei. Problema încărcării specifice a sitei şi corelarea ei cu regimul cinematic este esenţială în funcţionarea optimă a maşinilor echipate cu site plane (Fig.1.18). Conform cercetărilor de specialitate,ale căror rezultate sunt reprezentate în figura 1.18 se consideră că pentru aceeaşi încărcare specifică q [Kg/m2h] regimul cinematic al maşinii ar trebui să fie variabil atunci când se folosesc site diferite. Asigurarea unei funcţionări optime ale maşinilor ce folosesc acest tip de site se poate face numai prin utilizarea unui variator de turaţie şi reglarea maşinii în mod corespunzător pentru fiecare tip de sită cu care se echipează . 2

(rZ)

2

(rZ)2

2

2

(rZ) 2

(rZ)1

0

1

q 1 lim

q

q 1 lim

q 2

[Kg/m h]

Fig. 1.18. Relaţia între încărcarea specifică şi regimul cinematic la sitele plane - secţiunea dreptunghiulară; - secţiunea circulară.

Această variantă este în favoarea unei exploatări la capacitate maximă a maşinii. Analizând figura 1.18 rezultă că există posibilitatea păstrării unui regim de lucru cinetic constant şi încărcare specifică diferenţiată q1 şi q2 în funcţie de tipul sitei. Această variantă reduce mult capacitatea de lucru la sortare. De asemenea se deduce că sitele cu orificii dreptunghiulare sunt mai sensibile la variaţia mişcării specifice decât sitele cu orificii circulare.

42

Gavril Bâlc

1.1.3. Procesul de sortare a seminţelor cu ajutorul sitelor cilindrice 1.1.3.1 Cinematica şi dinamica procesului de sortare cu site cilindrice • Analiza mişcării bobului pe sită Sitele cilindrice au o largă răspândire datorită faptului că se pot utiliza şi pentru alte produse decât cereale şi în combinaţie cu sitele plane şi trioarele dau o largă gamă de sortimente la sortare. Schema de principiu a unei maşini cu site cilindrice este prezentată în figura 1.19. În jurul axului se montează mai multe tronsoane cu orificii dreptunghiulare sau circulare aşezate în ordinea crescătoare a orificiilor încât să se obţină mai multe sorturi şi un refuz. Avansul în direcţia axială a boabelor este asigurată de unghiul de aşezare faţă de orizontală de valoarea α = 5 o…7 o.

Fig.1.19 Schema de principiu a unei maşini cu site cilindrice; 1 –sita cilindrică; 2 –gura de alimentare; R –raza sitei; I –sector pentru boabe scurte; II şi III –sorturi; IV –refuz;

Pentru analiza procesului de sortare se consideră un singur bob (Fig.1.19) care se mişcă pe suprafaţa interioară a cilindrului cu un regim cinematic care cuprinde următoarele faze: − Faza 1–2……….mişcarea relativă; − Faza 2–3……….repausul relativ; − Faza 3–4……….mişcarea relativă; − Faza 4–1……….cădere liberă;

Sortarea şi separarea produselor agricole

43

Dacă asupra sitei cilindrice acţionează un variator de turaţie se obţine o gamă de turaţii între ωmin şi ωmax, rezultând două cazuri: • Când ω → ωmin , punctul 1 (Fig.1.19) se apropie mult de verticală şi dispare faza 4–1.

Fig.1.20 Regimul cinematic în faza creşterii repausului relativ

Dacă se continuă descreşterea vitezei unghiulare dispare faza repausului relativ 2–3. Se constată apariţia unei mişcări oscilatorii relative a bobului în jurul unui punct M (Fig. 1.21), astfel că la o mişcare mai înceată întreaga masă de seminţe va oscila în jurul unei poziţii cu unghiul Δφ înainte şi înapoi.

Fig.1.21 Regimul cinematic pentru o particulă fără repaus relativ

La o asemenea mişcare încetează eficienţa la sortare, trebuind găsite vitezele unghiulare de lucru în care aceste două extreme să fie evitate.

44

Gavril Bâlc

• Analiza condiţiilor pentru apariţia fazei de repaus relativ Repausul relativ se va studia în ipoteza unui singur bob, care se mişcă pe sită sub efectul frecării de alunecare, lipsind interacţiunea reciprocă a boabelor. În acest caz bobul se va găsi în echilibru faţă de suprafaţa sitei dacă sub acţiunea tuturor forţelor se găseşte în echilibru cineto-static. Efectuând proiecţiile forţelor ce acţionează asupra bobului pe axele ξ şi η se obţine:

⎧ Fi + G ⋅ cos(ωt ) − N = 0 ⎪ ⎨T − G ⋅ sin(ωt ) = 0 ⎪T ≤ μN ⎩

(1.31)

Fig.1.22 Schema pentru analiza repausului relativ a bobului pe sită

Din condiţia de echilibru se obţine: N = Fi + G⋅cosωt T = G⋅sinωt G⋅sinωt ≤ μ⋅(Fi + G⋅cos ωt) 2 Deoarece μ = tgφ; G = m⋅g; FI = m⋅R⋅ω2 şi K = R ⋅ ω se obţine: g

G ⋅ sin(ωt − φ ) sin φ ≤ ⋅ Fi cos φ cos φ

Sortarea şi separarea produselor agricole

şi apoi,

sin(ωt − φ ) ≤K sin φ

45

(1.32)

Prin urmare apariţia repausului relativ poate avea loc numai prin îndeplinirea condiţiilor din relaţia (1.32), în care apare unghiul de frecare φ şi coeficientul regimului cinematic K. Reprezentând grafic K = f (ωt) se obţine situaţia din figura 1.23

Fig.1.23. Graficul pentru determinarea limitelor repausului relativ

Dacă se cunoaşte unghiul de frecare dintre material şi sită φ1 şi coeficientul regimului cinematic K1 se pot determina limitele între care apare repausul relativ, adică: Δf = f2 – f1 .

(1.33)

Orice modificare a unghiului de frecare va duce la modificarea zonei repausului relativ. • Analiza condiţiilor pentru apariţia fazei mişcării relative. Pentru acest studiu se aplică metoda cineto-statică adăugând la forţele date şi forţele de inerţie (Fig.1.24) Se consideră că mişcarea relativă se petrece în sens contrar rotaţiei cilindrului, cu acceleraţia unghiulară în mişcarea relativă εr.

46

Gavril Bâlc

Datorită lui εr şi ωr apare o forţă de inerţie în mişcare relativă de tip centrifugală Fir, o forţă de inerţie în mişcare relativă de tip tangenţial Fiτ şi o forţă de inerţie coriolisiană Fic. Sub efectul acestor forţe date, bobul se găseşte în echilibru cineto-static.

Fig.1.24 Schema pentru analiza mişcării relative a bobului pe sită

Proiectând sistemul de forţe pe direcţiile ξ şi η se obţine:

⎧ Fiτ + T − G ⋅ sin ωt = 0 ⎪ r c ⎨ Fi + Fi − Fi − N + G ⋅ cos ωt = 0 ⎪T ≤ μ ⋅ N ⎩

(1.34)

din care rezultă:

⎧T = G ⋅ sin ωt − Fiτ ⎪ c r ⎨ N = − Fi + Fi + Fi + G ⋅ cos ωt ⎪T ≤ μ ⋅ N ⎩

(1.35)

În condiţii de stabilizare a mişcării relative, forţa de frecare ajunge la valoarea maximă T = μN, astfel că făcând înlocuiri în prima ecuaţie a sistemului (1.35) se obţine: G sinωt –Fi = μ⋅(Fi + Fir + Fic + G⋅cosωt);

(1.36)

Sortarea şi separarea produselor agricole

47

Având în vedere că: G = m⋅g; Fiτ =m⋅R⋅εr; μ = tgφ; Fi = m⋅R⋅ω2; Fir = m⋅R⋅ω2r şi Fic = 2⋅m⋅ω⋅ωr⋅R , în care ωr⋅R este viteza relativă vr, relaţia (1.36) devine: G⋅ sinωt – m⋅R⋅εr = μ⋅(m⋅R⋅ω2 + m⋅R⋅ωr2 – 2⋅m⋅ω⋅ωr⋅R + G⋅cosωt) sau μ⋅m⋅R⋅(ω-ωr)2 + m⋅g⋅(μ⋅cosωt – sinωt) + m⋅R⋅εr = 0 . Efectuând câteva calcule de simplificare se obţine:

μ ⋅ (ω − ωr ) 2 R + R ⋅

d ⋅ ωr g − ⋅ sin(ωt − ϕ ) = 0 cos ϕ dt

(1.37)

Introducând notaţiile : − Ω = ω – ωr , viteza unghiulară absolută; − α = ωr·t, unghiul de poziţionare a bobului faţă de verticală în mişcarea relativă;

− −

dα = Ω; dt dω dΩ α= =− r , dt dt α=

în relaţia (1.37) se obţine:

μ ⋅ R ⋅α 2 − R ⋅α − sau

α − μ ⋅α 2 +

g ⋅ sin(ωt − ϕ ) = 0 cos ϕ

g sin(ωt − ϕ ) = 0 R ⋅ cos ϕ

(1.38)

(1.39)

Soluţiile ecuaţiei (1.39) vor stabili condiţiile concrete de existenţă a mişcării relative între limitele inferioară şi superioară. Limita inferioară, apare pentru o valoare a lui ωt1 când ia sfârşit faza repausului relativ, adică: sin(ωt − ϕ ) =K, sin ϕ

de unde: ωt1 = φ + arcsin (k·sinφ).

(1.40)

48

Gavril Bâlc

Valoarea ωt1 va poziţiona punctul 1 sau 3 (fig..1.19) de unde bobul intră în mişcare relativă. Limita superioară (punctul 2 sau 4 din figura 1.19) apare atunci când N = 0. Cu această condiţie din sistemul (1.35) se obţine:

Fi + Fi r − Fi c + G ⋅ cos ωt = 0 sau m⋅R⋅(ω – ωr)2+m⋅g⋅cosωt = 0

cos ωt 2 = −

R R ⋅ (ω − ω r ) 2 = − ⋅ Ω 2 g g

(1.41)

Pentru încetarea mişcării relative trebuie îndeplinită condiţia Ω = 0, ceea ce înseamnă că în relaţia (1.41) valoarea lui ω·t2 ≥ π/2. Prin urmare desprinderea bobului se va produce după un parcurs ω·t2 ≥ π /2, măsurat de la aceeaşi poziţie cu ωt1.

1.1.3.2 Construcţia şi procesul de lucru al unei maşini de curăţit şi sortat seminţe cu site cilindrice Pornind de la principiul funcţional al unei site cilindrice (Fig.1.19) se constată că din punct de vedere constructiv o maşină este prevăzută cu o sită cu orificii dreptunghiulare sau circulare aşezate în tronsoane pe acelaşi cilindru în ordine crescătoare faţă de panta cilindrului α. Poziţia cilindrului este aşezată prin intermediul unui cadru pe care este prevăzut un variator de turaţie, care asigură o funcţionare optimă atât pentru un cilindru cu orificii dreptunghiulare cât şi pentru un cilindru cu orificii circulare. Maşina este prevăzută cu o gaură de alimentare cu posibilităţi de reglare a debitului în funcţie de tipul orificiilor (dreptunghiulare sau circulare). Sitele cu orificii dreptunghiulare sunt mai sensibile la variaţia încărcării specifice, fiind necesar a fi încărcate mai puţin (Fig.1.18) pentru a obţine un randament mai bun în raport cu sitele cu orificii circulare. Pentru mărirea eficienţei în funcţionare a sitelor cilindrice au fost luate unele măsurări constructive (Fig.1.25) dintre care se amintesc : − fixarea unor perii de curăţire în exteriorul cilindrului;

Sortarea şi separarea produselor agricole

49

− fixarea în interior a unor plăci de dirijare astfel ca boabele să fie orientate în sectorul care asigură o mişcare relativă.

Fig.1.25 Schema de amplasare a unor dispozitive suplimentare la sitele cilindrice. 1 –perie; 2 –placă de dirijare; 3 –orificii pentru boabe.

Experimentele efectuate cu scopul îmbunătăţirii constructivfuncţionale a maşinilor cu site plane au arătat că pe lângă acţionarea asupra regimului cinematic sau amplasarea unor dispozitive în interiorul sau exteriorul sitei,este necesară interpunerea acestora într-un complex integrat, care cuprinde trioare cilindrice independente sau aşezate în interiorul unei site cilindrice (fig. 1. 26). Amestecul de material alimentat prin gura de alimentare 5 (Fig.1.26) ajunge în triorul 1, de unde fracţiunea de bază trece în triorul 2 şi refuzul în triorul 4. De aici fracţiunea de bază corespunzătoare trece prin sita 3 obţinânduse clasa IV de calitate, iar refuzul în clasele V şi VI. Din triorul 2 fracţiunea de bază este sortată în clasa I, refuzul trece în sita cilindrică 5, de unde se sortează clasele de calitate II , III şi IV.

50

Gavril Bâlc

Fig.1.26. Schema unei instalaţii complexe pentru sortarea boabelor după criteriul dimensional. 1, 2 –trioare; 3 –site cilindrice cu orificii rotunde; 4 –trior; 5 –site cilindrice cu orificii dreptunghiulare.

Prin eficienţa lor, în procesul de separare, sitele cilindrice au primit o largă răspândire şi în alte domenii cu caracter industrial.

1.1.4. Procesul de sortare a seminţelor cu ajutorul trioarelor cilindrice Procesul de sortare a boabelor după criteriul lungimii se realizează cu ajutorul trioarelor cilindrice ale căror organe active sunt alveolele practicate pe suprafaţa interioară a cilindrului. Boabele scurte se vor aşeza în alveole, unde se menţin pe parcursul unui anumit unghi de rotaţie şi apoi sunt dirijate spre locul de colectare, în timp ce boabele lungi alunecă pe partea interioară a cilindrului spre bază de unde sunt şi ele dirijate spre colectare.

1.1.4.1. Cinematica şi dinamica procesului de sortare cu trioare cilindrice Se consideră un bob situat într-o alveolă a cilindrului (Fig. 1. 27). Asupra lui acţionează un sistem de forţe care îl vor menţine în echilibru atâta

Sortarea şi separarea produselor agricole

51

timp cât suma lor este nulă. Aceste forţe sunt: G = m·g (forţa de greutate), Fi = m·ω2·r (forţa de inerţie), N – reacţiunea normală, T≤ μ·N (forţa de frecare).

Fig.1.27 Schema de analiză a regimului cinematic pentru un trior cilindric

Pentru analiza cinematică se va înregistra unghiul ωt parcurs de o rază în mişcare ce poziţionează alveola faţă de orizontală şi se va ţine seama de unghiul λ, care poziţionează direcţia razei faţă de normala la alveolă. Ecuaţiile de echilibru ale bobului în sistemul de coordonate (ξ, η) sunt:

⎧G ⋅ cos(λ − ωt ) − T − Fi ⋅ sin λ = 0 ⎪ ⎨ N − G ⋅ sin(λ − ωt ) − Fi cos λ = 0 ⎪T ≤ μ ⋅ N ⎩

(1.42)

Condiţia ca bobul să rămână în echilibru şi să nu părăsească alveola este că: T ≤ μ⋅N, sau ţinând seama de (1.42) rezultă:

G cos(λ − ωt ) − Fi ⋅ sin λ ≤ μ [G ⋅ sin (λ − ωt )+ Fi ⋅ cos λ ] Înlocuind valorile cunoscute se obţine:

52

Gavril Bâlc

g ⋅ cos (λ − ωt ) −

⎛ ⎞ sin ϕ sin ϕ ⋅ g ⋅ sin (λ − ωt ) ≤ rω 2 ⎜ sin λ + ⋅ cos λ ⎟ cos ϕ cos ϕ ⎝ ⎠

r ⋅ω 2 ⋅ sin (λ + ϕ ) ≥ cos (λ + ϕ − ωt ) g

Ţinând seama că:

rω 2 = K se obţine: g

K ⋅ sin (λ + ϕ ) ≥ cos (λ + ϕ − ωt )

,

(1.43)

de unde:

K≥

cos (λ − ωt + ϕ ) sin (λ + ϕ )

.

(1.44)

Bobul va rămâne în alveolă dacă relaţia (1.44) este îndeplinită până la un unghi ωt=π/2, când există pericolul de a nu se separa de masa de boabe şi de a rămâne în continuare în alveolă. Prin urmare regimul cinematic de lucru al triorului trebuie în aşa fel ales încât aruncarea bobului din alveolă să aibă loc înainte de a se ajunge la valoarea ωt=π/2. π Calculând valoarea limită pentru ωt = , relaţia (1.44) devine: 2 sin (λ + ϕ ) K max = =1 sin(λ + ϕ ) (1.45) Deci: Kefectiv < Kmax = 1.

(1.46)

Conform relaţiei (1.46) rezultă că trioarele cilindrice trebuie să lucreze cu regimuri cinematice K < 1. Această inegalitate condiţionează turaţia trioarelor limitând-o la valori relative mici. Alegând un K < 1, respectiv o turaţie adecvată pentru cilindrul trior, separarea boabelor scurte din alveole se realizează in intervalul [0, π/2], adică între un ωt1min şi un ωt1max, ceea ce înseamnă că valoarea unghiulară ωt1=αa

Sortarea şi separarea produselor agricole

53

reprezintă faza de aruncare (unghiul de aruncare) a bobului din alveole (Fig.1.28). Apariţia acestor valori unghiulare diferite se condiţionează de faptul că şi unghiul de frecare φ la aceeaşi categorie de seminţe variază între φmin şi φmax, rezultând: Δφ = φmax – φmin Δω = ωt1max –ωt1min (1.47) În aceste condiţii ţinând seama de relaţia (1.44) se obţine: K max =

K min =

(

cos λ − ωt1max + ϕmax sin (λ + ϕmax )

(

cos λ − ωt1min + ϕmin sin (λ + ϕmin )

)

; (1.48)

)

.

Fig.1.28 Schema aruncării bobului din alveolă în jgheabul colector

Prin urmare limitele în care boabele vor fi aruncate din alveole depind de elementele geometrice ale alveolelor prin λ, de coeficientul cinematic K şi de unghiul de frecare φ. Este cunoscut faptul că bobul odată aruncat se va mişca după legea dată de acceleraţia gravitaţională cu acceleraţie nulă pe orizontală şi acceleraţie gravitaţională pe verticală. Cu ajutorul acestor elemente se stabilesc unele puncte de pe traiectoria parabolică a boabelor aruncate din punctele ωt1min şi ωt1max.

54

Gavril Bâlc

Se vor calcula câteva din punctele extreme ale acestor traiectorii (Fig.1.28), care apoi servesc la stabilirea poziţiei de amplasare a jgheabului colector. Luând în considerare coordonatele unui punct oarecare de pe traiectoria parabolică,

⎧ x = vox ⋅ t ⎪ ⎨ 1 2 ⎪⎩ y = voy t − 2 gt ,

(1.49)

se pot deduce coordonatelor punctelor a1,b1,c1 şi a, b, c. Coordonatele punctului a, xa, şi ya, se deduc din condiţia că în punctul a bobul ajunge la înălţimea maximă a aruncării şi din condiţia că viteza are numai componentă orizontală. Coordonatele xb şi yb, se deduc din condiţia ca traiectoria parabolică să intersecteze axa Ox. Coordonatele xc şi yc, se deduc din condiţia de intersecţie a diametrului orizontal al cilindrului trior cu traiectoria parabolică. În mod similar se deduc şi coordonatele xa1, ya1, xb1, yb1, xc1, yc1. Vitezele vox şi voy (Fig.1.29) se calculează cu relaţiile: (1.50) Vox = ω⋅r⋅sinωt Voy = ω⋅r⋅cosωt1 Ele sunt componentele pe direcţiile (x,y) ale vitezei vo, ţinându-se seama de ωt1max şi ωt1min. Vitezele vox şi voy (Fig.1.29)sunt definite prin faptul că în momentul aruncării, bobul are viteza ωr. Ţinând seama de cele prezentate rezultă că jgheabul colector trebuie să aibă o deschidere corespunzătoare pentru ca să se capteze toate boabele în intervalul ωt1min şi ωt1max .

Sortarea şi separarea produselor agricole

55

Fig. 1.29. Schema vitezelor în punctul 0

1.1.4.2 Construcţia şi procesul de lucru al trioarelor cilindrice În funcţie de tipul organelor de lucru ale trioarelor sunt cunoscute trei variante constructive: − cilindrice; − cu disc; − cu bandă. Oricare din cele trei variante constructive se bazează pe principiul că un bob scurt poate fi menţinut mai mult în alveolă decât un bob lung şi astfel pe parcursul unui ciclu de rotaţie se vor separa în două fracţiuni. Trioarele cilindrice (Fig.1.30) se compun din următoarele părţi principale: − suprafaţa cilindrică alveolară; − jgheabul colector; − melc transportor pentru evacuarea boabelor scurte; − rotor cu palete pentru antrenarea boabelor lungi spre buzunarele colectoare. Prin rotirea cilindrului trior 1 (Fig.1.30) amestecul de boabe este antrenat pe suprafaţa interioară a acestuia. Boabele scurte se vor aşeza în alveolele cilindrului şi vor fi depozitate în jgheabul colector 2, apoi eliminate

56

Gavril Bâlc

în vasul 7. Boabele lungi vor aluneca la baza cilindrului 1 şi vor fi antrenate de rotorul cu palete 4 spre buzunarele 5 care le depozitează în vasul 6. Partea inferioară a jgheabului colector este realizată cu înclinare pentru o evacuare mai uşoară a boabelor. Cilindrul trior este prevăzut cu alveole, care se execută prin ambutisare (Fig.1.31.a.) sau frezare (Fig.1.31.b.) în funcţie de dimensiunile şi materialul cilindrului trior.

Fig.1.30 Principiul de funcţionare al unui trior cilindric. 1 –cilindru trior cu alveole; 2 –jgheab colector pentru boabe scurte; 3 –melc pentru evacuare boabe scurte; 4 –rotor cu palete pentru evacuare boabe lungi; 5 –buzunare pentru boabe lungi; 6 –evacuare boabe lungi; 7 –evacuare boabe scurte.

Alveolele unui cilindru trior trebuie să prezinte o formă specială care să permită nu numai aşezarea unor boabe de dimensiuni scurte, ci şi menţinerea acestora pentru un anumit unghi de rotaţie al cilindrului şi apoi crearea condiţiilor pentru evacuarea acestor boabe sub efectul forţelor date. Indiferent de tehnica de execuţie, alveolele au o formă geometrică cavă asimetrică.

a. b. Fig.1.31 Scheme de realizare a alveolelor cilindrului trior a –ambutisare; b –frezare.

Sortarea şi separarea produselor agricole

57

Ele trebuie executate cu o înclinare α faţă de orizontală şi în cazul frezării, cu o sculă a cărei formă este dată de unghiul γ. O importanţă mare în procesul de lucru al trioarelor o are unghiul λ (Fig.1.31.b) format de normala în punctul M la alveolă şi tangenta în punctul M la alveolă. Cunoscând α şi γ se poate determina valoarea lui λ pe cale analitică cu relaţia:

λ =α −

γ 2

(1.51)

Unghiul de aşezare al alveolelor este α = 0.034…0.349 radiani şi γ = 0.698 radiani, în direcţia de rotaţie. În procesul de sortare o altă dimensiune importantă este diametrul alveolei. Acesta se determină în funcţie de mărimile medii şi abaterile medii pătratice ale seminţelor lungi şi scurte. Pentru aceeaşi maşină se execută mai multe mantale (cilindri) de schimb cu valori dimensionale diferite ale alveolelor. Jgheabul colector, trebuie să aibă o deschidere corespunzătoare pentru a putea capta toate boabele care părăsesc alveolele între două poziţii limită corespunzătoare la un ωtmin şi ωtmax. Jgheabul se orientează şi se fixează pentru fiecare amestec în parte. Triorul cu disc (Fig.1.32) este format dintr-un arbore 1, pe care sunt asamblate discuri cu alveole 2. Discurile pătrund până la nivelul razei în masa de seminţe de unde se preiau în alveole seminţele corespunzătoare şi se depozitează pe sorturi în rezervoarele colectoare 4.

Fig.1.32 Trior cu discuri 1 –arbore; 2 –discuri cu alveole; 3 –rezervor ce conţine amestec de seminţe; 4 –rezervoare pentru colectarea sorturilor.

58

Gavril Bâlc

Trioarele cu bandă (Fig.1.33) utilizează ca organ activ o bandă 1 pe care sunt dispuse alveolele. Banda este aşezată faţă de orizontală sub un unghi α şi este antrenată de tamburul 5. Din buncărul 4 amestecul de boabe este dozat pe banda cu alveolele 1. Boabele scurte se aşează în alveole şi sunt depozitate în rezervorul 3.

Fig.1.33 Trior cu bandă. 1 –bandă cu alveole; 2 –rezervor pentru colectare boabe scurte; 3 –rezervor pentru colectare boabe lungi; 4 –buncăr de alimentare; 5 –tambur de antrenare

1.1.5 Procesul de sortare a seminţelor cu ajutorul benzilor sortatoare.

1.1.5.1 Cinematica şi dimanica procesului de sortare a seminţelor cu benzi sortatoare. Se consideră un bob de masă m care a ajuns pe suprafaţa exterioară a unei benzi sortatoare (Fig.1.34) înclinată cu unghiul α faţă de orizontală în plan longitudinal.

Fig.1.34. Schema forţelor ce acţionează asupra unui bob care se mişcă pe bandă.

Sortarea şi separarea produselor agricole

59

Bobul de masă m face parte dintr-o cantitate determinată de boabe ce ajung pe banda de sortare şi este pusă în mişcare în funcţie de viteza benzii vB şi de valorile coeficienţilor de frecare dintre boabe şi bandă. Studiul comportării seminţelor pe bandă se face impunând două condiţii iniţiale: − boabele ajung pe suprafaţa de lucru fără viteză iniţială; − boabele se mişcă cu o viteză vB = constantă şi în direcţie de jos în sus. Pentru studiul mişcării boabelor pe banda de sortare se consideră întrun sistem de coordonate (xoy) un bob de masă m amplasat în punctul o asupra căruia acţionează forţa de greutate G = m∙g, forţa de frecare T < μN, reacţiunea normală N şi forţa de inerţie în mişcarea relativă Fir = m ⋅ xr , iar acceleraţia relativă xr este dirijată în jos. Sub efectul acestor forţe bobul este în echilibru cineto-static putându-se scrie:

⎧m ⋅ xr = G sin α − T ⎨ ⎩ N = G ⋅ cos α

(1.52)

Rezolvând sistemul (1.52) şi ţinând cont că μ = tgφ se poate scrie: m xr =Gsinα - μGcos α , de unde :

xr = g ⋅

sin (α − ϕ ) cos ϕ

,

(1.53)

în care φ reprezintă unghiul de frecare dintre bob şi suprafaţa benzii. Analizând relaţia (1.53) rezultă că apariţia acceleraţiei relative este condiţionată de relaţia relativă în care se găseşte unghiul de aşezare α (care de regulă este variabil) şi unghiul de frecare între bob şi bandă φ. În acest caz se pot distinge trei cazuri: a) α>φ Din relaţiile 1.53 rezultă că sin(α - φ) > 0 şi xr > 0 . Integrând ecuaţia (1.53) se obţine expresia vitezei relative:

xr = g ⋅

sin (α − ϕ ) cos ϕ

⋅ t + xo ,

(1.54)

60

Gavril Bâlc

în care x0 este viteza relativă în momentul iniţial şi se consideră a fi egală cu viteza benzii vB. Ţinând seama de relaţia (1.54) expresia vitezei relative şi spaţiului parcurs de bob sunt de forma :

x r = xr ⋅t + V0 ; (1.55)

1 xr = V0 ⋅ t + xr ⋅ t 2 2 Analizând relaţiile (1.55) se constată că bobul care le respectă va avea o mişcare accelerată în jos, separându-se în partea inferioară, iar viteza relativă a lui se va mări continuu. b) α G , se asistă la transportul seminţei în curent de aer;

−

R < G , seminţele cad în curentul de aer cu posibilitatea de a − fi separate faţă de cele cu R > G ; R = G seminţele plutesc în curentul de aer, iar acceleraţia lor − este nulă. Din relaţiile (1.59) şi (1.60) rezultă că: R = G = K∙ρ∙S∙v2r; (1.61) G = K∙ρ∙S∙v2p; de unde rezultă că: G K ⋅ρ ⋅S

Vr = V p =

(1.62)

În cazul seminţelor cu o formă oarecare viteza de plutire are expresia:

Vp =

l ⋅γ K ⋅ρ

(1.63)

în care: l = 3 a ⋅ b ⋅ c , iar a, b, c sunt lungimea, lăţimea respectiv grosimea seminţei; γ - greutatea volumică a seminţei. În cazul seminţelor de formă sferică viteza de plutire are expresia:

Vp =

2 d ⋅γ ⋅ 3 k⋅ρ ,

(1.64)

în care d este diametrul seminţei. Coeficientul de plutire Kp , se determină cu relaţia:

Kp =

K ⋅γ ⋅ S . G

(1.65)

Vitezele de plutire sunt mărimi care se stabilesc experimental cu ajutorul aparatului din figura 1.38.

Sortarea şi separarea produselor agricole

65

Fig.1.38 Aparat pentru determinarea vitezelor de plutire. 1 –batiu; 2 –ventilator; 3 –conductă; 4 –filtru; 5 –coloană de măsurare a debitului de aer;6 – robineţi de reglare; 7,11 –vase; 8 –alimentator; 9 –vibrator; 10 –conductă pentru observarea mişcării seminţelor

Materialul a cărei viteză de plutire urmează a fi determinată se dozează prin alimentatorul 8 sub efectul vibraţiilor produse de vibratorul 9. Boabele de material ajung în conducta 10 în care circulă un curent de aer ascendent dat de ventilatorul 2. Boabele sunt menţinute în echilibru în conducta 1 conform relaţiei (1.59) prin reglarea debitului de aspiraţie Q din organele de reglare 6. În această operaţiune boabele grele ajung în vasul 11, iar cele uşoare în vasul 7 şi impurităţile în filtru 4.Pe scala coloanelor 5 se citeşte debitul minim şi maxim Q corespunzător vitezelor de plutire ce oscilează în limitele minim şi maxim datorită formei şi greutăţilor diferite a boabelor.Cu valorile Qmin şi Qmax citite ,din diagrama de etalonare a aparatului (Fig.1.39) se determină vitezele de plutire vpmin şi vpmax.

66

Gavril Bâlc

Fig.1.39 Variaţia vitezei de plutire în funcţie de debitul de aer.

În tabelul 1.2 sunt date câteva caracteristici aerodinamice ale celor mai cunoscute seminţe: Tabelul 1.2

Caracteristici Produse Grâu Porumb Fasole Mazăre Soia Ovăz Măzăriche

Viteza de plutire [Vp] [m/s] 8.90…11.50 12.48…14.03 12.90…14.03 15.50…17.50 17.25…20.16 8.08…9.11 13.23…17.00

Coeficientul de rezistenţă al curentului de aer [K] 0.184…0.265 0.162…0.236 0.159…0.225 0.190…0.229 0.115…0.152 0.169…0.300 0.168…0.257

Coeficientul de plutire [Kp] 0.076…0.121 0.049…0.63 0.049…0.059 0.031…0.040 0.024…0.33 0.118…0.150 0.034…0.56

Sortarea şi separarea produselor agricole

67

1.1.6.1 Sortarea amestecurilor în curent de aer vertical. Sortarea în curent de aer vertical se bazează pe insuflarea sau aspiraţia unui curent de aer prin masade boabe pe seama căderii de viteză pe verticală, orizontală sau mixt. • Sortare în curent de aer aspirator (Fig.1.40) funcţionează pe principiul aspiraţiei unui curent prin canalul 1 şi sita 2 peste care trec boabele ce urmează a fi sortate.

Fig.1.40 Principiul de funcţionare al unui separator în curent de aer vertical prin aspiraţie

Boabele mai grele ce constituie sortul I vor fi depozitate în vasul 7, iar cele din sortul II mai uşoare vor fi antrenate în curentul de aer cu viteza v1 şi depozitate în vasul 6. Boabele din sortul III vor fi antrenate mai departe de curentul de aer al cărui viteză v2 scade şi depozitate corespunzător. Sistemul nu asigură o separare de calitate din cauza rezistenţei pe care o opun boabele la trecerea curentului de aer. • Sortarea în curent de aer prin refulare (insuflare) (Fig.1.41)

68

Gavril Bâlc

Fig.1.41 Principiul de funcţionare al unui separator în curent de aer vertical prin insuflare.

Într-o instalaţie de sortare în curent de aer prin refulare boabele sunt aduse din rezervorul 4 peste sita 3 aşezată înclinat peste canalul principal de aer 2. Aerul refulat de ventilatorul 1 cu viteza v trece prin masa de boabe de unde particulele grele sunt depuse în vasul 8 ca sort I, iar materialul mai uşor este antrenat de curentul de aer cu viteza v1 mai redusă şi în scădere spre v2 când se depune sortul II prin pâlnia 6 în vasul 7. Sortul III este antrenat mai departe spre depozitare de către acelaşi curent de aer care a atins viteza v2 1 sunt coeficienţi de repartizare a curentului de aer. Debitul total de aer necesar este dat de relaţia: (1.68) Qtot = Qcp+ Qcb + Qtp,

Debitul minim de aer Qmin tp, necesar pentru transferul pneumatic din conducta 7 este influenţat de debitul total de alimentare al materialului q şi se calculează cu relaţia: Qmin tp = λo·q, (1.69) unde λ0 este coeficientul consumului specific de aer pentru 1 kg de material . Debitul real Qtp este mai mare cu un coeficient α decât debitul minim Qmin tp, adică: (1.70) Qtp = α·Qmin tp, Ţinând seama de relaţiile (1.67) şi (1.70) se poate calcula secţiunea conductei 7, Scp. Din punct de vedere constructiv sistemele de sortare în curent de aer vertical prin refulare (insuflare) au cea mai largă răspândire şi pot fi construite în cel puţin trei variante: − cu două conducte şi evazare (Fig.1.43.a); − cu trei conducte şi evazări corespunzătoare (Fig.1.43.b); − cu evazare unilaterală şi bilaterală (Fig.1.43.c).

Sortarea şi separarea produselor agricole

a.

71

b. c. Fig.1.43 Schema şi principiul de funcţionare al separatoarelor în curent de aer vertical prin insuflare. a –cu două conducte şi evazare; b –cu trei conducte; c –cu evazare unilaterală şi bilaterală.

1.1.6.2 Sortarea amestecului în curent de aer înclinat. Pentru stabilirea criteriilor după care se poate face sortarea în curent de aer înclinat se consideră un curent de aer cu viteza uniformă înclinat faţă de orizontală cu unghiul β (Fig.1.44).

u

într-un tub

În scopul analizei procesului de sortare în curent de aer înclinat se consideră câteva ipoteze simplificatorii: − se alege un singur bob de masă m ; − viteza curentului de aer se presupune constantă şi repartizată uniform pe secţiune; − alimentarea materialului se face prin cădere liberă; − se neglijează interacţiunea boabelor învecinate.

72

Gavril Bâlc

Fig.1.44 Schema de mişcare a unui bob în curent de aer.

Pentru a stabili legea de mişcare a bobului în curentul de aer înclinat este nevoie de mărimea şi direcţia după care forţa portantă R lucrează asupra bobului. Mărimea forţei portante R este dată de relaţia (1.71) în care vr este viteza relativă. Din figura 1.44 folosind regula paralelogramului se obţine:

C o = Vr + u , prin urmare

(1.71)

V r= C o − u . Determinarea vitezei relative Vr se face utilizând teorema cosinusului, iar forţa portantă R utilizând teorema sinusului. Bobul din curentul de aer se supune unei legi de mişcare deoarece asupra lui acţionează forţa gravitaţională G şi forţa portantă R , care are mărimea cunoscută, direcţia aceeaşi cu Vr şi sensul contrar acestuia. Sub efectul acestor forţe bobul va descrie o traiectorie absolută faţă de un reper fix şi o traiectorie relativă faţă de curentul de aer (Fig.1.45). Expresia vitezei relative iniţiale este: Vro = U 2 + Co2 − 2U ⋅ Co ⋅ cos γ 0

,

(1.72)

în care u este viteza curentului de aer; c0 - viteza absolută iniţială a bobului cu care ajunge în curentul de aer;

Sortarea şi separarea produselor agricole

73

γ0 - unghiul dintre viteza absolută iniţială şi direcţia curentului de aer. Poziţia vitezei absolute c a bobului faţă de verticală este dată de relaţia: tg ϕ =

C x U ⋅ cos β − Vx' = C y V y' − U sin β

.

(1.73)

Fig.1.45 Traiectoria bobului în curentul de aer. 1 –traiectorie relativă; 2 –traiectorie absolută.

Prin încercări de laborator s-a urmărit comportarea vitezelor relative v`x şi v`y. S-a constatat că în timp ce particula intră tot mai adânc în curentul de aer înclinat, comportarea vitezei relative v`x tinde spre zero şi v`y se aproprie de viteza de plutire. În aceste condiţii relaţia 1.73 devine: U ⋅ cos β tgϕ = V p − U sin β . (1.74) Analizând relaţia 1.74 se constată că tangenta unghiului φ depinde de mărimea vitezei de plutire vp a elementelor ce compun amestecul de boabe. În cazul în care amestecul conţine două elemente componente cu ν p cunoscute

74

Gavril Bâlc

se pune problema de a determina valorile vitezei cu eficienţă maximă. Prin urmare: tgϕ max =

U ⋅ cos β , V pϕ min − U ⋅ sin β

tgϕmin =

U ⋅ cos β V p max − U ⋅ sin β

U pentru care separarea să fie

(1.75)

Deoarece boabele culturii de bază şi a impurităţilor au viteze de plutire diferite, eficienţa separării în curent de aer va fi cu atât mai mare cu cât diferenţa dintre φmax şi φmin va fi mai mare. Făcând diferenţa între (φmax –φmin) şi efectuând derivata în raport cu u se poate scrie: d ⎣⎡tg (ϕ max − ϕ min )⎤⎦ du

=0,

(1.76)

Efectuând calculele în relaţia 1.76 se obţine valoarea lui Upentru care sortarea se face cu eficienţă maximă, adică: U optim = ν pϕ max ⋅ν pϕ min .

(1.77)

Un efect de separare optim se obţine dacă se calculează media geometrică a vitezelor de plutire maximă şi minimă a celor două componente ale amestecului. În practică s-a constatat că cele mai bune rezultate la sortarea în curent de aer înclinat se obţin când β ≈ 30o.

1.1.7 Procesul de sortare al seminţelor în câmp electrostatic

1.1.7.1 Principiul de sortare al seminţelor în câmp electrostatic Separarea în câmp electric este un proces tehnologic care foloseşte interacţiunea dintre un câmp electric intens şi seminţele încărcate cu sarcină electrică.

Sortarea şi separarea produselor agricole

75

Metoda se bazează pe proprietăţile electrice ale seminţelor dintre care se amintesc: − permitivitatea, εr; − capacitatea de a primi şi a ceda sarcină electrică; − rezistenţă electrică la trecerea unui curent; − conductivitatea; − polarizarea. Ţinând seama de rezistivitatea de volum seminţele se clasifică în trei grupe: − dielectrici; − semiconductori cu εr > 40; − conductori, la o umiditate de 12…16 % şi εr→ ∞ Realizarea electroseparării necesită instalaţie pentru producerea unui câmp electric intens şi instalaţie pentru încărcarea selectivă cu sarcină a seminţelor. Aceste două instalaţii sunt cuprinse într-un utilaj denumit electroseparator de seminţe. Schema bloc a unui electroseparator este prezentată în figura 1.46. Încărcarea seminţelor cu sarcină electrică se face prin mai multe procedee : − prin ionizare (descărcare corona); − prin frecare; − prin inducţie; − prin contact (cu electrozi de înaltă tensiune). Ionizarea şi inducţia se utilizează în cazul separării seminţelor conductoare de cele neconductoare, în timp ce frecarea sau triboelectrizarea se foloseşte pentru separarea a două fracţiuni de seminţe neconductoare. Separarea seminţelor în subansamblul de separare (Fig.1.46) se realizează pe baza unor forţe ce acţionează asupra seminţelor cu proprietăţi diferite. Aceste sunt: −

Forţa câmpului electric, FQ ;

− −

Forţa imagine, Fi ; Forţa datorată câmpului electric neomogen ce acţionează

asupra particulei polarizată F p Forţa câmpului electric FQ , este dată de expresia:

76

Gavril Bâlc

FQ = Q⋅ E , unde

(1.78)

Q este sarcina particulei;

E - câmpul electric.

Fig.1.46 Schema bloc a unui electroseparator

Forţa imagine Fi , se manifestă asupra particulei aflate în vecinătatea unei suprafeţe legate la pământ. Pe suprafaţa particulei se induce o forţă imagine Fi de valoare egală cu forţa exercitată asupra particulei, dar de sens invers. Calculul forţei de imagine Fi se face prin aplicarea legii lui Coulomb şi are expresia:

Fi =

Q2 1 , ⋅ 4 ⋅ π ⋅ ε 0 (2 ⋅ x) 2

(1.79)

unde x este distanţa de la centrul particulei la suprafaţa legată la pământ; ε0 – permitivitatea vidului (ε0 = 8.85⋅10-12F/m). Forţa

Fp , pentru o particulă sferică se calculează cu expresia:

Sortarea şi separarea produselor agricole

Fp = r 2

77

ε r −1 dE ⋅E⋅ , εr + 2 dx

(1.80)

unde

εr este permitivitatea relativă a seminţei; r – raza particulei; E – câmpul electric. Valorile determinate experimental pentru εr în diferite condiţii de umiditate pentru grâu şi secară sunt prezentate în tabelul 1.3. Tabelul 1.3 Felul seminţelor Grâu

Secară

Us [%] 8 20 32 8 20 32

Εr [-] 30 40 50 50 70 120

Dacă se ţine seama de densitate şi umiditate, valorile lui εr sunt prezentate în tabelul 1.4. Tabelul 1.4 Us γ εr Felul seminţelor 2 [%] [g/cm ] [-] 16 1.25…1.40 20…40 Grâu 20 1.25…1.30 28…46 16 1.00…1.15 30…46 20 1.05…1.15 48…72 Ovăz În funcţie de tipul de electroseparatoare pe lângă forţele de separare mai acţionează forte centrifugale Fc şi forţe gravitaţionale FG. În cazul electroseparatorului cu tambur distribuţia forţelor este prezentată în figura 1.47. Se consideră o particulă (sămânţă) de masă m, încărcată cu sarcină şi plasată într-un câmp electric intens (Fig.1.47). Asupra ei vor acţiona forţe care-i vor imprima traiectorii diferite în funcţie de construcţia electrodului activ (Fig.1.47).

78

Gavril Bâlc Expresiile forţelor sunt cele cunoscute:

Fi =

1 Q2 ⋅ ; 4 ⋅ π ⋅ ε 0 (2 ⋅ x) 2

(1.81)

Fc = m⋅ω2⋅R; FG= m⋅g; F=QE

-

Z R Fi +

0

FQ

m

FC

FG Fi m FG FC

Fig.1.47 Distribuţia forţelor ce acţionează asupra seminţelor în separatorul corona cu tambur.

Traiectoria seminţelor în câmpul electric intens este influenţată de natura câmpului dintre electrod şi tambur, respectiv de forma electrodului. Astfel se constată că seminţele încărcate cu sarcină pozitivă sunt atrase de electrodul activ, în timp ce particulele dielectrice încărcate cu sarcină prin ionizare se fixează pe tambur (Fig.1.48).

Seminţele bune conductoare urmează traiectorii dictate de forţele Fc şi FG , deoarece îşi pierd uşor sarcina. Un efect combinat la lipire şi deviere a seminţelor se produce la rotirea electrodului cu fascicul dirijat, astfel încât să asigure atât câmp electrostatic cât şi câmp corona.

Sortarea şi separarea produselor agricole

79

Fig.1.48 Traiectoria seminţelor într-un separator. 1 – seminţe dielectrice; 2 – seminţe conductoare; 3 – tambur; 4 – electrod cu fascicul dirijat.

1.1.7.2 Construcţia şi funcţionarea unei maşini pentru sortare în câmp electrostatic Electroseparatoarele se diferenţiază între ele prin: − modul de deplasare a seminţelor în câmpul electric; − principiul de separare; − forma electrodului activ; − mecanismul de încărcare cu sarcină a seminţelor; − tipul şi acţiunea forţelor de separare; − caracteristici constructive; − natura curentului de alimentare; etc. Ţinând seama de aceste principii de diferenţiere este, cunoscută o gamă largă de electroseparatoare dintre care se amintesc câteva: − separatorul electrostatic cu tambur; − separatorul electrostatic cu bandă transportoare; − separatorul elecrostatic cu plan înclinat; − separatoare electrodinamice tip corona cu tambur; − separatoare electrostatice tip corona cu tambur,etc. • Separatorul electrostatic cu tambur (Fig.1.49). Este un electroseparator care nu necesită sursă de înaltă tensiune deoarece curentul necesar se induce prin frecare.

80

Gavril Bâlc

În electroseparatorul cu tambur (Fig.1.49) câmpul electric necesar se induce prin frecare dintre tamburul dielectric 1 şi peria cilindrică rotitoare 2. Câmpul electric obţinut se poate modifica cu ajutorul dispozitivului de reglare 3. Deoarece condiţiile de mediu au o influenţă mare asupra sarcinii tamburului, separatorul este prevăzut cu un tub perforat 6, ce conţine o substanţă higroscopică (ex. silicagel), ce absoarbe umiditatea şi astfel sarcina tamburului va creşte. Din dispozitivul de alimentare 8 amestecul de boabe trece pe jgheabul 5 spre electrodul rotitor 4 legat la pământ.

Fig. 1.49 Schema de principiu a separatorului elecrostatic cu tambur. 1 – electrod activ rotitor; 2 – perie cilindrică rotitoare; 3 – dispozitiv de reglare a electrodului 1; 4 – electrod rotitor legat la pământ; 5 – plan înclinat pentru alimentare; 6 – tub perforat; 7 – substanţa higroscopică (silicagel); 8 – gură de alimentare; 9 – rezervoare pentru colectarea seminţelor.

Seminţele bune conducătoare de electricitate se încarcă de la tamburul 4 cu sarcină electrică de acelaşi fel prin inducţie şi sub acţiunea câmpului electric de la tamburul 1 sunt separate şi depozitate ca fracţiune I în rezervorul 9. Fracţiunile neconducătoare electric se lipesc de electrodul 4 şi sunt depozitate sub denumirea de fracţiune III în al 3-lea compartiment al rezervorului 9. Fracţiile mixte sub acţiunea forţelor mecanice ajung în compartimentul II ale rezervorului 9. Calitatea separării în cele trei fracţiuni este cu atât mai bună cu cât diametrul cilindrului 4 este mai mic deoarece creşte Fp şi cu cât reglajele de turaţie şi tehnologice sunt mai bune.

Sortarea şi separarea produselor agricole

81

1.1.8 Procesul de sortare a seminţelor pe cale electromagnetică 1.1.8.1 Cinematica şi dinamica procesului de sortare în câmp electromagnetic Sortarea electromagnetică face parte din criteriile de sortare a seminţelor după natura suprafeţei exterioare. Principiul de funcţionare a maşinilor de sortare electromagnetică se bazează pe faptul că, masa de boabe lucioase a culturii de bază şi impurităţile cu asperităţi se amestecă cu pilitură de fier umezită şi se trec peste un tambur cu electromagnet pe un anumit sector(Fig.1.50).

Fig.1.50 Principiul de funcţionare al unui sortator electromagnetic. 1 –tambur rotativ; 2 –electomagnet fix; 3 –amestec de boabe şi pulbere; 4 –rezervor pentru boabe netede;5 –rezervor pentru boabe şi pilitură;

Pentru studiul comportării boabelor pe tamburul de sortare se consideră două cazuri: − un bob neted, fără pulbere metalică şi respins de tambur; − un bob cu asperităţi cu pulbere metalică şi atras de tambur În oricare din cele două cazuri bobul se va găsi în echilibru până în momentul când reacţiunile se anulează (N = 0) şi va părăsi suprafaţa tamburului rotund. În cele ce urmează se va analiza comportarea boabelor pe tambur în cele două variante enunţate. • Boabe netede fără pulbere (Fig.1.51.a) În acest caz asupra bobului vor acţiona forţa de inerţie, reacţiunea normală, forţa de frecare, şi forţa datorită greutăţii bobului .

82

Gavril Bâlc

a.

b.

Fig.1.51 Comportarea boabelor pe tambur sub influenţa câmpului electromagnetic. a –boabe netede fără pulbere; b –boabe aspre acoperite cu pulbere.

Ecuaţiile de echilibru pe tambur la momentul t pe direcţiile (ξ,η) sunt:

⎧G ⋅ cos ωt − N − Fi = 0 ⎨ ⎩G ⋅ sin ωt ≤ T

(1.82)

Ţinând seama că T = μN , din prima proiecţie a forţelor pe direcţia (ξ) N =G∙cosωt–Fi = 0 se obţine condiţia de echilibru:

G sin ωt ≤ μN = μ (G cos ωt − Fi );

(1.83)

Deoarece desprinderea bobului are loc la un anumit ωt1 când reacţiunea N = 0, ecuaţia (1.82) devine:

G ⋅ cos ωt = Fi ;

(1.84)

Cunoscând că Fi = m∙R∙ω2 din relaţia (1.83) se obţine:

m ⋅ g ⋅ cos ωt = m ⋅ R ⋅ ω 2 ; sau

cos ωt =

R ⋅ω 2 ; g

(1.85)

Sortarea şi separarea produselor agricole

83

cosωt1 = K , unde K este coeficientul regimului cinematic. • Boabe cu asperităţi, cu pulbere metalică (Fig.1.51. b) În acest caz faţă de cazul boabelor netede mai apare o forţă suplimentară ce acţionează asupra boabelor denumită forţă electromagnetică Fe . Ecuaţiile de echilibru pe direcţie ξ şi η sunt:

⎧G ⋅ cos ωt + Fe − N − Fi = 0 ⎨ ⎩G ⋅ sin ωt ≤ T

(1.86)

Se consideră un ωt1 pentru care N = 0 când boabele părăsesc tamburul. În acest caz se obţine:

⎛ R ⋅ω 2 ⎞ Fe = Fi − G ⋅ cos ωt1 = m ⋅ g ⎜ − cos ωt ⎟ ⎝ g ⎠

.

(1.87)

Din ecuaţia (1.87)se observă că unghiul ωt1, care indică poziţia bobului care părăseşte suprafaţa exterioară a tamburului se stabileşte în funcţie de Fe. Relaţia (1.87) se foloseşte pentru calculul lui Fe pentru care ωt1=π, căutând atragerea bobului până la poziţia 3π/2 în partea de jos a tamburului. În acest caz:

Fe = G (K + 1);

(1.88) Analizând relaţia (1.88) se constată că forţa electromagnetică depinde direct numai de intensitatea câmpului magnetic, de variaţia intensităţi în direcţia razei care urneşte bobul cu centru rotorului. Acest lucru permite reglarea electromagnetului în aşa fel încât boabele cu pulbere să fie reţinute până în partea inferioară a tamburului.

1.1.8.2 Construcţia şi procesul de lucru al maşinilor pentru sortarea electromagnetică Schema de principiu a unei maşini de sortare electromagnetică este prezentată în figura 1.52.

84

Gavril Bâlc

Ansamblul elementelor prezentate în figura 1.52 formează o maşină de sortare electromagnetică sau staţie pentru decuscutare. Se utilizează cu precădere la sortarea seminţelor de cuscută din seminţele de trifoi.

Fig.1.52 Schema unei maşini de sortare electromagnetică. 1 –buncăr pentru pulbere metalică; 2–rezervor apă; 3 –amestecător secundar; 4 –buncăr alimentare seminţe; 5 –amestecător principal;6 –tamburi de sortare electromagnetici; 7 –rezervoare colectoare de seminţe; 8 –rezervoare pentru seminţe de cuscută.

În amestecătorul secundar 3 se amestecă apa cu pulberea metalică din rezervoarele 2, respectiv 1. Pulberea umectată ajunge împreună cu seminţele din buncărul 4 în amestecătorul principal 5, de unde trec în serie peste doi tamburi rotitori cu electromagneţi. Aici se separă din amestec seminţele rugoase şi cad în rezervorul 7. Utilizarea a doi tamburi de sortare legaţi în serie se practică pentru a mări puritatea seminţelor culturii de bază în urma procesului de sortare. Metoda se aplică cu succes la separarea seminţelor de buruieni de cultura de bază, deoarece toate seminţele de buruieni au suprafaţa în întregime cu asperităţi.

Sortarea şi separarea produselor agricole

85

1.1.9. Alte criterii de sortare a seminţelor 1.1.9.1. Sortarea amestecurilor de seminţe după culoare. Instalaţiile folosite în acest scop utilizează celule fotoelectrice care la diferenţa de intensitate a razei de lumină reflectată datorită culorii seminţelor, emite impulsuri care comandă dispozitive pneumatice şi elimină seminţele de culoare necorespunzătoare. Schema de principiu a separării amestecurilor de seminţe după culoare este prezentată în figura 1.53. Amestecul de boabe trece din buncărul 1 pe transportorul cu bandă 2, de unde sub efect gravimetric ajung în compartimentul de inspecţie. Aici se examinează fiecare bob, comparând culoarea lui cu o culoare dorită dată de placa de control 3 denumită martor. Dacă sămânţa are aceeaşi culoare cu martorul, lumina reflectată de sămânţă pe direcţia celulei fotoelectrice are aceeaşi intensitate şi curentul emis de fotocelulă este acelaşi. În caz contrar celula este sensibilizată diferit emiţând curent de intensitate diferită. Celula fotoelectrică 5 prin aparatul de comandă 6 acţionează aerul comprimat din pistolul 4, iar boabele necorespunzătoare sunt deviate de jetul de aer în vasul 8. Boabele care corespund culorii sunt acceptate şi ajung prin cădere liberă în containerul 7. Pentru a mări productivitatea maşinii în camera de inspecţie se montează mai multe fotocelule care lucrează în paralel. O asemenea maşină se utilizează pentru sortarea boabelor de fasole, cafea verde, etc..

86

Gavril Bâlc

Fig.1.53 Schema separării boabelor după culoare. 1 –buncăr de alimentare , 2 – transportor cu bandă; 3 –placă de control; 4 –pistol cu aer comprimat;5 –fotocelula 6 –aparat de comandă aer comprimat; 7,8 –vase pentru depozitare sorturi.

1.1.9.2. Sortarea amestecurilor de seminţe după criteriul greutăţii boabelor Sortarea amestecurilor de boabe după greutatea specifică se realizează pe mese plane vibratorii sub acţiunea unui curent de aer. Principiul de funcţionare constă în faptul că masa înclinată în sens longitudinal cu circa 10 o şi transversal cu 5 o este adusă în mişcare oscilatorie prin intermediul unui mecanism cu pârghii. Concomitent cu mişcarea oscilatorie din partea inferioară se insuflă un curent de aer cu ajutorul unui ventilator, fapt ce permite stratificarea materialului şi separarea diferitelor fracţiuni după greutatea lor specifică.

Sortarea şi separarea produselor agricole

87

Amplitudinea oscilaţiilor este de 6 mm, iar frecvenţa între 320…800 oscilaţii/minut, utilizând în acest scop un variator de turaţie. Maşinile care funcţionează după acest principiu se numesc gravitatoare.

1.1.9.3 Sortarea seminţelor după criteriul elasticităţii şi formei boabelor. Acest criteriu se bazează pe principiul că boabele în mişcarea lor, la atingerea unei suprafeţe de o anumită duritate, în funcţie de elasticitate vor fi aruncate la distanţe diferite efectuându-se sortarea lor pe grupe de greutate.

Fig.1.54 Principiul de funcţionare al unei mese oscilante. Do –direcţia de oscilaţie; 1 –masa oscilantă; 2 –pereţi verticali; 3 –zone de alimentare; 4 –evacuare boabe sortate.

În context funcţional acest tip de sortare se utilizează prin fixarea sub buncărul de alimentare al unei maşini de curăţat şi sortat o placă cu înclinare reglabilă pentru ca boabele aduse pe ea prin cădere liberă să fie aruncate la distanţe diferite, captate şi dirijate spre fluxul tehnologic corespunzător pe grupe de dimensiuni. Masa vibratoare este o placă compartimentată cu pereţi verticali în zig-zag orientaţi perpendicular pe direcţia de oscilaţie (Fig.1.54). În practică placa oscilantă are un număr de 5..10 canale şi unghiul de aşezare α = 3 o..5 o . Amplitudinea oscilaţiilor este de 140…170 mm la o frecvenţă de 70..110 oscilaţii/ minut.

88

Gavril Bâlc

1.1.10.. Instalaţii pentru sortarea şi prelucrarea primară a produsel agricole sub formă de boabe 1.1.10.1 Instalaţie pentru sortarea şi prelucrarea primară a cerealelor şi seminţelor de leguminoase. O instalaţie pentru prelucrarea primară a cerealelor şi seminţelor de leguminose (Fig.1.55) cuprinde patru sectoare principale:

− − − −

recepţie; curăţire şi sortare; uscare; depozitare.

În cadrul acestor instalaţii complexe de prelucrare primară a cerealelor şi seminţelor, liniile tehnologice permit organizarea unor circuite în funcţie de necesităţi după natura produsului, gradul de impurificare, umiditatea şi destinaţia produsului finit. Materialul este adus la punctul de recepţie 1 cu ajutorul mijloacelor de transport, este supus unor analize de laborator, descărcat şi ridicat cu elevatorul 2 în vederea unei precurăţiri cu o maşină de curăţit 3 ,de mare capacitate, de unde impurităţile sunt trecute la refuz, iar cultura de bază în buncărele 4. Prin intermediul transportorului 5 şi a elevatorului 6 boabele ajung la distribuitorul 7 prevăzut cu mai multe căi. De aici materialul poate fi dirijat prin buncărul 8 în uscătorul 9 pentru a-l aduce la umiditatea de păstrare, apoi prin transportorul 10, elevatorul 19 şi transportorul elicoidal 20 ajunge în celulele de depozitare 21. Dacă umiditatea permite, de la distribuitorul 7 boabele de cereale parcurg linia de condiţionare şi sortare, formată din maşini de sortat cu site plane 11, triorul cilindric 12, gravitatorul 13 şi o maşină de sortat şi tratat seminţe. De aici prin transportorul 10 şi elevatorul 19, transportorul elicoidal 20 boabele ajung în celulele de depozitare 21. De la distribuitorul 7 se deschide o a doua linie a seminţelor de leguminoase formată din maşini de sortat cu site plane 15 şi 16, gravitatoare 17 şi maşini de sortare pe cale electromagnetică 18, de unde prin transportorul 10 şi elevatorul 19, transportorul elicoidal 20 boabele ajung în celule de depozitare 21. Din celulele 21 cu ajutorul transportorului 22 sau a mijloacelor de descărcare pneumatice produsele sunt trimise spre beneficiar. Întreaga linie tehnologică este dirijată şi supravegheată de la un tablou de comandă automată. O asemenea instalaţie se pretează numai pentru cantităţi foarte mari de produse cerealiere sau seminţe.

Fig.1.55 Schema unei instalaţii pentru prelucrarea şi procesarea primară a cerealelor şi seminţelor de leguminoase.

Sortarea şi separarea produselor agricole 89

90

Gavril Bâlc

1.1.10.2. Instalaţie pentru sortarea şi prelucrarea primară a boabelor de porumb (Fig.1.56). Acest tip de instalaţie procesează ştiuleţii de porumb rezultaţi la recoltare, recuperând şi efectuând sortarea şi prelucrarea primară a boabelor. În cadrul instalaţiei se prepară, prin tratamente speciale seminţele destinate însămânţării.

Fig.1.56 Schema unei instalaţii pentru sortarea şi prelucrarea primară a boabelor de porumb.

Porumbul este adus sub formă de ştiuleţi cu mijloacele de transport la punctul de recepţie 1, de unde prin elevatorul 2 ajunge în buncărul de ştiuleţi 3. Transportorul 4 duce ştiuleţi pe masa de sortare manuală 5, de unde cu elevatorul 6 ajung în uscătorul 7 pentru reducerea umidităţii. Din uscător cu ajutorul transportorului 8 ajung la maşina de batozat 9, de unde boabele rezultate sunt trecute prin maşina de curăţat şi sortat 10. Boabele de porumb curăţate sunt ridicate cu elevatorul 11 spre transportorul melcat 12 şi apoi în celulele de depozitare 13, unde se păstrează, sau cele destinate însămânţării mai urmează câteva faze ale procesului tehnologic. Astfel cu transportorul 14 ajung la elevatorul 15 şi apoi la maşina de calibrat 16. De la maşina de calibrat ajung în buncărul 17 spre livrare sau pe o altă linie la maşina de tratat 18, buncărul 19 şi apoi spre livrare.

Sortarea şi separarea produselor agricole

91

1.1.10.3. Instalaţie pentru curăţirea, segmentarea, şlefuirea şi sortarea seminţelor de sfeclă de zahăr (Fig.1.57). Materialul pentru curăţire şi prelucrare este adus la punctul de recepţie 1, preluat de elevatorul 2, trecut prin maşina de curăţit şi sortat 3 şi depozitat provizoriu în buncărul intermediar 4. Din buncărul 4, materialul trece în uscătorul 5 de tip tunel şi cu flux în contracurent, apoi prin elevatorul 6 la transportoarele sortatoare 7. Funcţionarea transportoarelor sortatoare se bazează pe faptul că seminţele de sfeclă au asperităţi şi sunt transportate spre maşina de sortat 9, iar impurităţile fiind lucioase, alunecă spre partea inferioară a benzilor şi depozitate în cutia de refuz 8. În maşina de curăţit şi sortat 9 se obţin trei sorturi de boabe, cu Φ 4 mm. Din maşina 9 sorturile cu Φ > 4 mm trec pe linia de segmentare 12, iar celelalte două fracţiuni pe liniile de şlefuire 10 şi 11. După liniile 10, 11 şi 12 boabele ajung pe transportoarele 13 şi de aici la maşinile de sortat după criteriul dimensional 14; gravitatoarele 15 şi apoi la însăcuire. Maşinile de şlefuit au organele active sub formă de discuri cu canale şi cuţite.

Fig.1.57. Schema unei instalaţii pentru curăţirea, segmentarea, şlefuirea şi sortarea seminţelor de sfeclă de zahăr.

92

Gavril Bâlc

1.2 Sortarea legumelor şi fructelor

1.2.1 Sortarea cartofilor La recoltarea cartofilor, impreună cu tuberculii de cartofi se dislocă o cantitate mare de pământ, pietre şi resturi vegetale, care trebuie eliminate. Din masa totală dislocată la recoltare doar 1…2 % reprezintă masa de cartofi. Pentru presortarea lor încă din faza de recoltare maşinile specializate sunt prevăzute cu organe de precurăţire prin scuturare, organe pneumatice de spargere a bulgărilor de pământ şi mese de sortat manual. Cu toate acestea în masa de cartofi obţinută rămân o serie de impurităţi care trebuie eliminate în centre special amenajate şi dotate cu echipamente corespunzătoare. În funcţie de rezultatul procesării primare instalaţiile specializate pentru cartofi se pot grupa astfel: − instalaţii de sortat cartofi în două fracţiuni; − instalaţii pentru sortat şi calibrat cartofi; − instalaţii pentru sortat pietre din masa de cartofi.

1.2.1.1 Instalaţie pentru sortarea cartofilor fără calibrare. O instalaţie complexă pentru sortat cartofi fără calibrare (Fig.1.58) separă din masa de cartofi pe cale mecanică pământul, pietrele şi vrejurile. Materialul adus cu mijloace de transport este basculat de pe o rampă specială în buncărul de recepţie 1, prevăzut cu elemente elastice pentru protejarea cartofilor de vătămare. Din buncărul 1 prin transportorul alimentator 2 amestecul de cartofi şi impurităţi este preluat de elevatorul cu bandă şi elemente elastice 3 şi transportat pe transportorul cu tetine 5 care scoate impurităţile mici şi vrejurile şi le transferă pe transportorul 4 spre depozitare. Cartofii în amestec cu pietre şi bulgări alunecă spre transportorul de sortare 6. Deasupra transportorului 6 există o perie fixă 8 pentru curăţire, iar în partea inferioară o perie rotativă 9 pentru desfundarea orificiilor de pe transportor. Impurităţile sunt evacuate prin transportorul 7, iar cartofii cu o cantitate mai mică de impurităţi ajung pe masa de sortare manuală 10. Aici bulgării de pământ şi pietrele se transferă pe transportorul 11 şi apoi pe transportorul de evacuare 17. Cartofii ajung pe transportorul cu role rotative 12, unde este pusă în mişcare de rotaţie masa de cartofi şi impurităţi. Muncitorii sortează

Fig. 1.58 Schema unei instalaţii pentru sortat cartofi fără calibrare

Sortarea şi separarea produselor agricole 93

94

Gavril Bâlc

manual cartofii buni şi cartofii vătămaţi, care ajung pe transportorul 13, apoi pe transportorul de evacuare 16. Aici se obţine o foarte bună eliminare a impurităţilor din masa de cartofi rezultând în final cartofi cu dimensiuni peste 30 mm, dar fără a fi calibraţi. Cartofii prin intermediul transportorului final 14 ajung în buncărul 15. De la transportorul sortator 6 cartofii şi impurităţile cu dimensiuni mai mici de 30 mm, ajung la subansamblul 18 pentru recuperat cartofi mici. Având în vedere că la funcţionarea întregii instalaţii concură o serie de subansamble şi transportoare, există o schemă de comandă centrală cu posibilităţi de blocări intermediare pentru a nu se produce avarii în masă în condiţiile blocării de subansamble datorită unor cantităţi prea mari de material accesat. După o avarie într-un subansamblu oarecare, punerea în funcţiune a instalaţiei se face în ordine inversă aşezării lor în fluxul tehnologic. În cazul în care se doreşte efectuarea operaţiei de calibrare există posibilitatea să se monteze în locul transportorului final 14 o maşină de calibrat. Această maşină va scoate din masa de cartofi dimensiunile necesare pentru însămânţare şi separat cele pentru consum. Dimensiunile obţinute sunt: cu d < 30 mm pentru furajarea animalelor, între 30 < d < 60 mm pentru însămânţare şi d > 60 mm pentru consum.

1.2.1.2 Instalaţie pentru sortat cartofi cu calibrare Schema unei astfel de instalaţii de provenienţă englezească este prevăzută în figura 1.59. Amestecul de cartofi şi impurităţi este descărcat din mijlocul de transport 1 în buncărul de recepţie 2, de unde prin intermediul transportului 3 ajunge pe transportul cu racleţi 4. O parte din impurităţi cad printre elementele transportorului, iar cartofii cu o altă parte de impurităţi ajung la un subansamblu de curăţire cu perii rotitoare 5, unde se elimină o cantitate importantă din masa de cartofi. Materialul trece pe masa de sortare manuală 6 unde muncitorii 9 elimină ultimele impurităţi din masa de cartofi. Cartofii sunt ridicaţi cu transportorul 7 spre subansamblul de calibrare cu valţuri, de unde se obţin sorturile de cartofi dorite (ex. I, II, III) în funcţie de dimensiunile acestora.

Fig. 1.59 Schema unei instalaţii pentru sortat cartofi cu calibrare

Sortarea şi separarea produselor agricole 95

96

Gavril Bâlc

1.2.1.3 Instalaţie pentru separarea bulgărilor şi pietrelor din masa de cartofi cu ajutorul razelor RÖENTGEN. Acest tip de instalaţii se bazează pe comportarea razelor X în mod diferit atunci când trec prin tuberculi (cartofi) faţă de cazul când traversează pietre sau bulgări de pământ (Fig.1.60). Amestecul care urmează a fi separat ajunge pe alimentatorul cu bandă 1 având 8…12 canale longitudinale pentru ordonarea deplasării componentelor, de unde prin cădere liberă traversează spaţiul pe unde trec razele X emise de generatorul 2 şi recepţionate de sesizorul 3. Acesta, în funcţie de diferenţa de penetraţie a razlor X, prin amplificatorul 4 transmite semnalul subansamblului de comandă 5, care declanşează dispozitivul pneumatic 6 şi separă cele două fracţiuni în vasul 7, cartofii prin cădere liberă, iar pietrele şi bulgării de pământ prin aruncare în vasul pentru impurităţi 8.

Fig.1.60 Schema unei instalaţii pentru sortarea bulgărilor şi pietrelor din masa de cartofi cu ajutorul razelor RÖENTGEN. 1 –alimentator cu bandă; 2 –emiţător; 3 –receptor-sesizor; 4 –amplificator; 5 –organ de comandă; 6 –dispozitiv pneumatic; 7 –vas pentru cartofi; 8 –vas pentru impurităţi.

O asemenea maşină poate atinge o capacitate de sortare de 30 tone/oră cu o precizie de 3% impurităţi în cartofi,pornind de la procentul iniţial de 50% şi deprecieri prin rănire a cartofilor de 0.5%.

Sortarea şi separarea produselor agricole

97

1.2.1.4 Instalaţie pentru eliminarea pietrelor din masa de cartofi Înainte de utilizarea în cantităţi mari se poate introduce un utilaj special care să elimine pietrele din masa de cartofi. In acest fel se poate obţine o mai mare garanţie că utilajele şi maşinile folosite ulterior pentru diferite lucrări nu vor fi deteriorate. Schema de principiu a unei astfel de instalaţii este prezentată în figura 1.61. Instalaţia are o carcasă circulară sub forma unei tobe 1, în interiorul căreia se găsesc pietrele 4, care fac să mişte apa din interior în sensul invers mişcării principale Amestecul cartofi–pietre din buncărul 3 este introdus în maşină unde este spălat şi agitat. Pietrele se vor aduna în buzunarele 2 şi vor fi evacuate prin gura de evacuare 8 în vasul 6, iar cartofii prin gura de evacuare 7 în vasul 5.

Fig.1.61. Schema unei maşini pentru eliminarea pietrelor din masa de cartofi. 1 –corpul maşinii (carcasa); 2 –buzunare; 3 –buncăr de alimentare; 4 –spire; 5 –vas pentru cartofi; 6 –vas pentru pietre; 7 –plan înclinat pentru evacuarea cartofilor; 8 –evacuare pietre; 9 – apă.

În cazul sortării cartofilor este necesar a calcula câţiva parametri utili şi anume: • precizia de sortare psc, se determină cu relaţia:

p sc =

nt − ni ⋅ 100 , [%] nt

(1.104)

98

Gavril Bâlc

în care nt este numărul total de cartofi dintr-un sort; ni - numărul de tuberculi sortaţi incorect din acelaşi sort; • precizia sortării pe întreaga maşină Ps, se stabileşte ca media aritmetică a preciziei pe sorturi şi are expresia: ns

ps =

unde

∑p i =1

ns

sci

⋅ 100 , [%]

(1.105)

ns este numărul sorturilor. • gradul de vătămare al cartofilor în procesul de sortare pv.

pv =

mv ⋅ 100 , [%] mt

(1.106)

în care mv reprezintă masa cartofilor vătămaţi, în [Kg]; mt - masa totală a produselor [Kg]. Relaţiile de calcul 1.104 ; 1.105 şi 1.106 se pot aplica pentru orice alte legume şi fructe sortate după acelaşi criteriu.

Sortarea şi separarea produselor agricole

99

1.2.2 Maşini pentru sortat mere. Maşinile pentru sortat mere (Fig. 1.62) funcţionează pe baza unor transportoare cu benzi perforate in funcţie de dimensiunea merelor ce urmează a fi sortate.

Fig.1.62. Schema de principiu a unei maşini de sortat mere. 1 –buncăr de alimentare; 2 –transportor; 3 –benzi sortatoare; 4 –tambur.

Merele sunt aduse pe transportorul 2, fie prin basculare directă a containerelor, fie din buncărul de alimentare 1 şi transferate pe benzile de sortare ,3 aşezate înclinat faţă de orizontală cu unghiul α şi antrenate de tamburul superior 4. Fiecare bandă are orificii cu diametre diferite începând cu diametrul maxim al merelor. Fiecare bandă înseriată în cadrul maşinii va da un sort de mere. În cazul din figura 1.62 sortul IV va fi calitatea extra din punct de vedere a dimensiunilor.

1.2.3 Maşini pentru sortat ceapă. Maşina pentru sortat ceapă (Fig.1.63) este formată dintr-un transportor alimentator 1 care aduce ceapa deasupra unei mese rotative 2 cu con distribuitor. În jurul bazei conului sunt plăcile de reglare 3, care permit obţinerea de diferite valori ale distanţei δ, prin care sectorial vor trece cepele de diferite mărimi.

100

Gavril Bâlc

Sorturile corespunzătoare numărului de plăci de reglare vor fi colectate în lăzile 4. Sortarea cepei după mărime este un criteriu premergător altor operaţii până la ambalare şi reglare.

Fig.1.63 Schema de funcţionare a unei maşini de sortat ceapă. 1 –transportor; 2 –con distribuitor; 3 –plăci de reglare; 4 –lăzi pentru colectare.

1.2.4 Instalaţii pentru sortarea morcovilor. Operaţia de sortare a morcovilor începe încă din faza de recoltare, unde se formează legături de circa 12 bucăţi în funcţie de diametrul maxim. Legăturile de morcovi sunt stivuite într-un mijloc de transport prevăzut cu benă cu transportor (Fig.1.64).

Fig.1.64 Schema unui autovehicul cu benă cu transportor. 1 –benă; 2 –transportor cu bandă; 3 –legături de morcovi.

Sortarea şi separarea produselor agricole

101

Sub această formă produsul este adus la complexul de pregătire în vederea comercializării. La pregătire se are în vedere forma de comercializare, care poate fi cu, sau fără frunze.Circuitul tehnologic de pregătire a produsului pentru vânzare este prezentat în figura 1.65.Prespălarea morcovilor are loc la punctul 1 chiar pe mijlocul de transport, după care sunt descărcaţi în buncărul de recepţie 2, apoi transferaţi în canalul de spălare 3.

Fig.1.65 Schema fluxului tehnologic de pregătire a morcovilor pentru livrare. 1 –prespălare; 2 –buncăr de recepţie; 3 - canal de spălare: 4 –împachetare; 5 –pulverizare de gheaţă; 6 –sigilare şi livrare. Din canalul 3 morcovii ajung în spaţiul de împachetare 4 şi apoi în spaţiul 5 unde are loc pulverizarea de gheaţă pe frunze şi inflorescenţe pentru oprirea activităţii biologice. Morcovii sunt trecuţi apoi în spaţiul 6, unde ambalajele sunt sigilate şi livrate spre beneficiar.

102

Gavril Bâlc

1.2.5 Instalaţii pentru sortarea şi împachetarea piersicilor şi roşiilor. Schema bloc a unor asemenea instalaţii este prezentată in figura 1.66.

Fig.1.66 Schema bloc a unei instalaţii pentru sortarea şi împachetarea piersicilor şi roşiilor

Produsele sunt aduse în lăzi la dispozitivul de prindere şi răsturnare 1, de unde prin transportorul de recepţie 2 ajung pe masa de sortare manuală 3, unde se face eliminarea produselor vătămate sau cu defecte. De pe masa 3, produsele sănătoase sunt transferate la un dispozitiv de curăţire 4, care lucrează cu un sistem de perii active. În timpul trecerii produsului prin acest dispozitiv se face curăţirea exterioară pentru a-i conferi un aspect comercial plăcut. Sistemul cu perii se foloseşte doar pentru piersici, în timp ce pentru roşii se foloseşte un dispozitiv cu jet de apă. Din dispozitivul 4 produsele trec la maşina de sortat 5, care funcţionează pe principiul din figura 1.67. O maşină de sortat care funcţionează pe principiul din figura 1.67 are mai multe perechi de valţuri 1 care se rotesc în acelaşi sens. Deasupra lor se găsesc un număr de 52 palpatoare 3 cu care vin în contact produsele în funcţie de reglarea înălţimii de palpare ΔH. Palpatoarele se reglează în funcţie de numărul de sorturi care se doreşte a fi obţinute (ex. 4). Deoarece valţurile 1 imprimă o mişcare de rotaţie produsului la contactul cu un palpator fracţiunea de produs este dirijată spre sortul respectiv, iar celelalte produse îşi continuă drumul până se parcurge întreg spaţiul de sortare. Corespunzător fiecărei clase de sortare, produsele trec pe transportoarele laterale 4 spre spaţiul de ambalare (Fig.1.66) şi apoi spre livrare.Maşina de sortat 5 (Fig.1.66) funcţionează după schema din figura 1.68. Aceasta primeşte produsul cu un transportor cu racleţi 1 de la maşina de curăţat 4 (Fig.1.68) şi-l dirijează la un distribuitor cu patru compartimente şi mişcare sincronizată cu

Sortarea şi separarea produselor agricole

103

a transportorului 1. Punând mai multe rânduri de palpatoare 5, produsele vor fi reţinute în funcţie de dimensiunea lor maximă şi vor putea fi colectate pe mai multe căi 7 şi dirijate spre liniile de împachetare 6 (Fig.1.66).

Fig.1.67 Principiul de funcţionare al dispozitivului de sortat cu valţuri. 1 –valţuri rotative; 2 –produs; 3 –palpator; 4 –transportor.

Un produs cu dimensiuni mai mici decât înălţimea de reglare ΔH a unui palpator nu va fi atins de suprafaţa de palpare şi trece mai departe. Aducerea în mişcare de rotaţie a perechilor de valţuri 8 se face prin intermediul a două căi de rulare 6 prin frecarea dintre role şi căi. Acest tip de instalaţie dă cele mai bune rezultate la curăţirea şi sortarea piersicilor.

104

Gavril Bâlc

Fig.1.68 Schema de funcţionare a unei maşini de sortat cu valţuri. 1 –transportor; 2 –distribuitor; 3 –tambur motric; 4 –tambur condus; 5 –palpator; 6 –cale de rulare; 7 –transportoare produs finit; 8 –valţuri de sortare; 9 –refuz.

2. DEPOZITAREA PRODUSELOR AGRICOLE

2.1 Depozitarea cerealelor Construcţiile cu destinaţie de depozite pentru cereale se clasifică după forma constructivă şi aşezarea pe teren astfel: orizontale: - platforme de beton descoperite; - platforme de beton acoperite; - magazii; - şoproane; - pătule. verticale: - silozurile pentru cereale; - pătulele pentru porumb.

2.1.1.

Depozite dispuse pe orizontală:

Din această categorie cele mai răspândite sunt magaziile mecanizabile, cu posibilitate de păstrare a cerealelor într-un strat de grosime 2,5…5 m şi o capacitate de 3000 tone. O variantă a acestei magazii este cea de 5000 tone în care se pot păstra cereale într-un strat de grosime 5…6 m în zona centrală şi până la 3,5 m la perete. Acest tip de magazii sunt prevăzute cu canale de aerare în pardoseală executate din beton (Fig. 2.1) sau cu posibilitatea de montare a unei reţele aeriene de conducte utilizate în acelaşi scop. Prizele de aer sunt amplasate în direcţia uşilor de acces sau în locuri special destinate. Asemenea magazii moderne sunt prevăzute cu o reţea de conducte la partea superioară pentru încărcare pneumatică sau cu sisteme mecanice de descărcare

Fig 2.1. Canal pentru aerare practicat în pardoseală. 1 – pardoseală din beton; 2 – plăci de acoperire perforate confecţionate din tablă zincată; 3 – canale pentru aerare.

106

Gavril Bâlc

În magaziile (hambarele) dispuse pe orizontală se compartimentează spaţiile de depozitare cu pereţi mobili (Fig.2.2)executaţi din lemn sau profile metalice şi tablă zincată. Acest sistem asigură o folosire raţională a spaţiului şi uşurează executarea operaţiilor de aerare strict necesare păstrării calităţii cerealelor. Înălţimea panourilor de compartimentare este variabilă între 1,8 şi 3,6 m în funcţie de dimensiunile spaţiului şi de cerinţele produsului depozitat. Panourile realizate din tablă zincată profilată au înălţimea de 3…5 m şi nu utilizează bare de susţinere. Sistemul de pereţi mobili se poate utiliza şi pe platforme de beton acoperite sau în şoproane dând posibilitatea de a păstra mai multe categorii de cereale în aceeaşi zonă.

Fig. 2.2 Pereţi de compartimentare: 1 – panou; 2 – priză pentru aerare.

O magazie cu structură metalică dispusă pe orizontală cu un înalt grad de mecanizare este prezentată în figura 2.3. Magazia 6 are o structură metalică modulată şi demontabilă. Alimentarea cu produse se face pe la partea superioară prin intermediul subansamblelor 1, 2, 3, şi 4 (Fig. 2.3). Descărcarea şi încărcarea produselor în mijloace de transport se poate face prin dispozitive pneumatice prin intermediul prizei de aer cu care este prevăzută magazia.

Depozitarea produselor agricole

107

Fig. 2.3. Magazie dispusă pe orizontală cu alimentare şi golire mecanizată. 1-gură alimentare; 2 – elevator; 3,4 – transportoare cu bandă; 5- sisteme de fixare pentru transportoare ; 6 – depozit.

2.1.2.

Depozite pe verticală sau silozuri.

Aceste depozite sunt constituite dintr-un ansamblu de construcţii pe verticală denumite celule, care pot fi unitare sau grupate, formând aşa zisele baterii. În secţiune, aceste celule pot avea diferite forme geometrice (Fig.2.4) şi pot fi aşezate în spaţiu după mai multe scheme. Celulele sunt construcţii din beton armat cu o înălţime de 30 m şi un diametru de 6,5…10 m, iar cele poligonale cu latura de 2,5 m. Silozurile (celulele) sunt prevăzute la partea inferioară cu pâlnii de golire, iar în partea superioară cu planşee pe care sunt amplasate utilajele de umplere. Integrate cu maşini de curăţit şi sortat, cu uscătoare şi instalaţii de transport formează un complex de condiţionare şi păstrare a produselor sub formă de boabe.

108

Gavril Bâlc

Fig.2.4 Scheme de aşezare a celulelor în baterii.

Acest sistem de depozite au avantajul că oferă posibilităţi de mecanizare şi control a tuturor operaţiunilor care le cere procesul tehnologic de păstrare, însă au dezavantajul că sunt construcţii fixe masive şi greoaie. Pentru funcţionarea la capacitate este nevoie de colectarea de cantităţi importante de cereale ceea ce duce la creşterea costurilor de producţie. Pentru eliminarea acestor neajunsuri şi pentru distribuirea mai bună în teritoriu a unităţilor de colectare a cerealelor s-au construit silozuri metalice rotunde sau pătrate din tablă zincată (Fig. 2.5) cu elemente verticale de rigidizare, existând tendinţe de renunţare la construcţiile masive din beton armat.

Fig 2.5 Silozuri rotunde din tablă zincată. 1 – corpul silozului; 2 – uşă de acces în siloz; 3 – racord priză aer; 4 – racord pentru umplere.

Depozitarea produselor agricole

109

Silozurile se construiesc pe picioare metalice sau direct pe fundaţie din beton, existând posibilitatea de a fi uşor strămutate. La partea superioară sunt tronconice şi acoperite pentru a putea fi montate în aer liber. Au înălţimi între 5 şi 20 m şi diametre între 1,78 m şi 15,15 m, iar capacitatea pe un siloz de 5 până la 78 tone. Montate sub formă de baterii ajung la o capacitate totală de 3000–5000 tone. Schema de funcţionare a unui siloz rotund, confecţionat din tablă zincată este prezentată în figura 2.6. Silozul poate fi alimentat pneumatic prin gura de alimentare 1 şi golit tot pneumatic cu un sistem mobil de acţionare (Fig. 4.4.). Este prevăzut cu un sistem de agitatoare 8 pentru amestecarea boabelor umede cu cele uscate, pentru reducerea presiunii statice şi pentru afânarea masei de boabe în scopul eficientizării sistemului de aerare. Pentru aerarea masei de boabe silozul este prevăzut pe conturul interior cu o reţea de ţevi perforate în legătură cu canalul principal de aer 7. Prin insuflarea de aer proaspăt sau uscat şi agitare cu mecanismele 8 se îmbunătăţeşte cu peste 30 % pătrunderea aerului în masa de boabe.

Fig. 2.6. Schema unui siloz rotund zincat. 1 – gură de alimentare; 2 –racord de golire; 3 – evacuare aer folosit; 4 – pereţi laterali; 5 – ţevi perforate; 6 – pardoseală; 7 – canal principal de aer; 8 – agitatoare; 9 – motor electric; 10-fundaţie.

110

Gavril Bâlc

Silozurile sunt prevăzute cu sisteme mecanice de descărcare şi încărcare. Schema de organizare a unui depozit modern cu celule de depozitare metalice este prezentată în figura 2.7. Celulele de depozitare 1…6, au forma şi structura prezentată în figura 2.6. Sunt amplasate pe o platformă betonată şi deservite de o platformă de depozitare provizorie a cerealelor PDA şi de o gamă întreagă de utilaje mobile ce concură la pregătirea produselor în vederea depozitării şi păstrării prin aerare şi răcire. O activitate utilă pentru cultivatorii de cereale este aceea de pregătire a produselor pentru depozitare şi păstrare fără a realiza investiţii individuale. Astfel se pot construi depozite complexe specializate care să deservească prin activităti prestatoare o anumită zonă.

PDA Fig. 2.7 Schema de organizare a unui depozit modern. 1 – 6 celule de depozitare; UM – uscător mobil; PDA – platformă de depozitare acoperită; TR – trior; MSP –maşină de curăţit şi sortat cu site plane; MSC – maşină de sortat cu site cilindrice; VM – ventilator mobil; A – prize pentru aerare; SF – staţie de frig; R prize pentru aer rece.

Un asemenea depozit pentru prelucrarea, uscarea şi livrarea cerealelor sub formă de boabe este prezentat schematic în figura 2.8.

Depozitarea produselor agricole

111

Fig 2.8 Depozit pentru prelucrarea, uscarea şi livrarea cerealelor sub forma de boabe.1 – recepţie; 2 – celule intermediare; 3 – celulă produs uscat;4 – uscătoare; 5- conducte de transport pneumatic; 6 – elevator; 7 – ciclon; 8, 9 mijloace de transport; 10 – containere.

Cerealele sunt aduse la punctul de recepţie 1, de unde sunt ridicate cu transportoare mecanice în celulele (silozuri) intermediare 2. Din silozurile 2 cu ajutorul sistemelor de transport pneumatic prin refulare cerealele ajung în uscătoarele 4, de unde sunt transferate în celule de stocaj intermediar şi livrare 3.

2.2. Depozitarea legumelor şi fructelor Organizarea depozitelor pentru păstrarea legumelor şi fructelor este în funcţie de metoda de păstrare.În acest sens sunt cunoscute mai multe metode, dintre care se amintesc: metoda păstrării cu ventilaţie; metoda păstrării prin frig; metoda păstrării în atmosferă controlată; metoda păstrării prin iradiere; metoda păstrării hipobarice. • Metoda păstrării prin ventilaţie, este specifică zonelor reci. Căldura, umiditatea şi bioxidul de carbon degajate în timpul respiraţiei legumelor şi fructelor depozitate sunt eliminate prin simpla ventilare cu aer rece. Această metodă se utilizează la păstrarea cartofilor şi cepei.

112

Gavril Bâlc

• Metoda păstrării prin frig, este cea mai des întâlnită. În cadrul acestor depozite (Fig. 2.9) sunt spaţii speciale pentru fiecare activitate cerută de tehnologia păstrării. Spaţiile ce trebuie amenajate într-un asemenea depozit este necesar să fie destinate pentru: primire mărfii; pregătirea în vederea depozitării (spaţiu tehnologic); coridor tehnologic; celule de depozitare; centrala de frig.

6 8

9

5

4

10 1

7 2

3

Fig. 2.9 Schema unei variante constructive de depozit pentru păstrarea legumelor şi fructelor prin frig. 1 – 6 celule; 7 – centrală de frig; 8 – spaţiu pentru primirea mărfii; 9 – spaţii tehnologice; 10 – coridor tehnologic.

Legumele şi fructele, după primirea în spaţiul 8, sunt curăţite, sortate şi ambalate folosind utilajele specializate amplasate în spaţiul 9, de unde prin coridorul tehnologic 10 se depozitează prin stivuire în celulele 1…6. Cu ajutorul frigului produs în centrala 7 se crează mediul necesar păstrării. Centrala de frig poate fi amplasată şi în exteriorul clădirii de unde fluidul frigorific secundar (etilen glicol) este pompat spre celule, care sunt deservite de câte un răcitor (ex. RAC-550). În cazul utilizării centralelor frigorifice cu circuit primar de răcire, amoniacul ca agentul frigorific nu părăseşte spaţiul centralei, ci preia căldura de la agentul frigorific secundar (etilen-glicol) care se întoarce dinspre celulele frigorifice. Datorită efectului dăunător al amoniacului pentru legume şi fructe se recomandă utilizarea ca agent de răcire secundar o soluţie de alcool etilic în concentraţie de 30 %. Funcţionarea unor instalaţii de frig cu care pot fi echipate depozitele de legume şi fructe este prezentată în cadrul capitolului 6. Răcitorul de aer carcasat este amplasat în partea superioară a celulei frigorifice. Aerul din celulă este aspirat pe la partea inferioară a răcitorului, prin tava de decongelare, prin bateria de răcire şi apoi refulat în celulă pe la partea superioară a acesteia prin canale special construite.

Depozitarea produselor agricole

113

Un lucru esenţial în funcţionarea unei asemenea celule este reglarea automată a temperaturii şi umidităţii relative în conformitate cu cerinţele produsului (Tabel 2.1). Reglarea temperaturii, se face cu un termostat bipoziţional montat în fiecare celulă. La creşterea temperaturii în celulă, termostatulcomandă un ventilator, care va realiza echilibrul termic. Cănd temperatura din mediul ambiant este mai scăzută decât cea din celula frigorifică, termostatul comandă punerea în funcţiune a bateriilor de încălzire şi un ventilator va asigura în incintă o temperatură de echilibru. Reglarea umidităţii relative se face în regim de umidificare (pentru fructe, rădăcinoase, vărzoase) sau în regim de uscare (pentru ceapă, usturoi, arpagic, etc.). În regim de umidificare un higrostat montat în instalaţie comandă umidificatoarele şi ventilatoarele care pulverizează apă peste produse. În regim de uscare, al doilea higrostat din instalaţie comandă intrarea în funcţiune a bateriei de răcire producând condensarea apei şi prin urmare uscarea aerului din celulă.

5.

4.

3.

2.

1.

Nr. crt.

gogoşari

Specificaţie graşi Temperatura în timpul +8 transportului [oC] Umiditatea relativă a aerului 90…95 în timpul transportului şi la păstrarea frigorifică [oC] Temperatura de +8… păstrare [oC] +10 Durata de păstrare cu 10…25 menţionarea calităţii [zile] Temperatura de 9…11 prerefrigerare o [ C] +10…+12

95

+11…+12

timpurii

12…14

1 5 … 10…15 40

lungi

Cartofi

* În funcţie de gradul de maturare se recomandă:

7…10

30…35

+6…+8

Ardei

Produsul

–

180… 220

0…-15

95…75

0…-15

primăvară

100… 130

toamnă

Usturoi

–

120… 180

0…+1

95…98

0…+5

Morcovi

–

7…28

8…15 *

85…95

8…18

Tomate

4…6 8…10

80… 85

–

5…8 9…12

6 0 … 1 8 0 7…10 ** 30… 60

0…+1

90…95

-

Varză

Pepeni galbeni *** 4…6 8…10

Tabelul 2.1

114 Gavril Bâlc

Depozitarea produselor agricole

115

-12…15 0C pentru recoltarea la gradul I de maturare; -10…12 0C pentru recoltarea la gradul II şi III; -8…10 0C pentru recoltarea la gradul IV; -Temperatura critică < + 8 0C şi punctul de îngheţ – 0.5 0C; -Grăbirea maturării: 18…20 0C; -Încetinirea ritmului de colorare +8….+10 0C. ** În funcţie de soi -varză albă:60…90 zile. - varză roşie: 90…120 zile; - destinată păstrării: 120…180 zile. ***Temperatura de transport şi păstrare 4…6 0C pentru soiuri timpurii Durata de păstrare: - 8…10 0C pentru soiuri semitârzii - 7…10 zile soiuri timpurii; - 30…60 zile soiuri semitârzii şi târzii. Pentru unele specii de legume, este importantă respectarea unor tehnologii în procesul de păstrare frigorifică pentru a se menţine la parametri de calitate superiori în momentul livrării spre consumator. Dintre produsele pretenţioase face parte şi usturoiul, a cărui condiţii de păstrare optimă sunt prezentate în tabelul 2.2. Tabelul 2.2. Nr. crt. 1. 2.

3.

4.

Faza tehnologică Zvântare uscare Răcire

şi

Păstrare: soiul de primăvară; - soiul de toamnă. Preîncălzire

Durata fazei [zile] 15

20…40

Umiditatea relativă a aerului [%] sub 75

7…10

20…0

sub 75

160…190 80…100

-1.5…0 -1.5…0

65…75 65…75

4…6 din 24 4…6 din 24

1…2

7…10

75…80

fără ventilaţie prin autoîncălzire

Temperatura [0C]

Durata şi regimul de ventilaţie [h] 12…20 din 24 15…20 din 24

116

Gavril Bâlc

• Metoda păstrării în atmosferă controlată, asigură păstrarea şi menţinerea calităţii legumelor şi fructelor. Temperatura din celulă este asigurată la cerinţele de păstrare a produsului, iar atmosfera este comparată pe baza datelor colectate de aparatură şi prelucrate de calculator cu cerinţele produsului respectiv.Astfel se poate interveni la creşterea conţinutului de azot (gaz inert), la scăderea conţinutului de oxigen sau la menţinerea într-un procent normal a conţinutului de CO2. Practic atmosfera controlată este un procedeu de dirijare a componenţilor mediului din celula de depozitare (O2, CO2,N2). Sunt cunoscute mai multe tipuri de atmosferă controlată: − tip I – amestec de 79 % N2, 12 % O2, 9 % CO2; − tip II – amestec de 92 % N2, 2 % O2, 6 % CO2; − tip III – amestec de 97 % N2, 1 % O2, 2 % CO2, în timp ce aerul are o compoziţie de 79 % N2 şi 21 % O2. În depozitele pentru păstrarea legumelor şi fructelor se recomandă atmosfera controlată de tip II. Reducerea conţinutului de oxigen din celulă la proporţia cerută se face cu ajutorul convertizoarelor de oxigen. Acestea funcţionează pe principiul combustiei catalitice a propanului fără flamă după ecuaţia : C3H8 + 5O = 3CO2 + 4 H2O

(2.1)

Cu ajutorul unei pompe se aspiră aerul din celulă şi se amestecă într-o proporţie corespunzătoare cu propan. Aerul preparat şi îmbunătăţit cu CO2 este trecut printr-un vaporizator şi adus la temperatura de 10 – 200 C, apoi pompat în celulă. Îmbunătăţirea aerului cu CO2 se face în aparate de absorbţie pe cale fizică sau chimică. Structura mediului şi durata de păstrare pentru câteva specii de fructe şi legume este prezentată în tabelul 2.3.

Depozitarea produselor agricole

117 Tabelul 2.3

Specia mere JONATHAN mere GOLDEN CEAPĂ TOMATE

Umiditatea relativă [%]

CO2 [%]

O [%]

Durata păstrare [zile]

4

90 – 92

2–5

3–4

170 – 250

2,5 0 12

90 – 92 70 – 75 85 - 95

3–4 0 3–4

3–4 1–2 3–4

200 - 300 180 – 200 7 – 28

Temperatura [0C]

de

Realizarea atmosferei controlate impune un anumit tip de depozit. Cele mai recomandate sunt construcţiile metalice izolate termic, care să menţină constantă umiditatea, temperatura şi compoziţia chimică a mediului din depozit. • Metoda păstrării prin iradiere, constă în oprirea încolţirii şi stoparea activităţii enzimatice din produs prin iradiere. Metoda s-a experimentat pe mere, cartofi, ceapă şi usturoi, însă s-a dovedit a fi neeficientă şi cu o degradare accentuată a structurii produsului. • Metoda de păstrare hipobarică, este o variantă a metodei de păstrare în atmosferă controlată. Procesul constă în reducerea presiunii aerului din celula de păstrare cu până la 10 % din cea normală. Aceasta presupune construcţii speciale cu influenţă mare în preţul de cost al păstrării şi implicit asupra produsului. Oricare ar fi metodele de păstrare şi structura depozitelor aferente, pentru buna funcţionare a activităţii, pe lângă spaţiile de depozitare sunt necesare construcţii anexe, dintre care se amintesc: - rampe auto şi acces la calea ferată pentru primirea şi livrarea produselor; - platforme tehnologice şi de parcare; - ateliere de întreţinere; - clădiri sau spaţii administrative, etc.

118

Gavril Bâlc

2.3. Depozitarea cartofilor. • Cerinţe impuse la depozitarea cartofilor: - aerisire în primele 3 zile, cu aer la temperatura de 18… 20 0C şi umiditate relativă φ= 80 – 85 %. - vindecarea rănilor superficiale în primele 10 –14 zile, la temperatura 0 de 15 C cu o aerare zilnică de 15 – 20 ore. - răcirea cartofilor, durează 20 – 40 zile cu o viteză de 0,5 – 1 0C/ zi cu ventilări în special nocturne. Pe măsura răcirii masei de cartofi se reduce durata de aerare de la 20 la 8 ore/zi. - Păstrarea propriu-zisă, poate dura 5 – 6 luni cu temperaturi de 2 – 4 0 C pentru cartofi de sămânţă şi 4 – 6 0C pentru cartofi destinaţi consumului. - încălzire treptată, timp de 1 – 21 zile până la temperatura mediului ambiant pentru cartofii care se scot din depozit pentru utilizare. În procesul de aerare a cartofilor diferenţa de temperatură între aerul introdus în celulă şi masa de cartofi nu trebuie să depăşească 2 0C. • Construcţia depozitelor pentru cartofi: Un depozit pentru cartofi (Fig. 2.10) poate avea o formă paralelipipedică cu o înălţime ce permite încărcarea în vrac a cartofilor într-un strat de 3,5 m. Clădirea poate fi construită din beton sau metal. Pentru realizarea parametrilor ceruţi de tehnologia de păstrare a cartofilor se recomandă depozitele pe orizontală din confecţii metalice.

Fig. 2.10 Schema unui depozit pentru păstrarea cartofilor. 1…4 – celule pentru depozitare; 5 – spaţiu tehnologic; 6 – prize pentru aer; 7 – canale pentru aer; 8 – evacuare aer. Canalul principal şi prizele de aer sunt în aşa fel realizate încât să permită ventilarea în cele trei sisteme (Fig. 2.11): - aerarea numai cu aer proaspăt;

Depozitarea produselor agricole

119

- aerarea cu aer proaspăt în amestec cu aer din încăpere; - aerarea numai cu aer din încăpere. Pentru realizarea unei ventilări uniforme în toată masa de cartofi canalele principale de aer se realizează în secţiune transversală de forma trapezoidală cu scăderea secţiunii pe măsură ce se îndepărtează de priza de aer.

a.

b.

c.

Fig. 2.11 Sisteme de ventilare a cartofilor: a – cu aer proaspăt; b – cu amestec de aer proaspăt şi aer din încăpere; c – cu aer din încăpere.

Alegerea ventilatoarelor şi proiectarea canalelor de aer se face cunoscând căldura q degajată de către masa de cartofi.

q = q0 ⋅ e kt ,[W/t]

(2.2) q0 este căldura degajată la [0C]; k – constantă; t – temperatura produsului [0C]. Pe durata păstrării cartofilor cantitatea de căldură degajată este: Qtot = q·m, [W] (2.3) unde m este masa cartofilor, în [t]. Umiditatea din celulă se măsoară cu higrostate electronice înregistrând valorile de la 20 % până la 100 % cu o precizie de 0,5 %. La valorile stabilite sunt comandate ventilatoarele şi ventilele electromagnetice de pe conductele de apă în vederea umectării mediului din celulă. Temperatura se reglează cu termostate montate în fiecare celulă. Ele comandă intrarea în funcţiune a ventilatoarelor care alimentează cu aer spaţiul din celulă până se atinge temperatura optimă necesară păstrării cartofilor.

unde

120

Gavril Bâlc

2.4. Depozitarea şi păstrarea furajelor

2.4.1.Consideraţii generale Abodarea acestui capitol va lua în considerare anumite tipuri de furaje utilizate în hrana animalelor după cum urmează : • furaje fibroase: făinuri, brichete şi granule de plante verzi deshidratate, făină preparată din fân sau alte furaje deshidratate; • furaje suculente: nutreţuri însilozate, semisilozuri, nutreţuri verzi, borhoturi, rădăcinoase, tuberculifere şi bostănoase; • furaje grosiere: paie de cereale, coceni de porumb, vreji şi plevuri; • furaje concentrate: concentrate cultivate( orz, porumb, ovăz, etc.), concentrate industriale, făinuri proteice de origine vegetală şi animală, spărturi de cereale; Unele problematici îşi vor găsi aplicabilitate şi pentru păstrarea şi stocarea furajelor din grupe speciale. Dintre acestea se amintesc: grupa substanţelor energetice, minerale, aditivi furajeri şi preparate furajere. Din grupele de furaje amintite mai sus, fânul şi celelalte furaje fibroase ca produse de bază în furajarea animalelor vor constitui obiectul principal în conţinutul capitolului.În funcţie de destinaţia fânului se recoltează două categorii de furaje : • furaje lungi; • furaje scurte. Furajele lungi şi scurte pot fi destinate atât pentru însilozare cât şi pentru fân. Furajul lung, este preferat pentru obţinerea fânului deoarece se pretează mai uşor la operaţiile de întoarcere, adunare, răvăşire, pentru uscarea naturală, totală sau parţială pe sol şi la operaţiile de încărcare, transport şi depozitare. Furajul scurt, este preferat pentru însilozare si pentru fân, dacă acesta urmează a se usca în instalaţii de uscare. În funcţie de destinaţie acesta poate fi transportat cu mare uşurinţă în instalaţii pneumatice. La recoltarea materialului verde umiditatea acestuia este de 80…85%. Reducerea procentului de umiditate la 40…45% se face prin uscarea naturală în câmp, lăsând materialul 1…2 zile sub formă de brazde, care pot fi răvăşite şi întoarse. În unele cazuri, acolo unde plantele au tulpini mai groase şi suculente, în timpul recoltării se strivesc cu dispozitive speciale ale maşinilor de recoltat.

Depozitarea produselor agricole

121

În acest fel are loc o uscare mai rapidă şi uniformă, reducând pierderile de frunze şi inflorescenţe prin suprauscare. Materialul adunat din câmp este transportat şi depozitat, unde se supune unei aerări intense, obţinându-se o umiditate de păstrare de 14..17%. Prin urmare la aerarea fânului se au în vedere câţiva factori dintre care se amintesc: • umiditatea fânului adus la şiră; • umiditatea relativă a aerului cu care se face aerarea; • temperatura fânului depozitat; • temperatura aerului cu care se face aerarea; • debitul de aer; • durata aerării.

2.4.2.Depozite pentru fân Depozitarea fânului se poate face astfel: în şire pe orizontală ( Fig.2.12); în stoguri pe verticală ( Fig.2.13); în baloţi stivuiţi în şoproane. La depozitare fânului în şire ( Fig.2.12) spaţiul se amenajează special sub formă dreptunghiulară cu acoperiş glisant în structură de materiale uşoare. • • •

Fig.2.12 Schema de principiu la depozitarea fânului în şire 1canal principal; 2- canal secundar; 3-dop de plastic; 4-canale verticale; 5-montanţi verticali; 6- acoperiş.

Între montanţii de susţinere a acoperişului la nivelul pardoselii se amenajează canalul principal 1, confecţionat din tablă zincată sau lemn şi prevăzut cu o priză de aer. Canalul principal 1 ,poate fi şi semiîngropat având o secţiune de 1000 x 1000 mm, iar în părţile superioare să fie asamblate canalele secundare 2 şi din acestea conductele verticale 4.

122

Gavril Bâlc

În conductele verticale 4 prevăzute cu orificii sunt marcate din loc în loc dopuri din material lemnos sau plastic care au o secţiune dreptunghiulară cu o parte conică. Pe măsură ce şira se clădeşte vor fi ridicate aceste dopuri până la poziţia eficientă. Înălţimea acoperişului 6 este reglabilă pe montanţii 5 în funcţie de cerinţe. Aerul insuflat de un ventilator axial mobil cuplat la priza conductei principale este trimis în masa de fân prin canalele orizontale şi verticale la un debit de până la 900 m3 aer/oră x tonă de fân. Sistemul din figura 2.12 poate fi şi un sistem deschis neacoperit la care materialul se aduce în reprize şi se depozitează în straturi succesive suprapuse. În aceste condiţii aerarea se realizează continuu. Pentru o aerare eficientă se recomandă clădirea fânului în şiră la o înălţime de 4…5 m. Instalaţia care asigură depozitarea fânului în stocuri pe verticală este prezentată în figura 2.13. Instalaţia este prevăzută cu patru stâlpi 2, dispuşi simetric într-un pătrat cu latura de 8…10 m, pe care glisează acoperişul 4 până la înălţimea de încărcare a fânului H, care se recomandă să nu depăşească 10 m. Aerul este insuflat în masa de fân cu o presiune de 50 mm col.H2O (490, 3325 Pa) de către un ventilator axial prin canalul principal 1 şi secundar 3. Dopul 5, activat printr-un sistem cu scripete asigură distribuirea aerului introdus până la înălţimea de încărcare a fânului

Fig.2.13. Schema de principiu a instalaţiei de depozitare a fânului pe verticală. 1-canal principal de aer; 2- stâlpi verticali; 3- canal vertical; 4- acoperiş; 5- dop reglabil; 6scripete.

Sortarea şi separarea produselor agricole

123

Cele două variante constructive de depozitare pot fi realizate şi cu pereţi laterali din panouri metalice sau plasă de sârmă.

2.4.3. Depozite pentru însilozarea furajelor Acest tip de depozite se realizează în două variante: de suprafaţă ; îngropate. Depozitele de suprafaţă au o formă paralelipipedică şi sunt prevăzute cu pereţi din beton pe trei laturi, dimensionate în aşa fel ca să reziste la presiunea de tasare din perioada de însilozare. Depozitele îngropate au forme paralelipipedice şi se realizează sub nivelul solului din beton la adâncimi dependente de cerinţele de procesare şi păstrare, dar de cele mai multe ori nu mai adânci de 2 m. Aceste două variante de silozuri se pot construi cu acoperiş sau fără acoperiş, variantă în care produsul protejează la partea superioară cu paie şi folie. • •

2.4.4. Depozite pentru fânul balotat Sunt construcţii de tipul unor şoproane acoperite, având formă paralelipipedică, cilindrică etc. Se construiesc în aşa fel, încât să asigure încărcarea şi descărcarea cu mijloace mecanice. Aceste spaţii pot fi prevăzute cu sisteme de aerare forţată când sunt de tipul închise sau cu aerare naturală în varianta deschise (fără pereţi laterali).

3. CONDIŢIONAREA ŞI PĂSTRAREA PRODUSELOR AGRICOLE

3.1 Consideraţii generale Pentru păstrarea corespunzătoare în depozite dispuse pe orizontală şi verticală, este necesar ca produsele agricole să fie supuse unui proces de condiţionare permanentă.Operaţiile tehnologice necesar a se efectua în procesul de condiţionare sunt: − aerarea; − uscarea: − refrigerarea. Dintre produsele agricole cele mai pretenţioase la procesul de păstrarea sunt cele sub formă de boabe, legumele, fructele şi fânul.Abordarea procesului de condiţionare a lor este direct legat de cunoaşterea proprietăţilor şi caracteristicilor fizico-chimice.Dintre cele mai importante proprietăţi ale seminţelor necesar a fi cunoscute în procesul de condiţionare sunt: − capacitatea de curgere; − porozitatea; − sorbţiunea; − higroscopicitatea; − densitatea masei de seminţe; − autosortarea; − termoconductibilitatea; − chemosorbţia; − respiraţia. • Capacitatea de curgere, este proprietatea unei mase de seminţe (boabe) de a se deplasa pe un plan înclinat şi de a se aşeza sub un anumit unghi faţă de orizontala denumit unghiul taluzului natural. Valoarea unghiului de taluz natural este influenţată de starea suprafeţei boabelor, de forma boabelor, de frecarea în masa de seminţe, de umiditate, conţinutul şi natura corpurilor străine. În tabelul 3.1 sunt prezentate valorile unghiului de taluz natural θ pentru câteva produse în funcţie de unghiul de frecare φ, şi coeficientul de frecare μ.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

Natura boabelor grâu orz ovăz

Unghiul de frecare φ 16o30` 17o 15o30`

125

Tabelul 3.1 Coeficientul de Unghiul de taluz frecare μ natural θ 39 0.296 38 0.305 36 0.277

Ridicarea conţinutului de umiditate U, în masa de boabe duce la reducerea capacităţii de curgere a seminţelor. Valorile unghiului de taluz natural θ în funcţie de umiditate sunt prezentate în tabelul 3.2. Tabelul 3.2 Natura boabelor Umiditatea U,[%] Unghiul de taluz natural θ [o] 15.3 30 grâu 22.1 38 11.9 28 orz 17.8 32 14.6 32 ovăz 20.7 41 • Porozitatea p, este raportul dintre volumul spaţiilor intergranulare şi volumul total V, ocupat de masa de boabe, adică:

V −v ⋅ 100, [%] V în care v este volumul masei de boabe. p=

(3.1)

Cunoaşterea porozităţii produselor este un factor esenţial în aerarea şi uscarea produselor. Ea ajută la alegerea ventilatoarelor, la stabilirea duratei de ventilare, la întocmirea bilanţului termic al procesului de uscare, etc..Valorile medii ale porozităţii sunt date în tabelul 3.3 Tabelul 3.3 Produsul Porozitatea, p [%] grâu 35…45 orz 45…55 ovãz 50…70 • Sorbţiunea seminţelor, este proprietatea de a absorbi apă sau gaze din mediul înconjurător datorită structurii capilar–poroasă a acestora. Absorbţia apei are loc până când se stabileşte un echilibru dinamic între presiunea

126

Gavril Bâlc

vaporilor de apă din vasele capilare ale seminţelor şi presiunea vaporilor de apă din mediul înconjurător. Această stare se numeşte echilibru higroscopic. • Higroscopicitatea, este proprietatea seminţelor de a absorbi umiditatea din aerul umed şi al reda mediului înconjurător mai uscat. Umiditatea la care încetează schimbul între boabe şi mediul înconjurător se numeşte umiditate de echilibru (Tabelul 3.4). Tabelul 3.4 Temperatura şi valorile umidităţii de echilibru [oC] Umiditatea relativă -10 -5 0 16…20 20…25 a aerului [%] 40 60 80

13.34 15.46 18.25

12.78 13.82 17.67

12.36 13.68 17.45

10.75 12.92 16.83

9.76 12.72 -

• Densitatea masei de seminţe D, reprezintă raportul dintre volumul masei de boabe şi volumul total (inclus spaţiul intergranular) ocupat de masa de boabe V.

D=

v ⋅ 100 , [%]. V

(3.2)

• Autosortarea, reprezintă proprietatea masei de boabe aflată în mişcare, de a se aşeza în straturi după mărimea, forma şi greutatea componentelor din amestec. Apariţia acestui fenomen poate fi evitată la umplerea celulelor de siloz prin montarea de conuri de împrăştiere. • Termoconductibilitatea, este proprietatea de a transfera căldura de la un corp solid la altul. Transferul de căldură se face prin convecţie, conductibilitate calorică şi iradiere calorică. Datorită faptului că boabele sunt rele conducătoare de căldură, la depozitarea lor în volume mari, vor menţine în zona centrală un timp mai îndelungat căldura, care poate degrada masa de boabe prin încingere. Acest lucru determină specialiştii să ia măsuri pentru condiţionarea produselor sub formă de boabe în silozuri încă din prima zi de depozitare. • Chemosorbţia, este proprietatea seminţelor de a absorbi gazele şi vaporii de apă şi de a produce reacţii care să determine modificări chimice structurale. Prin acest fenomen produsele sub formă de boabe care vin în contact cu mirosuri străine se pot deprecia uşor.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

127

• Respiraţia, este un proces fiziologic care se datorează comportării seminţelor ca un organism viu, asigurându-şi energia necesară întreţinerii vieţii prin procesele de oxidare a hirocarburilor. O caracteristică importantă a respiraţiei este intensitatea respiraţiei, care poate fi influenţă de: − umiditatea din masa de produs; − temperatura din masa de produs; − însuşirile botanice ale speciilor de seminţe; − integritatea fizică a produsului; − gradul de maturizare; − raportul O2 şi CO2, din masa de produs, etc.; În timpul procesului respirator de oxidare a glucozei şi după acesta în masa de produs au loc următoarele fenomene: − creşterea temperaturii în masa de boabe şi apariţia fenomenului de încingere; − creşterea umidităţii; − reducerea oxigenului şi creşterea CO2; − pierderea în greutate şi degradarea produsului; − încolţirea seminţelor. Influenţa umidităţii asupra procesului de respiraţie se poate exprima prin coeficientul de respiraţie Cr.

Cr =

Q2 [%]. CO2

(3.3)

Odată cu creşterea umidităţii în masa de boabe creşte şi coeficientul de respiraţie Cr (Tabelul 3.5). Tabelul 3.5 Cantităţi la 100g substanţă uscată Umiditatea, U O2 substanţă în CO2 degajat în 24 Cr [%] 24 ore ore 14 0.07 0.27 0.26 21 1.37 17.19 13.04

128

Gavril Bâlc

3.2 Aerarea produselor agricole Ca efect al proceselor fiziologice care au loc în masa de boabe, în timpul procesului de depozitare, este necesar a lua măsuri de eliminare din masa de boabe a umidităţii şi de păstrare cel puţin parţial a CO2. Metoda folosită în acest scop se numeşte aerare. Prin aerare se realimentează spaţiul intergranular cu aer proaspăt, prin care însă începe un nou proces de respiraţie, de aceea procesul de aerare trebuie susţinut pe toată durata de păstrare a cerealelor.

3.2.1 Bazele teoretice ale aerării produselor agricole sub formă de boabe Schimbul de aer din spaţiul intergranular este un proces care trebuie să se desfăşoare controlat, pentru a obţine accelerarea procesului de păstrare, reducerea umidităţii, împiedicarea încingerii sau răcirea produsului. În literatura de specialitate sunt cunoscute diferite procedee prin care se stabileşte începerea şi durata aerării.Un procedeu cunoscut este folosirea aeronomogramelor (Fig.3.1) Din aeronomograme rezultă umiditatea de echilibru pe scala Ue până la care se recomandă efectuarea aerării. Valorile citite pe scările ta şi tu se marchează prin punctele 1 şi 2. Unind 1 cu 2 printr-o dreaptă care se prelungeşte până la intersecţia cu Ua se obţine valoarea acesteia marcată prin punctul 3. Măsurând temperatura masei de boabe se marchează pe scala tb cu punctul 4, care unit cu 3 printr-o dreaptă va determina la intersecţia cu scala umidităţii de echilibru o valoare Ue, , notată prin punctul 5. În cazul procesului de aerare este foarte important a se cunoaşte momentul intervenţiei şi cât să dureze intervenţia. Dacă umiditatea relativă a aerului este ridicată eficienţa aerării este scăzută. Prin urmare pentru o eficienţă sporită a procesului de aerare, experienţele au dovedit că este necesar a se îndeplini cel puţin două condiţii: temperatura aerului folosit să fie mai mică decât temperatura produsului cu cel puţin 5 % şi umiditatea relativă scăzută. În acest caz aerul se încarcă mai bine cu apa degajată de produse la respiraţie şi astfel se obţine o eficienţă sporită a aerării. Umiditatea de echilibru obţinută pe aeronomograme (Fig.3.1) este o valoare de echilibru între umiditatea agentului folosit la aerare şi umiditatea procesului. În acest moment este necesar a înceta schimbul de umiditate(aerarea) deoarece boabele, datorită fenomenului de higroscopicitate

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

129

ar putea absorbi umiditate din agentul de uscare şi ar accentua fenomenul de degradare al produsului.

Fig.3.1 Aeronomograme. ta –temperatură aer uscat; tu –temperatura aer umed; ua –umiditatea absolută; tb –temperatura masei de boabe; ue –umiditatea de echilibru.

Aeronomogramele pot fi folosite, cu caracteristica corespunzătoare atât când taer ≥ 0 0C cât şi când taer < 0 0C. Pentru asigurarea unei aerări eficiente este necesar să se stabilească şi numărul schimburilor de aer N cu relaţia:

N=

24 ⋅ Q , [schimburi/zi] P

(3.4)

în care Q este debitul de aer al ventilatorului,în [m3/h]; P – porozitatea produsului. Practica activităţilor în acest domeniu arată că o instalaţie de aerare trebuie să asigure circa 1500 schimburi de aer/zi în spaţiul intergranular al produselor depozitate. În cazul unei aerări îndelungate se constată o reducere a umidităţii masei de boabe cu circa 1…2 % fără a realiza o uscare propriu-zisă . Alegerea ventilatorului în dimensionarea unei instalaţii de aerare este o problemă esenţială. Metoda de calcul şi tehnica alegerii este cea prezentată la punctul 3.2.5. În practica aerării produselor există diagrame cu ajutorul cărora în funcţie de umiditate, de temperatura cu care trebuie să scadă produsul şi de temperatura agentului de uscare se poate determina consumul specific de aer (Fig.3.2).

130

Gavril Bâlc

Fig.3.2 Diagramă pentru obţinerea consumului specific de aer.

Din diagrama prezentată în figura 3.2, rezultă că la o diferenţă de temperatură a agentului de aerare ΔT1 şi o umiditate U2, cu un debit de aer q (m3/h tonă) poate scădea temperatura produsului supus aerării la Δt1. În baza datelor din diagramă se poate dimensiona instalaţia în aşa fel încât ventilatoarele să fie folosite în reprize în diferite perioade ale zilei când umiditatea aerului este mai redusă.

3.2.2 Instalaţii de aerare a produselor sub formă de boabe în silozuri dispuse pe orizontală şi verticală Distribuţia aerului se face în reţele de conducte dispuse pe orizontală sau verticală în funcţie de tipul depozitului. • Reţeaua de conducte din depozite pe orizontală (magazii) se compune din conducte principale secundare 2 (Fig.3.3). p p1 şi conducte ú ( g )

Fig.3.3 Dispunerea reţelei de conducte pentru aerare în magaziile orizontale. 1– tronson principal; 2 – tronson secundar; 3 – suporţi din lemn pentru conducte.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

131

Profilul conductelor din tronsonul principal şi dimensiunile acestora în cazul utilizării într-o magazie de 5000 tone sunt prezentate în figura 3.4.

Fig.3.4 Profilul conductelor din tronsonul principal

Profilul tronsonului principal este triunghiular, iar elementele se pot asambla cap la cap în funcţie de necesităţi şi dimensiunile reţelei de aerare. Pe tronsoanele laterale sunt prevăzute ramificaţii, astfel încât să poată fi racordate tronsoanele secundare (Fig.3.5).

Fig.3.5 Profilul conductelor din tronsonul secundar

La proiectarea reţelei de conducte şi a instalaţiilor aferente se recomandă ca viteza aerului în tronsonul principal în secţiunea de racordare să fie 10 m/s, urmând ca acesta să se micşoreze treptat în canalele secundare la 2 m/s, iar la trecerea materialului în spaţiul integranular să fie 0,1 m/s.

132

Gavril Bâlc

În etapa actuală se utilizează şi alte sisteme de distribuţie mai ieftine şi eficiente, cu consum de material redus. Sistemul (Fig.3.6) utilizează grinzi uşoare din lemn care au rolul de a susţine conductele de distribuţie din tablă şi de a asigura loc pentru evacuarea aerului din conductă. Forma conductei din tablă permite folosirea unei table subţiri care rezistă la sarcina exercitată de coloana de material cu înălţimea de până la 5 m.

Fig.3.6 Reţea pentru aerare din lemn şi metal: 1 – grinzi din lemn; 2 – conductă din tablă.

• Depozite pe verticală În grupa depozitelor pe verticală sunt cunoscute mai multe variante constructive : - fixe din beton armat; - fixe din construcţie metalică, cu posibilităţi de demontare şi reamplasare. Depozitele fixe din beton armat pe verticală sunt construcţii clasice greoaie cu înălţimi H = 20 m şi H = 50 m. În aceste condiţii se iau măsuri de realizare a unor reţele de conducte sau sisteme mobile pentru: - controlul umidităţii; - controlul temperaturii din siloz; - aerarea în spaţiu intergranular. Asemenea sisteme de depozitare cuprind baterii de celule care sunt prevăzute cu un sistem de insuflare a aerului de la un singur ventilator printr-o reţea de conducte (Fig.3.7).

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

133

Fig.3.7 Sisteme de control şi aerare în celule dispuse pe verticală. 1 – canal principal; 2 – celule c1…cn; 3 – conductă pentru aer; 4 – conductă de colectare a aerului folosit; 5 – conducte secundare; 6 – conducte secundare pentru aer folosit.

În fiecare celulă se găsesc două reţele de distribuţie: - reţeaua de aer proaspăt, care cuprinde canalul principal 1, conducta principală de aer proaspăt dispusă pe verticala silozului (generatoarea cilindrului) şi reţeaua de distribuţie secundară 5, dispusă în plan orizontal pe pereţii interiori ai silozului. - reţeaua de aer folosit, care cuprinde conducta principală de colectare 4 dispusă pe verticală, conductele secundare 6, dispuse sub aceeaşi formă şi intercalate cu conductele 5.Aerul folosit poate fi condiţionat în centrale speciale şi refolosit. Pe verticală din loc în loc se găsesc sonde speciale 5 pentru controlul temperaturii masei de boabe. Temperatura va indica permanent starea produselor depozitate. Instalaţia asigură aerarea totală a celulelor, însă poate să asigure şi aerarea parţială prin dirijarea parţială a aerului numai în anumite conducte conform cerinţelor. • Depozitele fixe din confecţii metalice (Fig.3.8) sunt cele mai eficiente şi solicitate de beneficiari. Din punct de vedere al aerării rezervorul 1 este prevăzut în partea centrală cu un tub perforat 4 prin care se trimite aer cald de la sursa 6 şi este limitat pe canal de dopul reglabil 2 în funcţie de nivelul încărcăturii. În acest fel se elimină pierderile de aer prin spaţiile neutilizate. Încărcătura unei asemenea celule nu depăşeşte 5…10 tone. Prin sistemul de încălzire a aerului cu rezistenţă (P ≈ 18 kW) se măreşte eficacitatea aerării.

134

Gavril Bâlc

Fig.3.8. Sisteme de aerare a depozitelor mijlocii din confecţii metalice. 1 – corpul silozului; 2 – dop de înălţime reglabilă; 3 – gură de umplere; 4 – tub central; 5 – fante pentru aer; 6 – sistem electric de încălzire a aerului; 7 – golire.

3.2.3 Utilizarea aerului rece pentru condiţionarea produselor sub formă de boabe Este cunoscut faptul că după recoltarea cerealelor şi în prima etapă a condiţionării şi depozitării temperatura şi umiditatea masei de boabe au valori mai ridicate. Pe măsura descreşterii acestor parametri atât respiraţia cât şi activitatea microorganismelor se reduce şi crează timp pentru asigurarea condiţiilor optime de păstrare. În această fază denumită faza intermediară este util să se intervină cu răcirea produsului, prin care se asigură o păstrare în condiţii de calitate bună timp de 30…40 zile. Schema bloc privind itinerarul produsului în faza de răcire este prezentată în figura 3.9. Faza de răcire asigură păstrarea produsului o perioadă nealterat, contribuind la susţinerea unui flux continuu în faza de uscare, respectiv condiţionare în funcţie de specia prelucrată. În funcţie de modul de introducere al aerului rece în masa de boabe sunt cunoscute două tipuri de instalaţii: - prin insuflare; - prin aspiraţie.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

135

Fig.3.9. Schema bloc a circulaţiei produsului pentru condiţionare cu utilizarea fazei de răcire.

• Instalaţiile prin insuflare, se folosesc la depozite cu H ≤ 20 m. iar cele prin aspiraţie la depozite cu H > 20 m. Schema de principiu a unei instalaţii de răcire prin insuflare este prezentată în figura 3.10.

Fig.3.10 Schema unei instalaţii de răcire a masei de boabe prin insuflare: 1 – ventilator; 2 – instalaţie frigorifică; 3 – conducte pentru aer rece;4 – depozit; 5 – gură de încărcare; 6 – evacuare aer.

Ventilatorul 1 aspiră aerul atmosferic şi-l trimite cu o presiune de 100…150 mmcolH2O în instalaţia frigorifică 2 şi apoi în reţeaua de conducte 3 a depozitului. Produsul este încărcat prin gura de încărcare 5 în depozitul 4. Aerul rece insuflat la o temperatură de ≈ 2 0C va parcurge masa de boabe şi va fi evacuat prin gura 6. În drumul său aerul rece va împărţi imaginar masa de boabe în trei zone: I – zonă nerăcită; II – zonă în curs de răcire; III – zonă

136

Gavril Bâlc

răcită. Pe măsură ce se consumă la procesare din materialul depozitat, fiecare bob va parcurge cele trei etape. În fiecare zonă temperatura şi umiditatea sunt controlate şi menţinute la parametri ceruţi de tehnologie. În zona de răcire temperatura produsului poate atinge 6…8 0C. În baza datelor despre temperatura şi umiditatea produsului din siloz se poate stabili cu ajutorul unor diagrame (Fig.3.11) numărul de zile Nz cât poate fi păstrat produsul.

Fig.3.11 Diagrama privind aprecierea timpului de păstrare a unui produs.tp – temperatura produsului ; P – umiditatea; Nz – numărul de zile de păstrare.

Instalaţia de răcire prin aspiraţie (Fig.3.12) se diferenţiază de cea prin insuflare prin faptul că ventilatorul este amplasat la partea superioară a celulelor de depozitare. Aerul rece produs în instalaţie de frig 1 la temperatura de 2 0C este aspirat de ventilatorul 3 prin masa de boabe pe care le va răci la temperatura de 6…8 0C. Instalaţiile mai frecvent utilizate sunt cele cu insuflare în baterii de celule confecţionate din materiale metalice. În aceste condiţii se pot utiliza grupuri de răcire (ventilator, instalaţie frigorifică) mobile, care mai pot avea şi alte destinaţii în fazele de repaus.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

137

Fig.3.12 Schema unei instalaţii de răcire prin aspiraţie. 1 – centrală frigorifică; 2 – celule de depozitare; 3 – ventilator.

3.2.4 Aerarea produselor sub formă de ştiuleţi Datorită faptului că se practică frecvent recoltarea porumbului sub formă de ştiuleţi s-au conceput sistemele de păstrare echipate cu instalaţii pentru aerare. O asemenea reţea cuprinde un canal central de aer 3 (Fig.3.30) respectiv 1 (Fig.3.13). Aerul produs de un ventilator mobil este trimis prin canalul central 1 spre cele 6 sau 12 baterii (pătule). Aerarea se efectuează cu intermitenţă numai în anumite perioade ale zilei . În varianta de realizare a pereţilor exteriori ai pătulului din plasă de sârmă aerarea este mai eficientă pe timp călduros şi fără ploi şi mai ineficientă şi costisitoare pe timp ploios şi umed, datorită higroscopicităţii produsului.

138

Gavril Bâlc

Fig.3.13 Instalaţia de aerare a unui pătul de porumb. 1canal central de aer;2- perete exterior;3-canal vertical de aer; 4 – gură pentru descărcare;5 – instalaţie pentru încărcarea produselor.

3.2.5. Aerarea furajelor Pentru păstrarea în mare măsură a complexului de vitamine pe care le conţin, furajele recoltate în perioada optimă, trebuie supuse unor procedee tehnice de tratare şi depozitare. Aceasta pentru că toate produsele recoltate se consideră organisme vii şi continuă să-şi trăiască viaţa, dând naştere unor fenomene caracteristice acestor organisme vii. Din activităţile ce caracterizează aceste organisme cea mai importantă este respiraţia, fenomen asemuit cu degajarea de CO2, H2O şi căldură, care rămâne în masa de furaje, dând naştere la procese chimice cu efecte directe în deprecierea lor. Datorită acestor motive după recoltarea furajelor destinate păstrării mai mult sau mai puţin îndelungată, sunt necesare unele măsuri tehnice, menite să înlăture deprecierea parţială sau totală a produsului. Dintre aceste măsuri tehnice mai cunoscute sunt două: − aerarea; − uscarea. Aerarea, este procedeul prin care se urmăreşte schimbarea aerului din spaţiul dintre elementele fânului, eliminând apa şi căldura care sau format în masa de fân oprind creşterea umidităţii şi încălzii continue a fânului. Prin aerare se elimină CO2 format ca urmare a consumului de oxigen din produs. Din acest motiv eliminarea CO2 nu este în favoarea micşorării intensităţii procesului de respiraţie. Prin aerare se obţine şi o uşoară scădere a umidităţii produsului fără însă a caracteriza sau defini un proces de uscare.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

139

Fânul depozitat în şire pe orizontală sau pe verticală pentru a putea fi supus procesului de aerare este necesar a îndeplini câteva condiţii: − umiditatea acestuia să nu depăşească 40%; − depozitarea să se facă în aşa fel încât să fie acces la prizele de aer ale depozitului; − volumul de fân depozitat să corespundă capacităţilor de aerare. Furajul fibros transportat din câmp şi depozitat cu o umiditate de până la 40%, pentru a putea fi păstrat o perioadă îndelungată este necesar a se transforma în fân, a cărui umiditate de păstrare este de 15%. Scăderea umidităţii până la această valoare se face numai prin aerare cu aer cald sau rece. În cazul fânului, schimbul de umiditate prin aerare se face atât de repede încât se poate vorbi de o uscare. Urmărirea procesului de uscare a fânului se face pe baza, izotermelor de absorbţie(fig.3.14.), care sunt trasate pentru diferite materiale.

Fig.3.14 Izotermele de absorbţie pentru graminee şi leguminoase .u - conţinutul de umiditate[%]; φ- umiditate relativă a aerului;1-graminee; 2- leguminoase;

Izotermele de absorbţie sunt valabile şi pentru uscarea altor produse şi se trasează pentru fiecare material în parte la temperatura obişnuită a mediului ambiant ( 20oC ). Ele arată că în anumite condiţii de umiditate relativă a aerului (ex. 50% sau 70% ) până la ce umiditate a produsului va avea loc schimbul de aer ( ex. U1 sau U2 ).

140

Gavril Bâlc

Fig 3.15 Diagrama t-x. x-continutul de umiditate al aerului φ umiditatea relativă; h- entalpia aerului.

Specialistul care urmăreşte procesul de aerare a fânului poate vedea condiţiile de umiditate a aerului folosit la aerare şi poate stabili durata aerării, respectiv uscării. De asemenea, poate stabili momentul opririi sau continuării procesului de uscare. Urmărirea procesului de schimbare de umiditate între aer şi produsul supus ventilării active se face pe baza diagramei t–x (Fig.3.15). Pentru a urmări procesul schimbului de umiditate dintre materialul supus aerării ( fân ) şi aerul propriuzis ( Fig.3.15 ) se consideră că se utilizează aer atmosferic cu umiditatea relativă φ = 60%, temperatura t = 16oC şi un conţinut iniţial de umiditate de x = 6 g apă/Kg. aer uscat. Introducând aerul prin ventilare, în masa de fân se va produce un proces adiabatic (schimbul de umiditate va avea loc la entalpie constantă) până când se ajunge la o umiditate relativă a aerului de 90%, ridicându-se conţinutul de umiditate al aerului la circa 8 g apă/Kg. aer uscat. În acest proces adiabatic aerul se răceşte până la 13oC, rezultând micşorarea cantităţii de apă din fânul supus aerării. Din punctul de vedere practic este important ca în timpul procesului de aerare a fânului să se realizeze un mare număr de schimburi de aer din spaţiul liber al masei de fân. Eficacitatea aerării este cu atât mai mare cu cât temperatura aerului introdus este mai mică şi cu cel puţin 5oC sub temperatura fânului depozitat.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

141

Pentru asigurarea unei aerării corespunzătoare, se recomandă ca la fiecare 2 m de clădire a fânului să fie asigurată o reţea de introducere a aerului în masa de fân. Ventilatoarele utilizate sunt cu debit mare şi presiune mică. Ele sunt de tipul axiale şi trebuie să asigure o presiune de circa 50 mm col. H2O (490, 3325 Pa). La alegerea ventilatoarelor pentru aerare se pleacă de la unele elemente cunoscute şi anume: − umiditatea indicată a fânului Ui, în [%]; − umiditatea finală a fânului Uf, în [%]; Considerând debitul masic de fân Gi, care se supune aerării în unitate de timp [Kg./oră], se poate calcula cantitatea de apă W, care se elimină din fân în timpul unei ore cu relaţia:

W=

Ui − U f 100 − U f

⋅ G,[

Kg_apa ] ora

(3.5)

Dacă se cunoaşte conţinutul iniţial de umiditate al aerului xi şi final xf se poate calcula diferenţa lor cu relaţia:

Δx = x f − xi ,[

g_ap ] Kg _ aer _ uscat

(3.6)

Cunoscând valorile W şi Δx se poate calcula debitul ventilatorului cu relaţia:

Qv = 103 ⋅

W Kg_aer ,[ ] Δx ora

(3.7)

Deoarece debitul Qv este teoretic, se consideră randamentul ηv = 0.6 şi apoi se calculează debitul total de aer Qtotal cu relaţia:

Qtot =

Qv Kg_aer ,[ ] ηv ora

(3.8)

În cadrul procesului de aerare a produselor agricole o problemă importantă o prezintă legarea ventilatoarelor.

142

Gavril Bâlc

Experimental [13] s-a constatat că la legarea a două ventilatoare în paralel (fig.3.16.), debitul creşte în timp ce presiunea statică pentru fiecare din cele două scade. Ps (Pa)

Qv (kg aer) oră

Fig.3.16. Variaţia presiunii statice şi debitului la legarea ventilatoarelor în paralel. 1-ventilator I;2-ventilator II; 3ventilatoare legate în paralel;

3.3. Uscarea produselor agricole 3.3.1 Proprietăţile produselor agricole supuse procesului de uscare Uscarea produselor agricole este procesul prin care se elimină o parte din umiditatea lor de natură liberă sau legată până la limita ce permite păstrarea fără depreciere. Uscarea produselor poate avea loc pe cale naturală şi artificială. Uscarea artificială este cea care impune atât cunoaşterea proprietăţilor fizice şi chimice ale boabelor de cereale cât şi ale agentului de uscare. Principalele proprietăţi ale produselor supuse uscării fără de care nu se poate urmări şi controla procesul de uscare sunt: • Umiditatea absolută Ua, care reprezintă raportul dintre greutatea apei W conţinută în masa de seminţe şi greutatea materialului uscat Gu, adică:

Ua =

W ⋅ 100 , [%] Gu

(3.9)

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

143

• Umiditatea relativă Ur, reprezintă raportul dintre greutatea apei W conţinută în masa de seminţe şi greutatea totală a materialului supus procesului de uscare şi se exprimă astfel:

Ur =

W ⋅100 , [%] Gu + W

(3.10)

În procesul de uscare fiecare produs se comportă diferit atât din punct de vedere al procesului de reducere a umidităţii cât şi din punct de vedere al proprietăţilor fizice. În cazul seminţelor greutatea volumică scade, căldura specifică scade, rezistenţa mecanică creşte, înrăutăţindu-se proprietăţile de măcinare, etc. Deşi mai multe produse la recoltare (mazăre, grâu, ovăz) au aceeaşi umiditate (23 %), în procesul de uscare la umiditatea pentru păstrare de 14 % se vor comporta diferit (Fig.3.17) la aceeaşi temperatură a agentului de uscare. Ovăzul având învelişul spongios se va usca mai repede, cu o durată mai mică a procesului de uscare în comparaţie cu mazărea, care va avea o durată a procesului de uscare mult mai mare datorită învelişului dur.

Fig. 3.17 Graficul comportării la uscare a unor produse agricole1-ovăz;2-grâu;3-mazăre

Prin urmare în funcţie de proprietăţile fizice ale boabelor se poate obţine o legătură între temperatura agentului de uscare şi durata uscării θ. Creşterea temperaturii nu este recomandată în orice situaţie deoarece poate diminua calitatea produsului şi poate diminua puterea de germinaţie în cazul boabelor destinate însămânţării.

144

Gavril Bâlc

• Coeficientul de elasticitate ε, reprezintă raportul dintre viteza după ciocnire v2, în căderea liberă a unui bob pe o suprafaţă dură (metal, beton, etc) şi viteza v1 înainte de ciocnire, adică:

ε=

v1 v2

(3.11)

Coeficientul de elasticitate are un rol deosebit în fenomenul de autosortare în momentul întâlnirii de către boabe a unei suprafeţe dure în timpul încărcării unor magazii (ex. pereţii acestora). Din această cauză descărcarea magaziilor sau silozurilor se face din mai multe puncte omogenizând, astfel masa de boabe. Fenomenul de autosortare întrerupe funcţionarea normală a unei instalaţii de uscat şi determină formarea în masa de produs a unor zone cu umiditate ridicată.

3.3.2 Proprietăţile agentului de uscare • Agentul de uscare este un mediu care produce transformări ale proprietăţilor fizice şi chimice, ale masei de boabe supusă procesului de uscare. Agent de uscare poate fi aerul atmosferic curat sau aerul atmosferic în amestec cu gaze de ardere. • Aerul atmosferic, utilizat ca agent de uscare conţine vapori de apă exprimaţi sub formă de umiditate relativă, sau absolută. Gazele componente principale ale aerului atmosferic curat şi uscat sunt azotul şi oxigenul însoţite de un amestec de gaze matematic neglijabile (Tab.3.6). Tabelul 3.6 Gaze componente Masa molară, M Denumire [kg/lmol] Azot 28.013 Oxigen 32.000 Argon 39.944 Dioxid de carbon 44.010 Heliu 4.003 Neon

20.183

Hidrogen

2.016

Cripton

84.170

Xenon

131.300

Participaţii volumice [%] 78.09 20.95 0.93 0.03

Participaţii masice [%] 75.52 23.15 1.28 0.05

5.24 × 10-4

2 × 10-3

5.00 × 10-5

2 × 10-3

1.80 × 10-3 1.00 × 10-4

8.00 × 10-6

2 × 10-3 2 × 10-3 2 × 10-3

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole Radon

222.000

Ozon Aer uscat

48.000 28.97

6.00 × 10-13 1.00 × 10-6 100

145 2 × 10-3 2 × 10-3 100

De cele mai multe ori în natură aerul umed este impurificat cu substanţe chimice gazoase sau componente solide din mediul de condiţionare, ceea ce poate influenţa asupra proprietăţilor produselor. • Umiditatea relativă φ, reprezintă în procente raportul dintre greutatea vaporilor de apă γa conţinută într-un m3 de aer umed şi greutatea maximă când aerul este saturat γs cu vapori de apă conţinuţi într-un m3 de aer umed în aceleaşi condiţii de temperatură şi presiune.

ϕ=

γa ⋅100 ,[%] γs

(3.12)

Cu cât umiditatea relativă a aerului este mai redusă cu atât capacitatea de preluare a umidităţii din materialul supus uscării este mai mare. • Conţinutul de umiditate sau umiditatea absolută x reprezintă cantitatea de vapori de apă conţinută în agentul de uscare (aer umed sau amestec de aer umed şi gaze de ardere) în amestec cu un kilogram aer uscat. Se exprimă în [Kg vapori apă/kg aer uscat].

χ=

mv ma

⎡ kg_vapori_apa ⎤ ⎥ ⎣ kg_aer_uscat ⎦

,⎢

(3.13)

• Entalpia agentului de uscare H, reprezintă suma dintre entalpia aerului uscat Hu şi entalpia vaporilor de apă Hv. H = Hu + Hv ,[kJ] sau

(3.14) H = mu·hu+mv·hv ,[kJ] unde h este entalpia specifică a aerului umed în kJ/kg·aer·uscat. În funcţie de x entalpia specifică aerului umed se poate exprima cu relaţia h = ha + x·hv. • Entalpia specifică a aerului uscat hu, reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 kg aer uscat de la 0 0C la temperatura t 0C la presiune constantă. hu = Cpu·Δt, [kJ/kg·aer·uscat] în care Cpu este căldura specifică a aerului uscat [kg/Kg·K]

(3.15)

146

Gavril Bâlc Δt – diferenţa de temperatură, la p = ct. • Entalpia specifică a vaporilor de apă hv, se exprimă cu relaţia: (3.16) hv = rv + Cpv·t, [kJ/kg·vapori]

în care rv este căldura latentă a vaporilor de apă [kJ/kg] Cpv–căldura specifică masică a vaporilor de apă [kJ/kg·K] • Căldura specifică a aerului uscat Cpu, reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru ridicarea temperaturii unui kg de aer cu 1 0C. În calcule pentru Cpu şi Cpv se folosesc următoarele valori: Cpu = 1.006 [kJ/kg·K] pentru t = 0 0C…50 0C Cpv = 1.863 [kJ/kg·K] pentru t = 0 0C…75 0C • Volumul specific şi densitatea În conformitate cu ecuaţia de stare a gazului perfect volumul V ocupat de un kg de aer uscat este:

V = Ru unde:

T , p

(3.17)

Ru este constanta de gaz perfect, în [J/kg·K]; T – temperatura absolută, în [K]; p – presiunea, în [Pa]; iar densitatea ,

ρu =

p ⎡ Kg ⋅ aer_uscat ⎤ , ⎥⎦ m3 1 + x ⎢⎣

(3.18)

Volumul a X kilograme de vapori de apă este dat de relaţia:

T ⎡ m3 _aer_umed ⎤ , ⎢ ⎥ p ⎣ kg_aer_umed ⎦ x ⎡ kg vapori ⎤ iar densitatea ρ v = ⋅ p, ⎢ ⎥⎦ 1+ x m3 ⎣ Vx = x i Rv i

(3.19) (3.20)

• Presiunea agentului de uscare P, se compune din presiunea aerului uscat pau şi presiunea vaporilor de apă pva adică: p = pau + pva

(3.21)

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

147

Acest lucru este important deoarece capacitatea preluării umidităţii din material depinde numai de presiunea de vapori din agentul de uscare şi anume: (pva)agent de uscare < (pva)material supus uscării

(3.22)

x (kg/kg aer uscat)

Dependenţa dintre parametrii aerului umed este reprezentată grafic prin diagrama h – x, cunoscută şi sub denumirea de i-x (diagrama lui Mollier) (Fig.3.18)

Fig.3.18 Diagrama h – x . (Diagrama Molier pentru aer umed p=1 bar) Mollier

148

Gavril Bâlc

În funcţie de conţinutul de umiditate x şi entalpia aerului umed h se determină starea aerului umed prin temperatura t şi umiditatea relativă φ. Cunoscând t şi φ se pot determina ceilalţi parametri ai aerului umed folosind intersecţia liniilor sau interpolarea grafică.

3.3.3. Bazele teoretice ale procesului de uscare

3.3.3.1. Studiul parametrilor agentului de uscare şi a materialului supus uscării Studiul parametrilor de stare la uscarea unui produs se poate face prin urmărirea procesului de uscare prezentat schematic în figura 3.19. O asemenea instalaţie cuprinde o sursă pentru prepararea agentului de uscare în care aerul atmosferic este accesat la parametrii h0, x0, t0, φ0, şi iese la h1, x1, t1, l1, într-un amestec cu gaze de ardere în proporţie de 20:1 şi 30:1 spre compartimentul de uscare al instalaţiei.

Fig. 3.19 Schema de funcţionare a unei instalaţii de uscat cereale.

Materialul supus uscării având greutatea iniţială Gi şi umiditatea Ui este alimentat pe la partea superioară a uscătorului şi va parcurge cele cinci zone: − zona de preâncălzire I; − zona de uscare II; − zona de liniştire III; − zona de răcire IV; − zona de evacuare V.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

149

În compartimentul de uscare se schimbă parametrii de stare ai agentului de uscare, prin preluarea de umiditate şi cedarea de căldură, ieşind la valorile h2, x2, t2, φ2. În scopul măririi capacităţii de preluare a umidităţii, agentul de uscare se supune unei încălziri (Fig.3.20) fapt ce duce la modificarea parametrilor de stare după cum urmează: h0 < h1 şi x0 < x1, deoarece în timpul arderii se degajă şi vapori de apă care se adaugă conţinutului iniţial de umiditate al aerului atmosferic. Capacitatea de preluare a umidităţii de la materialul supus uscării este cu atât mai mare cu cât umiditatea relativă a agentului de uscare este mai mică. În faza 1 – 2, agentul de uscare vine în contact direct cu materialul supus uscării şi se produce schimbul de umiditate dorit. În acelaşi mod se poate urmări schimbarea parametrilor de stare în compartimentul de răcire corespunzător fazei: 0 – 3. Raportul între parametrii de stare corespunzători celor trei faze este prezentat în tabelul 3.7.

Fig. 3.20 Urmărirea parametrilor de stare pe diagrama h – x

Tabelul 3.7 Parametrii de stare Fazele 0–1 1–2 0–3

h

x

t

φ

h0 < h1 h 1> h2 h0 < h3

x0 < x1 x1 < x2 x0 < x3

t0 < t1 t1 > t2 t0 < t3

φ0 > φ1 φ1 < φ2 φ0 < φ3

În compartimentul de uscare (Fig.3.19) al uscătorului are loc procesul schimbului de umiditate până când se realizează un echilibru între presiunea

150

Gavril Bâlc

parţială a vaporilor de apă din agentul de uscare şi materialul supus uscării (Fig.3.21).

Fig. 3.21 Stabilirea temperaturii de echilibru la uscare.

Umidităţii de echilibru xe îi corespunde o temperatură a agentului uscător numită temperatură de echilibru te. În momentul introducerii agentului uscător în compartimentul de uscare, apa care se găseşte în materialul supus uscării are o anumită temperatură tiniţial < te, obţinută prin intersecţia φ = 100 % cu h1 = ct. Drept urmare se va constata o creştere a temperaturii apei din produs, care va lua treptat valorile t1, t2, t3, etc., urmând ca apa din straturile superficiale să se evapore. Umiditatea de echilibru xe a materialului supus uscării este în funcţie de umiditatea φ a aerului înconjurător. Variaţia conţinutului de umiditate de echilibru pentru o anumită temperatură în funcţie de umiditatea relativă a aerului se exprimă prin nişte curbe denumite izoterme de absorbţie (Fig. 3.22).

Fig. 3.22 Izotermele de absorbţie. 1 – grâu; 2 – orez.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

151

Din figura 3.22 rezultă că la o umiditate relativă a agentului de uscare de 42 %, produsul supus uscării va prelua o umiditate de 12 %. Cantitatea de umiditate conţinută de material în condiţii de echilibru cu aerul umed saturat (φ = 100 %) reprezintă umiditatea higroscopică. În literatura de specialitate se dau valori ale umidităţii de echilibru Ue (Tab.3.8) pentru unele produse agricole. Tabelul 3.8 φ [%] 0 20 40 60 80 100 Material C grâu 25 7.6 10.7 14 17 26.6 porumb 40 6.2 9.1 12 15 17.5 fân 30 6.1 7.8 8.7 12.7 – Datele din tabelul 3.8 permit urmărirea în sistemul de conducere a schimbului de umiditate şi stabilesc momentul în care s-a ajuns la valoarea dorită a schimbului. În cazul în care procesul de uscare este continuat şi după atingerea unei umidităţi necesare păstrării apare fenomenul suprauscării, care conduce la o depreciere a materialului. Cu ajutorul diagramei h-x folosind regula pârghiilor se pot determina parametrii de stare ai amestecului de aer şi gaze de ardere (Fig 3.23) .

Fig.3.23 Determinarea parametrilor agentului de uscare.

Amestecând cantitatea de aer m1 (kg)cu cantitatea de gaze de ardere m2 (kg),având parametrii x1 ,h1 respectiv x2, h2 se obţine pe diagrama h-x(fig.3.23) punctul M situat pe dreapta 1-2 denumită dreaptă de amestec. Din ecuaţiile de bilanţ masic, termic şi de umiditate rezultă:

152

Gavril Bâlc

n ⋅ h1 + h2 , n +1 n ⋅ x1 + x2 , xM = n +1

hM =

(3.23)

în care n este raportul de amestec (n = m1/m2). Punctul M împarte dreapta de amestec în două segmente l1 şi l2 care se găsesc cu masele m1 şi m2 în relaţia: l2∙m2 = l1∙m1 (3.24)

3.3.3.2. Analiza desfăşurării procesului de uscare.Fazele uscării Stabilirea valorilor parametrilor agentului de uscare depinde de forma de provenienţă a apei din materialul supus uscării. Sunt cunoscute trei forme de legare a apei: − fizico-chimică, ce cuprinde apa structurală şi legată prin absorbţie. − mecanică, corespunzătoare acumulării apei prin contact direct sau prin condensarea din aerul umed; − chimică, cu valori ridicate a energiei de legătură între apă şi material şi nu este luată în calcul în procesele de uscare. Analiza procesului de uscare se prezintă în diagrame în care se dau umiditatea U şi durata uscării θ.

Fig. 3.24 Analiza procesului de uscare .1-curba de uscare.

Curba de uscare este formată din mai multe puncte critice: K1,……. Ki (Fig3.24). Se constată că eliminarea umidităţii din material se realizează în

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

153

straturi superficiale foarte subţiri de grosimea unei molecule, punctele critice Ki apărând după eliminarea unui strat. Desfăşurarea proceselor de uscare a materialelor cuprinde trei faze, în care viteza de uscare suferă modificări diferite dependente de umiditatea materialului. În procesul de uscare al seminţelor de cereale, deoarece nu conţin umiditate liberă, se disting două faze (Fig. 3.24) corespunzător la două durate: • θ1 – faza I, în care eliminarea umidităţii se face foarte rapid şi cuprinde mai multe puncte critice K. • θ2 – faza II, caracterizată de un schimb tot mai lent de umiditate, cu o viteză de uscare accentuat scăzută până la punctul zero, când încetează procesul de uscare. Pentru a grăbi procesul de uscare în practică se iau unele măsuri, dintre care se amintesc: − mărirea capacităţii de preluare a umidităţii de către agentul uscător prin trecerea acestuia prin materiale absorbante cum ar fi silicagelul; − mărirea capacităţii de cedare – preluare a umidităţii la agentul uscător prin realizarea uscării în reprize. Această măsură este necesară deoarece în prima perioadă a uscării θ1 apare tendinţa de închidere a vaselor capilare, cu accentuarea în momentele când viteza de uscare creşte. Experienţele practice au arătat că pe măsură ce numărul de reprize creşte curba de uscare este mai favorabilă (Fig.3.25)

Fig. 3.25. Efectul creşterii reprizelor asupra procesului de uscare; 1 – uscare continuă; 2 – uscare în 8 reprize; 3 – uscare în 24 de reprize a câte 8 minute.

154

Gavril Bâlc

În cazul unei uscări continue durata de uscare până la umiditatea finală Uf este mare, la valoarea θ3 (curba 1. Fig.3.25). Dacă uscarea se întrerupe de mai multe ori se obţin timpi de uscare mai scurţi, adică θ1 < θ2 < θ3, cu situaţie mai favorabilă din punct de vedere a funcţionării uscătorului. Fazele uscării boabelor de seminţe sunt caracterizate prin două durate: • θ1 – durata fazei de uscare rapidă (ore); • θ2 – durata fazei de uscare lentă, (ore). Durata primei faze se poate calcula cu relaţia:

θ1 = Gu ⋅

U 0n − U mn 1000 , [ore] ⋅ 100 ( xi − x f ) ⋅ s ⋅ q

(3.25)

în care Gu este greutatea materialului uscat şi se calculează cu relaţia: Gu = Gi ⋅ unde:

100 − U 0 . 100

Gi – este greutatea iniţială a materialului, [kg] U0 – umiditatea materialului, [%]; Un – umiditatea netă, [%]; U0n – umiditatea iniţială netă, [%]; Umn – umiditatea netă la sfârşitul primei faze a uscării, [%]; Între umiditatea netă şi umiditatea absolută Ua există relaţia:

Ua U = 100 − U a n

Un Ua = 100 − U n

şi

(3.26)

⎡

kg apa ⎤ ⎥; ⎣ kg aer uscat ⎦

în care x este conţinutul de umiditate, ⎢

xI – conţinutul de umiditate iniţial; xf – conţinutul de umiditate final; S – secţiunea transversală a uscătorului, [m2]; q – consumul specific de agent de uscare (amestec de aer şi gaze de ardere), [kg/oră·m2].

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

155

dU

Continuând uscarea spre faza II viteza de uscare − descreşte şi se dQ caracterizează printr-o ecuaţie diferenţială de forma:

dU = − K ⋅ (U n − U en ) , dθ

(3.27)

în care K este coeficientul de uscare (Tab. 3.9); Uen – umiditatea netă de echilibru până la care teoretic se poate continua uscarea. Din relaţia 3.26 rezultă:

dU = − K ⋅ dθ , U − U en n

⎛ U n − U en ⎞ = − Kθ ln ⎜ n n ⎟ U − U e ⎠ ⎝ m

de unde:

(3.28)

Relaţia 3.28 se poate utiliza sub diferite forme la stabilirea duratei θ2 pentru a II – a fază de uscare. Scriind relaţia 3.28 sub forma:

U n − U en = e − Kθ n n Um −Ue

(3.29)

şi reprezentând-o grafic în funcţie de durata uscării folosind o scară logaritmică se obţine o dreaptă de forma y = m·x·+n (Fig.3.26)

Umiditatea relativă, [%]

Temperatura [0C]

50

35

Tabelul 2.9 Umiditatea Coeficientul de uscare K [%] 24 0.1 18 0.04 13 0.01

156

Gavril Bâlc

Fig. 3.26 Graficul pentru determinarea durata în faza a II-a de uscare.

3.3.4 Analiza procesului de uscare a boabelor depozitate în coloană Se consideră o coloană de material dintr-un depozit pe verticală de înălţime H, care se supune procesului de uscare cu un agent de uscare cu circulaţie de jos în sus (Fig.3.27)

Fig.3.27 Coloană de material depozitat pe verticală

În timpul procesului de uscare s-a constatat o reducere mai întâi a umidităţii în straturile inferioare şi succesiv în straturile superioare. Prin cercetări s-a constatat că un schimb rapid de umiditate se realizează până când stratul inferior din coloană ajunge la umiditate de echilibru Ue, în

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

157

timp ce stratul superior al coloanei are umiditatea iniţială U0. Din acest motiv se afirmă că durata pentru prima fază de uscare este timpul necesar pentru a reduce umiditatea stratului inferior la umiditatea de echilibru, în timp ce umiditatea stratului superior rămâne la umiditatea iniţială. În procesul de uscare este necesar a cunoaşte umiditatea Ux la înălţimea Hx a silozului după un timp tx. Aceste date se pot obţine prin măsurători directe la momentul tx ales sau cu ajutorul unor curbe denumite curbele lui Hukill. Curbele sunt cu caracter general utilizate cu condiţia ca pentru fiecare caz concret să fie trasate două scări suplimentare (Fig.3.28) şi anume: − scara timpului unitar, aşezată sub abscisa timpului împărţită în zece părţi; − scara umidităţii, aşezată pe ordonată. Conform teoriei lui Hukill timpul unitar este acea durată din timpul procesului de uscare în care umiditatea se reduce la jumătate. Ţinând seama şi de relaţia 3.29 se obţine:

e − Kθ u =

1 , 2

− Kθu = ln θu = −

1 2

1 1 ⋅ ln . K 2

(3.30)

Fig.3.28 Curbele lui Hukill

Pentru construcţia scării timpului unitar se parcurg următoarele etape: − se face calculul θu cu relaţia (3.30) utilizând tabelul 3.9;

158

Gavril Bâlc

−

se determină numărul timpilor unitari cu relaţia

θtot = ntu ; θu

− se împarte scara timpului unitar la numărul timpilor unitari. Pentru scara umidităţii, se pleacă de la umiditatea iniţială Uo cu care se duce produsul la uscare şi apoi se calculează umiditatea iniţială netă Uon cu relaţia:

U on =

Uo . 100 − U o

(3.31)

Ordinea operaţiilor necesar a fi parcurse pentru construcţia scării umidităţii este următoarea: − calculul greutăţii materialului uscat într-o oră (G material uscat / oră); − calculul greutăţii materialului uscat unitar (G material uscat unitar); − se determină greutatea totală iniţială Gtot iniţială; − se determină raportul Ha / Hx ce reprezintă curbele 1,2,3,4,5,…,n. Pentru determinarea factorului de adâncime Ha se porneşte de la faptul că greutatea materialului uscat în timpul unitar raportată la greutatea totală iniţială, este proporţională cu înălţimea stratului de material, adică:

H a Gmat uscat ⋅θu = , H Gtot initial

(3.32)

apoi − se stabileşte umiditatea iniţială Uon şi se fixează în poziţia de 100% pe scara umidităţii; − se determină umiditatea de echilibru din tabele şi se calculează Uen; − se construieşte scara liniară a umidităţii.

3.3.5. Metode de uscare Metodele de uscare se clasifică în funcţie de criteriul de obţinere, introducere şi transfer a căldurii în uscător. În conformitate cu aceste criterii se cunosc mai multe metode dintre care se amintesc: − metoda prin convecţie;

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole − − − − − −

159

metoda prin conducţie; cu radiaţii; prin curenţi de înaltă frecvenţă; prin fluidizare; în vid; cu ultrasunete (în câmp sonor). Uscarea prin convecţie, este procedeul prin care eliminarea umidităţii din materialul supus uscării se face prin contactul direct cu agentul de uscare (aer sau amestec cu gaze de ardere). În cazul utilizării gazelor de ardere proporţia de amestec cu aerul proaspăt este de 20:1. Datorită filtrării şi compoziţiei necorespunzătoare a gazelor de ardere există pericolul ca agentul de uscare să fie impurificat cu gudroane sau alte elemente producând boli în masa de produs. • Uscarea prin conducţie, se bazează pe principiul că materialul supus uscării primeşte căldura de la o suprafaţă încălzită prin contact direct cu acesta. • Uscarea cu radiaţii, se bazează pe trimiterea asupra materialului supus uscării de fluxuri de radiaţii infraroşii. Această metodă utilizează radianţi convectivi de tip lampă, metalici sau ceramici. Metoda permite folosirea temperaturilor de uscare ridicate, reducând la maximum durata de uscare. • Uscarea prin curenţi de înaltă frecvenţă, se bazează pe obţinerea căldurii din agentul de uscare prin transformarea energiei electrice. Este un procedeu eficient însă costisitor ceea ce face să fie mai puţin utilizat în practică. • Uscarea prin fluidizare, se bazează pe principiul aşezării materialului supus uscării pe grile de distribuţie (Fig.3.28), asupra cărora este trimis agentul de uscare. Fluidizarea necesită administrarea stratului de material cu o grosime corespunzătoare, care să permită introducerea agentului de uscare în aşa fel încât să producă o stare de semiplutire a boabelor în scopul evacuării mai uşor a umidităţii.

160

Gavril Bâlc

Fig.3.29 Schema de uscare prin fluidizare. 1– corp uscător; 2 – grile de distribuţie; 3 – alimentare agent de uscare; 4 – gura de umplere şi evacuare gaze;

În momentul fluidizării viteza medie a particulelor este nulă, iar distanţele parcurse pe verticală de către particule sunt egale. Aducerea materialului supus uscării într-o stare de fluidizare necesită administrarea acestuia în uscător la grosimi cărora le corespund viteze diferite ale agentului uscător (Fig.3.29).

Fig.3.30 Relaţia între grosimea stratului fluidizat şi viteza agentului de uscare.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

161

Parametrii necesari la uscarea grâului prin fluidizare, sunt prezentaţi în tabelul 3.10. Tabelul 3.10 Tabelul 3.10 (continuare) Produsul Produsul Specificaţie Grâu Specificaţie Grâu Grosimea stratului ,[mm]

900

Umiditatea materialului 16 la ieşire, [mm]

Temperatura materialului la intrare, [oC]

18

Temperatura agentului 64 de uscare la intrare, [oC]

Temperatura materialului la ieşire, [oC]

40

Temperatura agentului de uscare la ieşire, [oC]

24

Umiditatea materialului la intrare, [%]

20

Viteza agentului de uscare, [m/s]

0,9

Debitul gravimetric al 20 materialului, [kg/s] Uscarea prin fluidizare este o metodă de productivitate ridicată, consumuri specifice şi energetice reduse, asigură materialului o temperatură constantă şi necesită construcţie de dimensiuni reduse şi compacte. • Uscarea în vid, are la bază micşorarea presiunii aerului în care evaporarea apei din boabe se efectuează la temperaturi scăzute, căldura transmiţându-se prin contact. Dacă procesul de uscare se desfăşoară în vid la presiune p < 6,132 mbar (6132 Pa), procedeul se numeşte sublimare. Sublimarea presupune trecerea umidităţii din faza solidă (gheaţă) în faza de vapori, fără topire. Prin această metodă se dă posibilitatea pentru migrarea umidităţii din miez către învelişul bobului şi de aici în mediul înconjurător. Deşi metoda este eficientă din punct de vedere al uscării, este costisitoare în ce privesc consumurile energetice. • Uscarea cu ultrasunete, are loc printr-o excitaţie cu unde sonore a agentului de uscare,îmbunătăţind transferul de căldură către produsul supus uscării. Producerea de către undele sonore de presiuni, depresiuni şi prin urmare turbulenţa aerului determină creşterea diferenţei de presiune parţială

162

Gavril Bâlc

între vaporii de apă de la suprafaţa materialului şi agentul de uscare, precum şi a coeficientului de transfer masic.

3.3.6. Uscarea ştiuleţilor de porumb Procesul de uscare a ştiuleţilor de porumb are o caracteristică aparte datorită formei, structurii şi conţinutului de umiditate diferit în rahis faţă de boabe. Un uscător destinat ştiuleţilor de porumb (Fig.3.30) este compus din celule a căror parte inferioară este formată dintr-un planşeu înclinat şi perforat. Agentul de uscare este dirijat pe sub acest planşeu spre ştiuleţi ,care nu efectuează nici un fel de mişcare.

Fig.3.31 Schema unui uscător pentru ştiuleţii de porumb. 1 –instalaţie de preparat agent de uscare; 2 –ventilator; 3 –tunel pentru agentul de uscare; 4 –pardoseală înclinată; 5 –transportoare.

Eliminarea ştiuleţilor uscaţi se realizează prin alunecare pe planul înclinat 4 sub greutate proprie şi se colectează prin intermediul transportoarelor laterale 5. În timpul procesului de transfer de umiditate datorită rahisului, viteza de uscare are variaţii pe faze de uscare (Fig.3.31) conform curbei 3.

Fig.3.32. Diagrama procesului de uscare pentru porumbul ştiuleţi. 1 –umiditatea boabelor;2 –umiditatea rahisului; 3 –viteza de uscare.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

163

3.3.7. Uscătoare pentru cereale • Uscătoarele turn (Fig.3.32), sunt instalaţii fixe care funcţionează pe principiul convecţiei de căldură şi se utilizează în special pentru uscarea cerealelor boabe. Instalaţia turn se compune din coloana de uscare 1, formată din mai multe tronsoane grupate la rândul lor în zone tehnologice, arzătorul 2 şi camera de ardere 5, gurile de aspiraţie pentru aerul atmosferic 3, traseul gazelor de ardere 4 şi grupul de ventilatoare 6 şi 7 acţionate de motorul 8. Coloana de uscare cuprinde următoarele zone: − zona I –preâncălzirea materialului; − zona II –compartimentul de uscare; − zona III –compartimentul de liniştire; − zona IV –compartimentul de răcire.

Fig.3.33 Schema unei instalaţii turn pentru uscarea cerealelor. 1 –coloana de uscare; 2 –arzător; 3 –aer atmosferic; 4 –gaze de ardere; 5 –deflector; 6.7 –ventilatoare; 8 –motor electric.

Materialul ce urmează a fi supus uscării se încarcă pe la partea superioară a uscătorului cu greutatea iniţială Gi şi umiditatea iniţială Ui,

164

Gavril Bâlc

parcurge zonele coloanei de uscare şi iese din uscător la greutatea finală Gf şi umiditatea finală Uf. Acest tip de uscătoare sunt prevăzute cu posibilitatea de a recircula aerul din coloana de uscare. Un tronson din zona de uscare are în secţiune forma din figura 3.33 cu canale triunghiulare 1 prevăzute cu găuri, excepţie făcând tronsonul superior care are canale pline 2. Amestecul de aer proaspăt şi gaze dozat de nişte clapete este trimis de către ventilatorul 6 sub presiune pe la partea inferioară a canalelor triunghiulare şi va parcurge masa de boabe.

Fig.3.34 Tronson de urcare cu canale triunghiulare. 1 –perforate; 2 –pline.

După parcurgerea zonei de uscare, boabele sub greutate proprie ajung în zona de liniştire III şi apoi în zona de răcire, unde prin ventilatorul 7 se insuflă aer rece peste masa de boabe în contracurent şi se aduc la temperatura mediului ambiant. • Instalaţia de uscare tip coloană (Fig.3.34 ), se compune din gurile de alimentare 1, coloanele de uscare 2 (cuprind zona de preâncălzire I, zona de uscare II, zona de liniştire III şi zona de răcire IV), instalaţia de preparare a aerului cald 3 aşezată separat de uscător, ventilatoarele 4 şi 5.

Fig.3.35 Schema unei instalaţii de uscare tip coloană. 1 –gurile de alimentare; 2 –coloanele de uscare; 3 –instalaţie pentru preparat aer cald; 4,5 –ventilatoare.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

165

Instalaţia se caracterizează prin existenţa a două coloane de uscare dispuse paralel în care materialul supus uscării înaintează sub greutate proprie în funcţie de un dispozitiv de descărcare realizat la partea inferioară. Agentul de uscare este aspirat dinspre partea inferioară spre partea superioară în contra-curent cu masa de boabe realizând schimbul termic. Răcirea boabelor la temperatura mediului ambiant după parcurgerea zonei de liniştire se realizează prin aspiraţie de aer proaspăt cu ventilatorul 4. Încărcarea materialului în uscător se face cu elevatorul pe la partea superioară prin intermediul unui tarar (maşină de curăţit şi sortat cu site plane). Mărirea capacităţii de lucru a acestor tipuri de uscătoare se face prin adăugarea la partea superioară de tronsoane suplimentare. • Instalaţia de uscare prin convecţie tip tunel (Fig.3.35), se utilizează atât pentru uscarea boabelor cât şi pentru deshidratare legumelor şi fructelor. Instalaţia se compune din tunelul 1, prevăzut la partea interioară cu radiatorul 4, gurile de intrare şi ieşire a materialului 5, bateria de încălzire (sursă de aer cald) 2 şi ventilatorul 3.

Fig.3.36. Schema unui uscător tip tunel. 1 –tunel de uscare; 2 –baterie de încălzire; 3 –ventilator; 4 –radiator suplimentar; 5 –gurile de alimentare şi evacuare.

Materialul supus uscării vine în contact cu agentul de uscare la parametrii de intrare x1, h1, t1, φ1, realizează schimbul termic şi iese din uscător la parametrii finali xf, hf, tf, φf, cu valori modificate. Materialul supus uscării parcurge incinta uscătorului cu ajutorul unor mijloace diferite, dintre care cele mai uzuale sunt benzile sau cărucioarele. Circulaţia aerului poate fi echicurent sau în contra curent. • Uscătoarele cu bandă (Fig.3.37), sunt uscătoare de tip continuu. Agentul de uscare este introdus pe la partea inferioară la parametrii x1, h1, t1,

166

Gavril Bâlc

φ1, în timp ce materialul supus uscării intră în uscător la parametrii mi, ui, ti, şi este antrenat de benzile 2 spre partea inferioară a uscătorului.

Fig.3.37 Schema unui uscător cu bandă. 1 –corpul uscătorului; 2 –benzi transportoare; 3 –gură de alimentare; 4 –priză pentru agentul de uscare; 5 –evacuare material uscat; 6 –evacuare aer consumat.

După schimbul termic petrecut în incinta uscătorului, materialul uscat este evacuat prin gura 5 iar aerul consumat încărcat cu vapori de apă prin gura 6. • Uscătoare în pat fluidizant tip cameră cilindrică (Fig.3.38) Materialul ce urmează a fi supus uscării se deplasează pe grilele de distribuţie 2, în timp ce agentul de uscare produs de sursa 3 se distribuie prin insuflare cu presiune în masa de material din camera cilindrică 1.

Fig.3.38. Schema unui uscător in pat fluidizant tip cameră cilindrică. 1 –cameră cilindrică; 2 –grile de distribuţie; 3 – sursă pentru agent de uscare; 4 –alimentator cu melc; 5 –gură de golire material uscat; 6 –priză de aer uzat; 7 –ciclon; 8,10 –buncăr; 9 –filtru; ; A –material de bază uscat; B –material uşor; C –impurităţi de material uscat.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

167

Aerul uzat trece prin ciclonul 7, unde se separă de materialul uşor (spărturi, etc.) şi trece prin filtrul 9, de unde este evacuat în atmosferă sau recirculat. Impurităţile de material uscat (praf, particule fine, etc.) se depozitează în buncărul 10. • Uscător rotativ cu ultrasunete (Fig.3.39). Este realizat dintr-un tambur 1 fixat pe cadrul 2 şi antrenat de către mecanismul 8 cu turaţia cerută de procesul tehnologic printr-o coroană dinţată. Prin gura de alimentare mobilă 3 se face alimentarea unei şarje de material, după care se pune în mişcare toba perforată 1. Agentul de uscare este trimis în incinta tobei prin tubul 6 peste masa de material în mişcare, iar generatorul de ultrasunete 6 va produce unde acustice care vor genera o succesiune de zone de presiune şi depresiune, provocând o creştere a turbulenţei agentului de uscare. La sfârşitul perioadei de uscare aerul umed este evacuat prin gura de aer 4, iar boabele uscate prin tubulatura 7.

Fig.3.39. Uscător rotativ cu ultrasunete. 1 –tambur rotativ; 2 –cadru; 3 –gura de alimentare; 4 –evacuare aer; 5 –emiţător de ultrasunete; 6 –acces agent de uscare; 7 –gură de evacuare;

3.3.8. Calculul bilanţului de material şi termic al uscătoarelor 3.3.8.1. Calculul bilanţului de material al compartimentului de uscare Prin bilanţul de material se urmăreşte determinarea cantităţii de apă pierdută de materialul supus uscării la trecerea lui prin compartimentul de uscare al uscătorului, precum şi debitul de agent de uscare necesar acestui proces (Fig.3.40). Se consideră că materialul supus uscării intră în compartimentul de uscare cu greutatea iniţială mi(Kg/h), cu umiditatea iniţială Ui (%) şi temperatura iniţială ti (0C) şi iese din uscător cu valorile mf şi Uf.

168

Gavril Bâlc •

Cantitatea de apă W, eliminată de material într-o oră este:

w = mi − m f , [kg apă/h] (3.33) Pentru situaţia din figura 3.40 se pot scrie următoarele ecuaţii de bilanţ: - total: mi + L (l + xi) = mf + L(l + xf) ;

(3.34)

Uf Ui + lxi = m f + Lx f ; 100 100 100 − U f 100 − U i = mf .. - parţial în substanţă uscată: mi 100 100 - parţial în umiditate: mi

(3.35) (3.36)

II I III

Fig.3.40. Schema unei instalaţii de uscare cu datele necesare întocmirii bilanţului de material şi termic al compartimentului de uscare. I – preparare agent uscare; II – compartiment de uscare; III – compartiment de răcire

Ţinând seama de bilanţul parţial în substanţă uscată şi că substanţa uscată din material rămâne constantă în timpul procesului se obţine:

W = mi − mi

100 − U i , 100 − U f

(3.37)

Prin urmare, ţinând seama de relaţia 3.33 cantitatea de apă pierdută de material în timpul uscării este

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

W = mi − mi ⋅ sau

W = mi ⋅

169

100 − U i 100 − U f

Ui −U f 100 − U f

, [kg/h]

(3.38)

Introducând în relaţia (3.35) relaţia (3.37) şi ţinând seama de (3.38) se obţine necesarul de agent de uscare:

L=

1000 ⋅ W ,[Kg/h]; x f − xi

(3.39)

şi consumul specific de agent de uscare l cu relaţia:

l=

L 1000 ,[Kg agent/Kg apă] . = W X f − Xi

(3.40)

Cunoscând consumul specific de agent de uscare l se poate calcula consumul specific de căldură qcăld , necesar pentru a elimina 1 Kg apă din produsul supus uscării, cu relaţia: qcald = l (h1 –h2).

(3.41)

În mod similar se poate calcula şi bilanţul de material din compartimentul de răcire, considerând mărimile corespunzătoare.

3.3.8.2. Bilanţul termic al compartimentului de uscare Prin întocmirea bilanţului termic al compartimentului de uscare se obţine: • Randamentul uscării η, cu relaţia:

η=

Qu ⋅ 100 ,[%] Qtot

în care Qu este căldura utilă, [kJ/h]; Qtot căldura totală, [kJ/h]

(3.42)

170

Gavril Bâlc

Qtot = Qu + Qpierderi (3.43) Qpierderi = Q1 + Q2 + Q3, [kJ/h] (3.44) unde Q1 este căldura pierdută pentru încălzirea aerului uscat; Q2 – căldura pierdută pentru încălzirea vaporilor de apă din agentul de uscare, înainte ca acesta să ajungă în compartimentul de uscare; Q3 – căldura pierdută pentru încălzirea inutilă a întregului material Q1 = L·( h2aer uscat − h0aer uscat ) , [kJ/h] iar entalpia la o anumită fază este: h = haer uscat – hvap apa, [kJ/h] Q2 = L·( h1vap apa − h0vap apa ) , [kJ/h] Q3 = mi·cp·Δt,[kJ/h] în care mi este debitul masic de material; cp – căldura specifică, [J/kg·K] Δt – diferenţa de temperatură, [K] Căldura utilă Qu se calculează cu relaţia: Qu = L·( h2vap apa − h1vap apa ) , [kJ/h] • Debitul specific qsp se calculează cu relaţia

qsp =

Qtot ,[J/kg apă evacuată] W

(3.45)

(3.46) (3.47)

(3.48)

(3.49)

• Consumul specific de combustibil C ,se calculează cu relaţia:

C=

Qtot ,[kJ/h] λ

unde λ este puterea calorică a combustibilului în [kJ/kg].

(3.50)

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

171

3.4. Utilizarea frigului în procesul de condiţionare şi păstrare a produselor agricole

3.4.1. Consideraţii generale Efectele frigului se utilizează pe o scară largă, atât în preluarea primă şi păstrarea produselor agricole, cât şi în procesele tehnologice de obţinere şi păstrare a unor produse finite. În procesul tehnologic de păstrare a produselor, frigul se utilizează în depozite frigorifice şi în depozite cu atmosferă controlată. În majoritatea cazurilor se utilizează centrale frigorifice cu circuit primar de răcire, în care agentul frigorific este amoniacul şi cu circuit secundar de răcire, în care agentul frigorific secundar este o saramură, un lichid pe bază de etilen-glicol, etc. În cazul utilizării instalaţiei pentru depozite frigorifice, amoniacul nu depăşeşte spaţiul centralei frigorifice ,ci preia căldura de la agentul frigorific secundar, care este dirijat spre celulele depozitului şi asigură răcirea aerului vehiculat de ventilatoarele instalaţiilor de aer carcasat. La scăparea unor cantităţi mici de amoniac în spaţiul destinat legumelor şi fructelor, apare schimbarea culorii acestora şi înmuierea ţesuturilor. Dacă concentraţia în amoniac depăşeşte 0,8% se produc vătămări importante în masa de produse. Neutralizarea efectului produs de amoniac se face prin introducerea bioxidului de sulf în încăpere, urmată de o aerisire îndelungată. În cadrul staţiilor de producere a frigului sunt cunoscute instalaţii frigorifice cu o treaptă sau mai multe trepte de comprimare.

3.4.2 Principiul de funcţionare al unei instalaţii frigorifice cu o treaptă de comprimare. În figura 3.41 se prezintă o instalaţie frigorifică cu o treaptă de comprimare, utilizând ca agent frigorific primar amoniacul. În vaporizatorul V se introduce un fluid frigorific secundar, care circulă de la şi spre celulele frigorifice. Compresorul K, aspiră vaporii saturaţi uscaţi din separatorul de lichid SL şi-i refulează în stare supraâncălzită în condensatorul C, unde se răcesc şi apoi se condensează izoterm-izobar prin cedarea căldurii de supraîncălzire şi

172

Gavril Bâlc

condensare, unui agent de răcire (apă, aer). Lichidul trece în subrăcitorul SR unde, este subrăcit izobar şi apoi laminat izentalpic în ventilul de reglaj VR până la temperatura şi presiunea de vaporizare.

Fig.3.41. Schema unei instalaţii frigorifice cu o treaptă de comprimare

Amestecul de lichid şi vapori ajunge în separatorul de lichid SL, care îndeplineşte următoarele atribuţiuni: • separă vaporii de lichid, asigurând o funcţionare uscată compresorului şi alimentarea numai cu lichid a vaporizatorului V; • asigură funcţionarea în regim încărcat a vaporizatorului, fapt ce are influenţă asupra intensităţii schimbului de căldură . Din separatorul de lichid SL, lichidul ajunge în vaporizator, se vaporizează izoterm-izobar, preluând căldura de la mediul ce urmează a fi răcit sau de la agentul frigorific secundar. În figura 3.42 este prezentat ciclul teoretic de funcţionare al instalaţiei frigorifice cu o treaptă de comprimare.

Fig. 3.42. Ciclul unei instalaţii frigorifice cu o treaptă de comprimare. Transformările de stare la care este supus agentul frigorific primar.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

173

Pe porţiunea 1-2 are loc comprimarea vaporilor uscaţi, după aspiraţia din separatorul de lichid SL. Pe porţiunea 2 –2`–3, vaporii supraîncălziţi în condensator se răcesc izobar, transformându-se în lichid după un proces izoterm-izobar. Agentul frigorific lichefiat se răceşte în continuare pe porţiunea 3–3` în subrăcitor după o transformare izobară. Fluidul frigorific este laminat prin ventil după o transformare izentalpică până la temperatura şi presiunea de vaporizare din punctul 4. Valorile temperaturilor corespunzătoare condiţiilor normale de funcţionare sunt: • temperatura de vaporizare, tV = –10oC (–283 K); • temperatura de condensare, tC = +25oC (+298 K); • temperatura de subrăcire, tSR = + 15oC (+288 K). Raportul presiunilor din condensatorul pc şi pv din vaporizator corespunzător acestor temperaturi este pc / pv = 3,45.

3.4.3 Ciclul instalaţiilor frigorifice cu două trepte de comprimare În cadrul acestor instalaţii (Fig.3.43) vaporii agentului frigorific cu presiunea p1 obţinuţi în vaporizatorul 6 sunt aspiraţi de compresorul 1 şi comprimaţi adiabatic până la presiunea p`1 . Vaporii supraîncălziţi sunt trecuţi în răcitorul cu apă 3 şi răciţi izobar, după curba 1’–1”, de unde sunt aspiraţi de compresorul 2 şi comprimaţi până la presiunea p2

a. b. Fig.3.43 Principiul de funcţionare al unei instalaţii frigorifice cu două trepte de comprimare.a– schema de principiu; b– ciclul teoretic de funcţionare.

Procesele următoare sunt identice cu cele de la o instalaţie cu o singură treaptă de comprimare.

174

Gavril Bâlc

Comparând ciclul teoretic al celor două instalaţii, în cazul în care ambele funcţionează între aceleaşi limite de presiuni, rezultă: • temperatura finală a vaporilor comprimaţi se micşorează de la T2΄ la T2; • lucrul mecanic de comprimare se reduce cu valoarea suprafeţei 22’1’1”; • eficienţa frigorifică a instalaţiei cu două trepte de comprimare creşte: ' qo aria15' ⋅ S5' ⋅ S1 qo aria15 S5' ⋅ S1 ' ε = " = >εf = ' = (3.51) ' " aria111 23461 aria12'3461 l l " f

Dezavantajul acestui tip de instalaţie rezultă din faptul că, existând diferenţe mari între presiunea din vaporizator şi condensator, titlul vaporilor rezultaţi prin laminare creşte apreciabil, ceea ce conduce la reducerea capacităţi frigorifice.

3.4.4 Ciclul instalaţiilor frigorifice cu două trepte de comprimare şi cu două laminări În cadrul acestor instalaţii (Fig. 3.44) vaporii agentului frigorific cu presiunea p1 din vaporizatorul 8 sunt aspiraţi de către compresorul 1 şi comprimaţi adiabatic până la presiunea p’1. Răcirea intermediară în vaporizator se face cu lichid frigorific în recipientul 3 la saturaţie şi cu presiunea p1’. Răcirea vaporilor este izobară de la temperatura T1’ la T1”, ca urmare, o parte din lichidul existent în recipient se vaporizează.

Fig.3.44. Principiul de funcţionare al unei instalaţii frigorifice cu două trepte de comprimare şi cu două laminări. a –schema de principiu; b –ciclul teoretic de funcţionare.

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

175

3.4.5 Calculul necesarului de frig în funcţie de spaţiul frigorific şi modul de încărcare La montarea unei instalaţii frigorifice trebuie calculate cel puţin următoarele: − necesarul de frig din spaţiul de răcire în funcţie de dimensiunile lui şi încărcarea cu mărfuri; − puterea instalaţiei frigorifice; − puterea vaporizatoarelor.

3.4.5.1. Necesarul de frig din spaţiul de răcire Pentru menţinerea unei anumite temperaturi într-un spaţiu frigorific, pentru păstrarea unor mărfuri alterabile, trebuie avut în vedere următoarele: − pierderile de frig prin pereţi, plafon şi duşumeaua spaţiului respectiv Q1; − compensarea aportului de căldură introdusă odată cu mărfurile, Q2; − pierderile de frig prin vitrine, ferestre, etc., Q3; − pierderile de frig datorită deschiderii uşilor, respiraţiei oamenilor, diferitelor manipulări, etc., Q4; Pierderile de frig prin pereţi, se pot calcula cu relaţia:

Q1 = k ⋅ A ⋅ (t 2 − t1 ) , [kJ/h]

(3.52) unde, k este coeficientul de transmitere a căldurii în perete, în funcţie de natura şi grosimea stratului izolator. Este definit prin cantitatea de căldură transmisă printr-o suprafaţă de 1 m2 timp de o oră( kJ/m2 ). Diferenţa de temperatură între două feţe ale peretelui este de 1oC (Tabelul 3.11). A –suprafaţa pereţilor spaţiului frigorific,[m2]; t1 –temperatura dorită în spaţiul frigorific,[oC]; t2 –temperatura medie exterioară în sezonul cel mai călduros. Temperatura medie exterioară t2 se poate considera din date statistice oficiale, sau se poate calcula cu relaţia: t2 = 0.4∙tm+0.6∙tmax, (3.53) unde tm este temperatura medie lunară din zonă;

176

Gavril Bâlc tmax –temperatura maximă a zilei din cea mai lungă lună a anului.

Dacă celulele frigorifice sunt utilizate şi în perioada de vară sau în ţări preponderent calde, pe lângă pierderile de frig prin pereţi este necesar a se lua în calcul aportul de căldură prin pereţii celulei frigorifice sub acţiunea radiaţiei solare. Aportul de căldură introdusă odată cu mărfurile, se calculează cu relaţia: (3.54) Q2 = m∙c∙(t3 – t1), [kJ/h] în care m este masa mărfurilor, inclusiv ambalajelor introduse în spaţiul frigorific timp de o oră (se poate considera 100…150 Kg/m3 de spaţiu frigorific); c – căldura specifică a mărfurilor şi ambalajelor (c= 0.6…0.9kcal/ Kg∙grd); t3 –temperatura mărfurilor şi ambalajelor în momentul introducerii în spaţiul frigorific, [oC]. Tabelul 3.11 k Natura peretelui Izolaţie din plută expandată, într-un strat de 10 cm grosime. Izolaţie din plută expandată din două straturi, de 12 cm grosime. Izolaţie din plută expandată din două straturi, de 16 cm grosime. Izolaţie din plută expandată din două straturi, de 20 cm grosime sau în trei straturi de 18 cm. Izolaţie veche sau din alte materiale cu grosimi diferite.

kcal/m2h grd

kcal/m2h grd Pt. temp >110C

0.375

1.567

0.350

1.463

0.325

1.358

0.300

1.254

0.500

2.090

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

177

Pierderile de frig la ventilaţia celulelor, ferestre, etc., se pot calcula cu relaţia: Q3 = k1 ∙A1 (t2 – t1), [kJ/h]

(3.55)

în care k1 este coeficientul total de transmitere a căldurii prin ferestre (Tabel 3.12); A1 –suprafaţa ferestrelor (camerei, vitrinelor, etc.) Tabelul 3.12 k1 kcal/m2 h grd Natura ferestrelor kcal/m2h grd Pt. temp >120C 1.8 7.524 Pentru 3 rânduri de geamuri 2.7 11.285 Pentru 2 rânduri de geamuri 5.4 22.572 Pentru un rând de geamuri În cazul ventilării celulelor necesarul de frig se poate calcula cu relaţia: Q3 = n∙V∙ρ∙(ie - ic), [kJ/24 h] în care n este numărul de schimburi într-o celulă în 24 ore; V –volumul celulei,[m3]; ρ –densitatea aerului,[Kg/m3]; ie –entalpia aerului exterior,[kJ/Kg] la umiditatea φ = 65%; ic –entalpia aerului din celulă, [kJ/Kg];

(3.56)

Pierderile de frig datorită deschiderii uşilor, respiraţiei oamenilor, diferitelor manipulări, etc., se consideră în procent de 12…20% din suma pierderilor de căldură precedente, adică: Q4 = (Q1 + Q2 + Q3)(12 %…20 %) [Kg/24h] (3.57) Pierderile de frig Q4 se pot calcula şi cu ajutorul relaţiei: Q4 = Qe +Qm + Qr , [kJ/24 h] unde

(3.58)

Qe este necesarul de frig pentru exploatare; Qm – este necesarul de frig pentru înlăturarea căldurii produse de motoare; Qr – necesarul de frig pentru înlăturarea căldurii produse de procesul de respiraţie;

178

unde:

unde unde

Gavril Bâlc Valorile Qe, Qm şi Qr sunt date de expresiile: Qe = ξ ∙Q1 ,[kJ/zi] ξ = 0.1 pentru celule mari ξ = 0.4 pentru celule mici Qm = 6∙103 ∙Pe, [kJ/zi] Pe –este puterea motoarelor, în kW(CP). Qr = f∙(Qd,tp), [kJ/zi] Qd este căldura ce se degajă prin respiraţia produselor; tp –temperatura produselor din celula frigorifică.

(3.59)

(3.60) (3.61)

3.4.5.1. Puterea instalaţiei frigorifice Bilanţul energetic total al camerei frigorifice este dat de relaţia: Q = Q1 +Q2 + Q3 + Q4 (3.62) Capacitatea (puterea) agregatului frigorific se obţine considerând că acesta funcţionează 16 ore din 24. Prin urmare: P =

Q , [kJ/h] 16

(3.63)

Cunoscând mărimea depozitelor şi necesarul de frig (capacitatea agregatului frigorific) P se pot calcula următorii parametri: • Debitul masic de vapori Qm.

Qm =

P ,[kg/s] qm

(3.64)

unde qm este puterea frigorifică masică, în [J/Kg] şi are valoarea qm = i1 – i4 (Fig 3.41); • Debitul volumic de vapori aspiraţi de compresor Qv.

Qv =

P , [m3/s] qv

unde qv este puterea frigorifică volumică. Ţinând seama de figura 3.42, qv are valoarea:

(3.65)

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

qv =

i1 −i4 ,[J/m3] vm

179

(3.66)

unde i1 şi i4 sunt entalpia vaporilor fluidului frigorific la intrarea în compresor respectiv în separatorul de lichid, în [J/Kg]. Vm –volumul masic al vaporilor la intrarea în compresor, în [m3/Kg]. • Puterea teoretică necesară funcţionării compresorului: (3.67) Pt = Qm ∙ (i2 – i1), [W] în care Qm este debitul masic de vapori, în [kg/s]; i1 şi i2 – entalpia vaporilor fluidului frigorific la intrarea şi ieşirea din compresor, în [J/kg]. • Puterea termică a condensatorului Pc, reprezintă cantitatea de căldură evacuată prin condensator şi este dată de relaţia: Pc = Qm (i2 – i3) ,[W] (3.68) unde i2 şi i3 este entalpia vaporilor fluidului frigorific la intrarea respectiv ieşirea din condensator, în [J/kg]. • Cantitatea de căldură cedată de agentul frigorific în condensator Qc este dată de relaţia : Qc = kc∙Sc ∙Tmc, [W] (3.69) 2 unde kc este coeficientul de schimb termic, în [W/m K]; Sc - suprafaţa de schimb termic a condensatorului, în [m2] Tmc - diferenţa medie logaritmică de temperatură între fluidul care se condensează şi agentul de răcire din condensator.

ΔTmc =

ΔTmax − ΔTmin ,[ K ] ΔTmax 2.3 ⋅ lg ΔTmin

(3.70)

în care ΔTmax este diferenţa dintre temperatura celor două fluide la intrare în condensator; ΔTmin – diferenţa dintre temperatura celor două fluide la ieşirea din condensator (Fig.3.45). Cunoscând diferenţa dintre temperaturile celor două fluide la intrarea şi ieşirea din condensator (Fig. 3.45) se poate calcula ΔTmax şi ΔTmin.

180

Gavril Bâlc

Fig.3.45. Variaţia temperaturii în condensator

• Căldura preluată de agentul frigorific în vaporizator, se poate calcula cu relaţia: Qv = kv ∙ Sv ∙ΔTml, [W] (3.71) 2 în care kv este coeficientul de schimb termic, [W/m K]; Sv – suprafaţa vaporizatorului, [m2]; ΔTml – diferenţa medie logaritmică dintre fluidul frigorific ce se evaporă şi agentul răcit, [K] (Fig.3.46)

Fig.3.46. Variaţia temperaturii în vaporizator

• Randamentul răcirii produsului η, se poate calcula astfel:

ηr =

Tpi − Tps Tpi − Tae

⋅100,[%]

în care Tpi este temperatura produsului la începerea răcirii; Tps – temperatura produsului la sfârşitul perioadei de răcire;

(3.72)

Condiţionarea şi păstrarea produselor agricole

181

Tae – temperatura agentului de răcire la ieşirea din răcitor.

3.4.6 Instalaţii pentru refrigerarea produselor agricole Refrigerarea, este o tehnică de păstrare a unui produs a cărui temperatură se aduce aproape de punctul de îngheţare, corespunzător căruia încetează dezvoltarea microorganismelor. Distribuţia aerului în spaţiul de depozitare supus refrigerării se realizează prin: − refulare directă şi aspiraţie liberă în spaţiul de depozitare utilizând răcitoare de aer montate pe perete sub tavan sau la nivelul podelei; − printr-un sistem de canale de refulare şi aspiraţie prevăzute cu fante şi orificii care fac legătura între camera răcitoarelor şi spaţiul de depozitare. Schema unei instalaţii (centrale) frigorifice utilizate în cadrul unor depozite de legume şi fructe este prezentată în figura 3.47.

Fig.3.47 Schema unei centrale frigorifice cu fluid frigorific secundar. 1 – compresor; 2 – filtru de ulei; 3 – condensator; 4 – răcitor; 5 – ventil de reglare; 6 – vaporizator; 7 – separator de lichid; 8,9 – răcitor 10 – depozit frigorific; 11 – spaţiul de lucru pentru agentul frigorific primar

Agentul frigorific primar este amoniacul sau freonul, iar agentul de răcire secundar, este o soluţie de alcool etilic cu concentraţie de 30 % sau o soluţie de apă cu sare. Deoarece amoniacul ca agent frigorific primar prezintă pericol de vătămare a produselor în contact cu acestea, nu va fi vehiculat în celula de păstrare, ci va activa într-o încăpere separată 11. Spre celule va fi vehiculat etilen-glicol sau saramura în calitate de agent frigorific secundar. După cum

182

Gavril Bâlc

rezultă din figura 3.47 compresorul 1 aspiră vapori de amoniac uscaţi la temperatură şi presiune scăzută din separatorul de lichid 7 şi îi comprimă în condensatorul 3, ajungând la temperatură şi presiune ridicată. La ieşirea din compresor vaporii sunt trecuţi prin filtrul de ulei2, unde rămân posibile resturi de ulei. În condensatorul 3, vaporii de amoniac încălziţi cedau o cantitate de căldură Qc în prezenţa unui agent de răcire, care poate fi aer sau apă şi se transformă în lichid după un proces izoterm-izobar. Amoniacul lichid se răceşte în continuare în subrăcitorul 4 după o transformare izobartă şi se transmite mai departe împreună cu amoniacul lichid acumulat în separatorul de lichid spre ventilul de reglaj 5, unde prin laminare după o transformare izoentalpică până la temperatura şi presiunea de vaporizare T0 şi po din punctul 4 (Fig.3.42). De aici vaporii ajung în vaporizatorul 6, unde preiau căldura Qp de la agentul frigorific secundar, care ajunge din celule încărcat termic. În continuare vaporii de amoniac în amestec cu cantităţi mici de lichid la temperatură şi presiune joasă ajung în separatorul de lichid 7, de unde se continuă procesul tehnologic descris. Agentul frigorific secundar răcit în vaporizatorul 6 este trimis spre celulele de depozitare, unde pune în funcţiune aşa numitul răcitor de aer carcasat, amplasat în fiecare celulă 10 la partea superioară a acestora. Ventilatoarele aspiră aerul din celulă şi îl trimit peste elementele răcitorului, obţinându-se în încăpere temperatura necesară procesului de păstrare în mai multe cicluri de ventilare. Condensatorul, este un schimbător de căldură format dintr-o reţea de ţevi amplasate într-o carcasă sau sub forma unui pachet de ţevi cu aripioare de răcire. Peste reţeaua de ţevi sau peste pachetul de ţevi cu aripioare de răcire este trecut agentul de răcire, care preia căldura cedată Qc de către amestecul de vapori -lichid de amoniac. În funcţie de agentul de răcire, condensatoarele pot fi: • cu apă; • cu aer; • evaporative. Utilizare apei ca agent de răcire este o soluţie mai bună deoarece construcţiile sunt mai mici. Cele evaporative reduc consumul de apă prin recircularea apei calde din condensator. Evaporatorul este tot un schimbător de căldură format din ţevi în formă de serpentină şi închise într-o carcasă. Prin ţevi circulă vapori de amoniac reci care preiau căldura de la agentul frigorific secundar, care circulă

în incinta carcasei peste ţevile aşezate în serpentină şi determină evaporarea amoniacului. Evaporatoarele care lucrează sub 0 0C depun un strat de gheaţă, care trebuie înlăturat pentru a mări eficienţa transferului de căldură. Dezgheţarea se poate face prin spălarea periodică a serpentinelor cu apă caldă, prin gazul de refrigerare fierbinte spre evaporator sau prin dezgheţare cu soluţie de glicol. Răcitoarele, montate în celule, sunt formate din tuburi cu aripioare pentru a mări suprafaţa de răcire. Aerul din celule este forţat de ventilatoare să treacă peste aceste tuburi cedând căldura agentului secundar de răcire. Pachetul de serpentine se montează perpendicular pe direcţia de insuflare a aerului. Procedeul de dezgheţare descris se aplică şi la răcitoare.

4. TEHNICA MANIPULĂRII PRODUSELOR AGRICOLE SUB FORMĂ DE BOABE Manipularea este un ansamblu de operaţii efectuate asupra produselor agicole, pentru realizarea fazelor impuse de procesul tehnologic privind sortarea, condiţionarea şi depozitarea. În unităţile pentru păstrarea şi procesarea primară a produselor agricole, manipularea se realizează cu diferite mijloace, care pot fi: mecanice: - transportoare cu racleţi; - elevatoare; - transportoare melcate; în curent de aer: - transport pneumatic clasic:

- prin aspiraţie; - prin refulare;

- pe cale mixtă; cu aeroglisire; cu tubulatură închisă.

4.1 Instalaţii pneumatice pentru transportul produselor cerealiere Transportul în curent de aer se face în conducte unde particulele sunt supuse unor forţe dinamice create de curentul de aer, care atinge o anumită viteză după cerinţele procesului tehnologic. Ţinând seama de viteza curentului de aer care circulă în conducte se cunosc câteva situaţii: - la viteza de 1…3 m/s are loc fenomenul de fluidizare; - între 7…12 m/s particulele plutesc în curentul de aer; - peste 20 m/s particulele se deplasează sub efectul curentului de aer. • Clasificarea instalaţiilor de transport pneumatic. - după modul de admisie al aerului : - cu aspiraţia aerului; - cu refularea aerului; - mixte.

Tehnica manipulării produselor agricole sub formă de boabe - după amestecul gravimetric produs - aer:

4.1.1.

185

- prin fluidizare: - gravitaţionale; -prin pompare.

Instalaţii de transport pneumatic în sistem aspirator

Aerul aspirat de ventilator sau suflantă cu rotoare profilate (fig. 4.1), pătrunde în instalaţie prin sorbul 1, străbate conducta confecţionată din tronsoane fixe şi flexibile de Φ 100…150 mm şi depune produsul într-un decantor sau separator 4. Aerul trece printr-un filtru pentru separarea de impurităţi şi apoi este eliminat în atmosferă. În cazul transportului pneumatic al fânului conductele de transport au diametre de Φ = 300…600 mm.

Fig. 4.1 Schema unei instalaţii de transport în sistem aspirator. 1 – sorb; 2 – ventilator; 3 – conductă; 4 – ciclon; ubansamblu de descărcare; 5 – s.

4.1.2.

Instalaţii de transport pneumatic în sistem de refulare

Aerul aspirat de ventilatorul 1 (Fig. 4.2.) trece printr-un filtru spre conducta 2, unde ajung boabele din ciclonul 3 alimentate corespunzător de dozatorul 4.

186

Gavril Bâlc

Fig. 4.2. Schema unei instalaţii de transport pneumatic prin refulare 1- ventilator sau suflantă; 2 –conductă de aer; 3 – ciclon; 4 – dozator; 5 – buncăre pentru depozitare.

Boabele sunt antrenate de curentul de aer şi depozitate în buncărele 5. Aerul trece printr-un filtru unde se separă de impurităţi şi apoi ajunge în atmosferă.

4.1.3. Instalaţii de transport pneumatic pe cale mixtă (Fig. 4.3) sunt utilaje care reunesc avantajele celor două sisteme de aspiraţie şi refulare.

Fig 4.3 Schema unei instalaţii de transport pneumatic în regim mixt.1 – ventilator sau suflantă; 2 – conductă de aspiraţie; 3 – ciclon; 4 – dozator;5 – conductă de refulare; 6 – dispozitiv de reglare al refulării ; 7- buncăre.

Produsele sunt aspirate de către ventilatorul 1 prin conductele 2 şi depuse în ciclonul 3. Din ciclonul 3 boabele sunt dozate cu dispozitivul 4 în curentul de aer produs de ventilator la aspiraţie şi trimise în buncărele 7. De aici aerul este filtrat de impurităţi şi trimis în atmosferă. Presiunea şi debitul de pe conducta de refulare pot fi reglate cu dispozitivul 6.

Tehnica manipulării produselor agricole sub formă de boabe

187

Sistemul este aplicat la încărcarea şi descărcarea unor volume mari de materiale din depozite dispuse pe orizontală şi verticală.

4.1.4.

Instalaţii de transport prin fluidizare:

Fluidizarea reprezintă amestecul particulelor de produs cu aerul, care în anumite condiţii capătă însuşirea fluidelor care se scurg pe conducte atâta timp cât starea de amestec se menţine. Această însuşire depinde de dimensiunea particulelor şi de tendinţa de separare a lor de către curentul de aer. Dintre produsele care se pretează cel mai bine la fluidizare sunt cele de măciniş, care au granulaţia de 300 – 400 μm. În cazul instalaţiilor gravitaţionale fluidul format din amestecul produs-aer alunecă sub influenţa gravitaţiei de la un punct superior la unul inferior. Tubul de transport este despărţit pe toată lungimea lui de o membrană poroasă. Fenomenul de fluidizare are loc pe toată lungimea canalului datorită pătrunderii aerului prin membrana poroasă, fapt ce duce la scăderea vitezei şi presiunii aerului. Aerul insuflat trebuie să se degaje liber, fără să antreneze particulele de produs transportate. Aceste instalaţii nu se recomandă la transportul produselor pe înălţime. Instalaţiile de fluidizare prin pompare, se bazează pe faptul că fluidul format este menţinut în stare de presiune şi împins pe conducte închise. Produsul poate fi transportat atât pe verticală cât şi pe orizontală. Debitul de transport în raport cu secţiunea conductei poate ajunge la 50 t/h. Coturile şi denivelările nu constituie obstacole în transportul produsului. Transportul pneumatic prin fluidizare este o metodă eficientă pentru manipularea făinurilor sau altor produse pulverulente.

4.1.5.

Calculul unei instalaţii de transport pneumatic.

Asigurarea transportului pneumatic cu ajutorul curentului de aer se poate face în condiţiile atingerii unei viteze minime a aerului, care variază în funcţie de însuşirile aerodinamice ale produsului ce se transportă. În vederea dimensionării unei instalaţii de transportor pneumatic se calculează: • presiunea curentului de aer care acţionează asupra bobului.

188

Gavril Bâlc

p = k ⋅ S ⋅γ ⋅ sau

v2 2⋅ g

(4.1)

p = 0.0612·k·S·v2 , în care k este coeficientul de rezistenţă ce depinde de forma, dimensiunile şi suprafaţa bobului (netedă, lucioasă, etc.); S – suprafaţa bobului proiectată în plan perpendicular pe direcţia curentului de aer, în [m2]; γ – greutatea specifică a aerului, în [daN/m3]; v – viteza curentului de aer, în [m/s]; g – acceleraţia gravitaţională, în [m/s2]. Pentru ca boabele să fie transportate în curentul de aer trebuie ca viteza curentului de aer v să fie mai mare decât viteza de plutire. • viteza aerului în conductă este dată de relaţia: vaer = α·vp, (4.2) unde α < 1 şi se alege în funcţie de natura materialului transportat. Pentru un anumit produs şi distanţă medie de transport se alege vaer = 2·vp. În funcţie de lungimea şi complexitatea reţelei de transport pneumatic această proporţie se modifică. • concentraţia amestecului c, reprezintă raportul dintre greutatea materialului de transport Gmat şi consumul de aer Q în procesul de transport .

C=

Gmat Q

(4.3)

Pentru transportul cerealelor şi produselor de măciniş se ia c=5…8, greutatea specifică a aerului fiind constantă γ = 1.2 daN/m3. • cantitatea de aer necesară realizării transportului pneumatic Q se calculează cu relaţia: (4.4) Q = γ·S·v·G0,[kg/min] 2 în care S este secţiunea transversală a conductei, în m ; v – viteza aerului, în [m/s]; γ – greutatea specifică a aerului (γ = 1.2 daN/m3); G0 – cantitatea orară de aer transportat.. • diametrul conductei, se obţine din relaţia (4.3) prin înlocuirea lui Q cu valoarea din (4.4).

Tehnica manipulării produselor agricole sub formă de boabe

C=

Gmat Gmat = = Q γ ⋅ S ⋅v ⋅G

Prin urmare,

D = 1.03 ⋅

189

Gmat π ⋅ D2 γ⋅ ⋅ v ⋅ G0 . 4

Gmat C ⋅ v ⋅ G0

(4.5)

Înainte de trecerea la efectuarea calculelor pentru o reţea de transport pneumatic se stabilesc următoarele: - produsul care urmează a se transporta; - cantitatea de produs ce urmează a se transporta prin fiecare conductă într-o oră; - traseul reţelei de transport; - numărul de reţele de transport; - lungimea fiecărei conducte. Reţeaua se compune în aşa fel încât să aibă un traseu minim cu un număr cât mai redus de coturi pe conductele de transport în scopul reducerii pierderilor de presiune. Fiecare cot introdus în reţeaua de conducte se ia în considerare printr-o lungime de conductă orizontală echivalentă. Lungimile echivalente se stabilesc pe bază de tabele.

4.1.6.

Calculul pierderilor de presiune într-o reţea de transport pneumatic.

• Pierderile totale de presiune HT în conductele unei reţele de transport pneumatic sunt date de relaţia. HT=Hpr+Hac+Hv+HH+Hcot+Hcid+HF (4.6) în care Hpr sunt pierderile de presiune în primitor (piesă de la baza conductei de primire); Hac – pierderile de presiune pentru accelerarea produsului; Hv – pierderile de presiune pe verticală; HH – pierderile de presiune pe orizontală; Hcot – pierderile de presiune în coturi; Hcid – pierderile de presiune în cicloane; HF – pierderile de presiune în filtre.

190

Gavril Bâlc

• Pierderile de presiune în primitor Hpr, se calculează cu relaţia:

H pr = ξ ⋅

γ ⋅ v2 , [daN/m2] 2⋅ g

(4.7)

în care ξ este coeficientul rezistenţei în primitor (ξ = 0,7…2,5); v – viteza aerului în conducta de transport, în [m/s]. • Pierderile de presiune pentru accelerarea produsului Hac, se calculează cu relaţia: Hac = 0,112·c·v2, [daN/m2].

(4.8)

• Pierderile de presiune pe verticală Hv, se calculează ţinând seama de pierderile de presiune pe 1 m de conductă ΔHv şi înălţimea conductei de transport h, în metri. Hv = ΔHv·L,[daN/m2]

(4.9)

unde Lv este lungimea conductei de transport, în [m] şi ΔHv = H0·(1+α·c), [daN/ m2],în care H0 sunt pierderile de presiune pe 1 m conductă în cazul deplasării aerului curat, în [mmcol H2O] H0 = 0,012·

v1.75 D1.25

(4.10)

şi α – coeficient ce ţine seama de natura produsului, diametrul conductei D şi viteza curentului de aer v. Coeficientul α se calculează cu relaţiile: - pentru produse grosiere;

0.65 ⋅ ( D − 30) ; 1.5 v - pentru produse fine;

(4.11)

0.54 ⋅ ( D − 30) ; v1.5

(4.12)

αg =

αf =

• Pierderile de presiune pe orizontală HH , se determină cu relaţia:

Tehnica manipulării produselor agricole sub formă de boabe

191

HH = ΔHH·LH, [daN/m2] (4.13) unde LH este lungimea conductei de transport pe porţiuni orizontale, în [m]. Celelalte calcule sunt similare cu determinarea lui Hv ţinându-se cont de valorile parametrilor pe orizontală. • Pierderile de presiune în coturi Hcot se calculează cu relaţia:

H cot = ξ ⋅

γ ⋅ v2 (1 + c), [daN/m2] 2⋅ g

(4.14)

în care ξ este coeficientul de rezistenţă în cot. • Pierderile de presiune în cicloane Hcicl se calculează cu relaţia :

H cicl

2 γ ⋅ vstut =ξ , 2⋅ g

(4.15)

în care ξ este coeficientul de rezistenţă a ciclonului (experimental ξ=0,5); vştuţ – viteza aerului la ştuţul de intrare în ciclon, în [m/s]. • Pierderile de presiune în filtru HF , se determină cu relaţia :

HF =

Q , W ⋅ G0

(4.16)

unde W este tensiunea asupra ţesăturii filtrului şi are valoarea W = 1,5 m3/ m2·min.

4.1.7. Analiza constructivă şi funcţională a unei instalaţii de transport pneumatic. În figura 4.4 este prezentată schema unei instalaţii mobile de transport pneumatic. Ventilatorul 1 aspiră aerul atmosferic prin conducta 2, odată cu care boabele depozitate sunt antrenate spre ciclonul 3 şi apoi prin dozatorul 4 în curentul de aer din conducta de refulare 5 trimis cu presiune de ventilatorul 1 spre ciclonul 6. Din ciclonul 6 boabele sunt descărcate prin şibărul 7, iar aerul este trimis în atmosferă sau reţeaua de colectare prin filtrul 8.

192

Gavril Bâlc

Fig.4.4 Schema de funcţionare a unui încărcător-descărcător de cereale mobil

În practică sunt cunoscute trei variante constructive pentru această instalaţie: • SUC – E cu antrenare electrică şi în 5 variante constructive funcţie de puterea de antrenare (SUC 100E, SUC 150E, SUC 200E, SUC 300E, SUC 500E). Productivitatea minimă este de circa 33 t/h. Principalele date tehnice sunt prezentate în tabelul 4.1. Tabelul 4.1 Tipul Caracteristici tehnice Puterea de antrenare, [kW/CP] Curent, [V/Hz] Turaţia ventilatorului, [rot/min] Turaţia dozatorului, [rot/min] Debitul de aer, [m3/h] Greutatea cu motor, [kg]

SUC 100E

SUC 150E

SUC 200E

SUC 300E

SUC 500E

7,5/10

11/15

15/20

22/30

37/50

3x380/50

3x380/50

3x380/50

3x380/50

3x380/50

3000

3000

3000

3000

3000

1500

1500

1500

1500

1500

1800

1800

1800

1800

2000

210

243

285

477

668

Tehnica manipulării produselor agricole sub formă de boabe

193

• SUC – T, este suspendată pe tractor şi antrenată mecanic de la priza de putere. Se fabrică în două variante (SUC 300T şi SUC 500T) şi are principiul de funcţionare prezentat în schema 4.4. Productivitatea minimă 33 t/h. Principalele date tehnice sunt prevăzute în tabelul 4.2. Tabelul 4.2 Tipul Caracteristici tehnice Turaţia la priza de antrenare (rot/min) Puterea de antrenare kW/CP Debitul de aer (m3/h) Greutate (kg)

SUC 300T

SUC 500T

540

540

34/45

48/65

1800 350

2000 595

• SUC – TR este o instalaţie tractată de tractor şi antrenată de la priza de putere a acestuia prin intermediul unei transmisii cardanice. Principiul de funcţionare este cel prezentat în schema 4.4, pentru toate cele trei variante constructive (SUC 500TR, SUC 700TR, SUC 100TR),iar productivitatea minimă este de 64 t/h. Datele principale privind instalaţia sunt prezentate în tabelul 4.3. Tabelul 4.3 Tipul SUC 500TR SUC 700TR SUC 1000TR Caracteristici tehnice Turaţia la priza de antrenare, 540/1000 1000 1000 [ rot/min] Puterea de antrenare,[KW/ 48/65 62/85 90/120 CP] 2000 2000 2000 Debitul de aer,[m3/h] Greutate, [kg] 820/730 770 1050 Cu ajutorul acestor instalaţii există posibilitatea de a prelua produsele de pe platformele de depozitare temporară şi a le încărca în magazii dispuse pe orizontală, silozuri sau mijloace de transport. De asemenea se utilizează pentru

194

Gavril Bâlc

descărcarea cerealelor din silozuri şi încărcarea lor în mijloace de transport. La preluarea şi recepţia cerealelor spre depozitare prin aceste tipuri de instalaţii se elimină o mulţime de transportoare şi mijloace de transfer mecanice cu consumuri energetice ridicate.

4.2. Transportoare cu racleţi Transportoarele cu racleţi (Fig. 4.5.) fac parte din grupa transportoarelor mecanice şi lucrează pe o direcţie înclinată marcată de unghiul α de aşezare, care ia valori de până la 45 0C sau chiar mai mult. Cele mai frecvente valori ale înclinării transportului sunt α = 20…30 0. Transportorul cu racleţi 2 este închis în carcasa 1 prevăzută cu gura de încărcare 5 şi descărcare 6. Carcasa metalică nu permite pierderea materialului deoarece părţile frontale sunt închise.

Fig. 4.5. Schema de principiu a unui transportor cu racleţi. 1-carcasă;2-transportor cu racleţi;3-tambur motric;4-tambur condus; 5-gură de alimentare;6-gură de descărcare.

Organele de lucru sunt palete din pânză cauciucată fixate pe transportorul 2, care poate fi un lanţ. Mărimea gurii de descărcare l trebuie să fie în concordanţă atât cu viteza transportorului, cât şi cu înălţimea H a paletei. Pentru o bună funcţionare se pune condiţia ca timpul în care o paletă parcurge distanţa l să fie egal cu timpul în care materialul poate să alunece de la cea mai înaltă poziţie a paletei până la evacuarea prin acest orificiu, adică:

Tehnica manipulării produselor agricole sub formă de boabe

Vt =

l , [m/s] td

195

(4.17)

în care vt este viteza transportorului, în [m/s]; td – timpul de descărcare, [s]. Ţinând seama de parametrii constructivi ai transportorului şi de unghiul de frecare φ dintre materialul transportat şi suprafaţa racletului se stabileşte timpul de descărcare td sau de cădere cu relaţia:

td =

2H , g ⋅ cos (α + ϕ )

(4.18)

Din (4.17) şi (4.18) se obţine:

l = Vt

2H g ⋅ cos (α + ϕ )

sau

Vt = l

g ⋅ cos (α + ϕ ) 2H

.

(4.19)

Productivitatea transportoarelor cu racleţi este dată de relaţia: Q = 3600·ψ·H·b·v·γ, [t/h] în care ψ este coeficientul de umplere (ψ = 0,6…0,8); H - înălţimea racletului, în [m]; b – lăţimea racletului, în [m]; v – viteza lanţului transportor, în [m/s]; γ – greutatea volumetrică a produsului, în [t/m3]. În calcule uneori se ia v = 0,6…2 m/s.

(4.20)

196

Gavril Bâlc

4.3 Elevatoare cu cupe Elevatoarele cu cupe (Fig.4.6) sunt folosite pentru transportul pe verticală a produselor agricole sub formă de boabe.

Fig.4.6 Schema de principiu a unui elevator cu cupe. 1 –carcasă; 2 –lanţ cu cupe; 3 –tambur motric; 4 –tambur condus; 5 –gură de încărcare; 6 –gură de descărcare.

Organele principale de lucru sunt cupele montate pe un transportor 2, închise într-o carcasă de regulă de secţiune dreptunghiulară. Tamburul 3 se foloseşte pentru antrenarea lanţului, iar tamburul 4 pentru întindere. Descărcarea materialelor din cupă se face în trei moduri în funcţie de amplasarea punctului m (Fig.4.7): - descărcare centrifugală ,h < R; - descărcare gravitaţională, h > R; - descărcare mixtă, h = R.

Tehnica manipulării produselor agricole sub formă de boabe

197

Fig.4.7 Schema procesului de descărcare al elevatorului

În studiul procesului funcţional la descărcarea elevatoarelor cu cupă se iau în considerare două forţe: G = m·g Fi = m·ω2·R, (4.21) care dau o rezultantă F = G + Fi . Se arată că F , rezultanta celor două forţe G , şi Fi , trece mereu printr-un punct fix C de pe diametrul vertical ce trece prin centrul tamburului motric. Din figura 4.7 rezultă că Δ MCO ~ Δ FIFG, putându-se scrie:

R h = Fi G

,

de unde:

h=

g ω2

.

(4.22)

Înmulţind şi împărţind cu R2 în relaţia (4.22) şi ţinând cont că vt= ω·R se obţine:

198

Gavril Bâlc

h= sau

R2 ⋅ g Vt 2

R = Vt ⋅

(4.23)

h g

(4.24)

Productivitatea elevatoarelor cu cupe Q se determină cu relaţia:

Q=

3.6 ⋅ q ⋅ v ⋅ψ ⋅ β ⋅ γ , [t/h] p

în care q este capacitatea cupei, în [dm3]; v – viteza de deplasare a benzii, în [m/s]; ψ – coeficientul de umplere al cupei; p – pasul dintre două cupe vecine, în [m]; γ – masa volumetrică a materialului, în [t/m3].

(4.25)

Tehnica manipulării produselor agricole sub formă de boabe

199

4.4. Transportoare elicoidale Transportoarele elicoidale (fig. 4.8.) sunt frecvent întâlnite în unităţile pentru prelucrarea primară şi condiţionarea produselor agricole. Ele se pot utiliza cu rezultate bune atât pentru transportul produselor pe orizontală cât şi pe direcţie înclinată. Uneori se pot utiliza chiar pe verticală. Organul de lucru este o spiră elicoidală 2, care poate fi completă sub formă de palete dispuse pe un ax după o spiră elicoidală sau sub formă de bandă înfăşurată elicoidal. În toate cazurile organele de lucru se închid într-o carcasă 1 care de regulă are formă circulară, semicirculară sau dreptunghiulară (Fig. 4.8 b).

a b Fig.4.8. Schema de principiu a transportoarelor elicoidale. 1 – carcasă; 2 – spiră elicoidală; 3 – gură de încărcare; 4 – gură de descărcare.

Încărcarea acestor transportoare se face pe la parte inferioară, iar descărcarea se face de pe partea superioară. Viteza de transport a materialului vmat este aceeaşi cu viteza axială vax şi este dată de relaţia

Vmat =

p⋅n⋅k , [m/s] 60

(4.26)

în care k este coeficientul de alunecare care descreşte odată cu creşterea distanţei între spiră şi carcasă λ şi cu creşterea unghiului α. Productivitatea Q este dată de relaţia:

200

Gavril Bâlc

Q=

π ⋅ (D2 − d 2 ) ⋅ 60 ⋅ψ ⋅ p ⋅ n ⋅ c ⋅ γ , [t/h] 4

(4.27)

în care D şi d sunt diametrul exterior, respectiv interior al spirei, în [m]; p – pasul spirei, în [m]; n – turaţia melcului, în [rot/min]; c – coeficient care ţine seama de aşezarea transportului faţă de orizontală (tab. 4.4) prin unghiul α; λ – masa volumetrică a materialului, în [t/m3]; ψ – coeficientul de umplere, ψ = 0,3…0,4. Tabelul 4.4 α 0 c 1

5 0.9

10 0.8

15 0.7

20 0.65

30 0.58

40 0.52

50 0.48

60 0.44

70 0.4

80 0.34

90 0.3

4.5. Construcţia şi funcţionarea unui transportor melcat Transportul melcat tractabil (Fig. 4.9) este compus din pâlnia de alimentare 1 cu dimensiunile 1000x2000 mm, melcul transportor 2, sistemul de antrenare 3 şi cadrul pe roţi 4. Melcul care atinge lungimi de 12 m se poate plia pentru a uşura transportul şi stocarea.Este prevazut cu un sistem de siguranţă care nu permite pornirea utilajului când este pliat. Utilajul este echipat cu un scripete pentru dirijarea carcasei melcului după cerinţele de utilizare.

Fig. 4.9 Transportor melcat tractabil . A-lungime;B-lungimea unui tronson; C-lungimea mecanismului de fixare; D-lăţimea cadrului;E-lungime proţap;H-înălţimea de lucru.

Tehnica manipulării produselor agricole sub formă de boabe

201

Principalele caracteristici ale transportorului melcat tractabil sunt prezentate în tabelul 4.5. Tabelul 4.5 Dimensiuni şi caracteristici A B C D E min. max. H Putere (kW) Turaţie (rot/h) Prod. max. (t/h)

Diametrul melcului Φ150 [mm] Φ200 [mm] 10000 12000 10000 12000 7000 9000 7000 9000 4000 5000 4000 5000 2300 2400 2300 2400 4000 5000 4000 5000 3500 4200 3500 4200 7500 9000 7500 9000 4 5,5 5,5 7,5 700 700 450 450 25 25 32 32

Acest tip de transportor se utilizează cu succes pentru încărcarea în mijloacele de transport a produselor sub formă de boabe depozitate în magazii dispuse pe orizontală.

202

Gavril Bâlc

BLIBLIOGRAFIE

1.

2. 3. 4.

5.

6. 7.

8. 9.

10.

11.

12. 13.

Banu, C–tin,

Progrese tehnice, tehnologice şi ştiinţifice în industria alimentară. Editura Tehnică, Bucureşti, 1992 Banu, C–tin, ş.a., Manualul inginerului de industrie alimentară. Editura Tehnică, Bucureşti 1998 Banu, C–tin, ş.a., Manualul inginerului de industrie alimentară. Editura Tehnică, Bucureşti 1999 Bâlc, G., Calculul şi construcţia utilajelor pentru industria alimentară. Editura Todesco, Cluj–Napoca, 2000 Bâlc, G., Oltean, O., Tehnica păstrării şi proiectării primare a produselor agricole, Editura Alma Mater, ClujNapoca, 2002 Brătianu, C., Metode numerice. Editura Tehnică, Bucureşti 1992 Cebotărescu, I., D., Utilaj tehnologic pentru vinificaţie. Editura ş.a., Tehnică Chişinău şi Editura Tehnică, Bucureşti 1997 Ciurea, S., Managementul calităţii totale. Editura Economică, Bucureşti 1995 Csatlós, C.,Burlea, Maşini şi instalaţii pentru produse de origine O.,R., animală,vol.I. Editura Univ.” Transilvania”, Braşov.1999. Csulak, A., Utilaje pentru prelucrarea primară şi păstrarea produselor agricole. Lito. I.P. Cluj–Napoca 1990 Csulak, A., Utilaje pentru prelucrarea primară şi păstrarea Bâlc, G., produselor agricole. Îndrumător pentru lucrării de laborator. Lito. I.P. Cluj–Napoca 1986 Chereş, M., Calitatea alimentelor de origine vegetală. Editura Risoprint. Cluj–Napoca , 1999. Gherman, V., Utilaje pentru industria alimentară. Editura Sincron, Cluj –Napoca, 1997

14. 15.

16.

17.

18. 19. 20.

21.

22.

23. 24. 25. 26. 27. 28.

Ghinea, T.,

Utilaje pentru prelucrarea primară şi păstrarea produselor agricole. Lito. Univ. Braşov, 1981 F. W.Bakker-Arké Cigr Handbook of Agricultural Engineering. Vol. IV.American Society of Agricultural Engineering. USA, 2000 Ivan, I., s.a Tehnologia prelucrării produselor agroalimentare. Editura U.T Press, ClujNapoca, 2007. Leonte, M., Tehnologii şi utilaje în industria morăritului Pregătirea cerealelor pentru măciniş. Editura Millenium, Piatra Neamţ, 2001. M ă d ă r ă ş a n , T. , Termodinamică tehnică. Editura Sincron, Bălan,M., Cluj –Napoca, 1999. Muste, S., Depozitarea produselor vegetale. Editura Academic Press, Cluj-Napoca, 2006. Nuri,N. Mohsenin, Physical properties of plant and animal materials, vol. I Gardon and Breach, Sciente Publishere, New York, 1997. Oliveira, Fernanda, Processing foods. CRC Press Boca Raton USA, A.R, Oliveira, 1999. C.,Jorge., Pădureanu,V., Maşini şi instalaţii pentru tehnologii alimentare fermentative.Fabricarea berii. Editura Univ. “Transilvania”,Braşov,2001. Pâslar, C., ş.a., Ambalarea şi păstrarea mărfurilor. Scheme recapitulative, A.S.E. Bucureşti, 1997. Pică, E., M., Tehnologii industriale chimice şi alimentare. Editura U.T. Press Cluj–Napoca, 1999. Popa, A., Degustarea vinurilor. Editura Ceres, Bucureşti, 1986. Roş,V.,ş.a., Diseminarea tehnologiilor de mediu.Editura Risoprint, Cluj-Napoca,2000. Rus, Florean, Operaţii de separare în industria alimentară. Editura Univ. “Transilvania”,Braşov,2001. Sălăgean, D., s.a Producţia şi conservarea cărnii, Editura Elikon, Cluj-Napoca, 2005.

204 29.

Gavril Bâlc

30.

Teberean, Mădărăşan,T., Tibulca, D.,s.a

31.

Vasiliu, F.,

32.

SR 61241:1999 SR 7713:1999 SR 13454:2000

33. 34.

35. 36.

SR 5447:1994 SR 7588:1999

37.

SRISO 6541:1993

38.

SREN 1787:2000

39.

SRISO 711:1999

40.

STAS 6441-88 STAS 6952-83

41.

42.

STAS R9127/3-82

43.

STAS 12963-91

I., Agenţi termodinamici şi maşini termice. Editura Dacia, Cluj –Napoca,1999. Tehnologia cărnii şi a produselor din carne, vol I si II, Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2000. Controlul modern al calităţii produselor. Editura Ceres, Bucureşti, 1997. Seminţe agricole. Determinarea umidităţii. Seminţe pentru însămânţare. Determinarea purităţii fizice şi a componenţei botanice. Produse biologice. Ghidul de producere, procesare etichetare şi comercializare a produselor agroalimentare biologice. Porumb boabe pentru consum alimentar. Vin şi produse pe bază de must şi vin. Reguli pentru verificarea calităţii şi condiţii de ambalare, marcare, depozitare, transport şi documente. Produse agricole alimentare. Determinarea indicelui de insolubilitate numit „celulozic”. Metoda scharrer modificată. Produse alimentare. Detecţia alimentelor iradiate care conţin celuloză. Metoda prin spectroscopie RPE. Cereale şi produse cerealiere. Determinarea umidităţii. Fructe şi legume proaspete. Metode generale pentru aprecierea calităţii. Fructe şi legume proaspete. Condiţii generale de ambalare, marcare, depozitare şi transport. Documente Fructe şi legume proaspete. Mere. Păstrarea şi depozite frigorifice cu şi fără atmosferă controlată. Fructe şi legume proaspete condiţii fizice ale depozitelor frigorifice. Definiţii şi măsurare.

44.

46.

STAS R9127/2-72 STAS R9127/1-85 STAS R9127/11-85

47.

STAS R9127/12-76

48.

STAS R9127/16-85

49.

STAS R9127/4-88

50.

STAS R9127/14-85

51.

SR EN 1672-2:2000 SRISO 5223:1999 STAS 5454-87

45.

52. 53.

Fructe proaspete. Pere. Prescripţii de depozitare în depozite frigorifice. Fructe proaspete. Piersici. Păstrare în depozite frigorifice. Fructe proaspete. Căpşuni. Păstrare în depozite frigorifice. Fructe proaspete. Caise. Păstrare în depozite frigorifice. Fructe proaspete. Salată. Păstrare în depozite frigorifice. Fructe proaspete. Morcovi. Păstrare în depozite frigorifice. Struguri de masă. Păstrare în depozite frigorifice. Cerinţe de igienă. Site de cernut pentru cereale. Utilaj pentru industria chimică. Amestecătoare verticale. Tipuri şi caracteristici principale.

Anexa 1 Simboluri grafice specifice utilajelor, echipamentelor şi instalaţiilor de prelucrare primară şi păstrarea produselor agro-alimentare Tipul simbolului 0 Operaţii mecanice

Exprimă 1 Transportor elicoidal

Transportor cu bandă

Transportor oscilant Elevator Dozator Alimentator celular Alimentator cu valţuri Cântar Disc rotativ Moară Moară cu ciocane Moară cu bile Moară cu valţuri Moară cu percuţie

Reprezentare grafică 2

Tipul simbolului

Exprimă

Reprezentare grafică