Conducerea Automată Optimală a Proceselor de Uscare Legume și Fructe

Universitatea “Politehnica” din București

Facultatea de Ingineria Sistemelor Biotehnice

Conducerea automată optimală a proceselor de uscare legume și fructe

Proiect de diplomă

Prezentată ca cerință parțială pentru obținerea titlului de

Inginer în domeniul Ingineria mecanică

Specializarea: Mașini și Instalații pentru Agricultură și Industrie Alimentară.

Conducător științific Absolvent

Conf.Dr.Ing.Erol Murad Mădălina Iordache

Anul 2012

București

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCUREȘTI Aprobat

FACULTATEA INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE Decan,

DEPARTAMENTUL SISTEME BIOTEHNICE Prof.Dr.Ing.Gheorghe Voicu

Aprobat

Sef.Catedră

Prof.Dr.Ing.Sorin Biriș

T E M A

Proiectului de diplomă al absolventei

IORDACHE MĂDĂLINA

1. Titlu proiect: Conducerea automată optimală a proceselor de uscare legume și fructe.

2. Elemente inițiale pentru proiect:

2.1 Instalația de uscare este de tip tunel și este destinată deshidratării legumelor și fructelor în regim industrial.

2.2 Procesul de uscare trebuie să producă corpuri cu o umiditate finală cât mai uniformă: 18 % pentru fructe și 8% pentru legume.

2.3 Agentul de uscare se incălzește cu un schimbător de căldură aer/gaze arse cu o putere maximă de 600 kW.

2.4 Viteza agentului de uscare în camera de uscare variază în domeniul 2..5 m/s

2.5 Instalația de uscare este condusă automat cu un PLC local legat în rețea CAN.

2.6 Funcțiunile conducerii automate:

– reglarea umidității relative a agentul termic la intrare în camera de uscare;

– reglarea temperaturii agentul termic la intrare în camera de uscare;

– reglarea vitezei agentului de uscare;

– reglarea temperaturii amestecului gaze arse evacuate+aer la Tev ≤ 80 °C;

– pornirea, oprirea ventilatorului la închiderea/deschiderea ușii camerei de uscare;

– optimizarea regimului de funcționare pentru:

– obținerea unei uniformități ridicate a umidității finale;

– cost specific de producție redus:

– interfața cu operatorul instalației;

2.7 Se va utiliza un model de simulare a funcționării uscătoarelor tunel pentru verificarea algoritmilor de optimizare

2.8 Se va asigura respectarea normelor UE în ceea ce privește igiena proceselor de uscare a alimentelor și a impactului ecologic

2.9 Se va realiza o analiză economică a eficienței economice uscătorului tunel cu conducere optimală.

3. Memoriul de prezentare al proiectului:

3.1 Analiza proceselor de uscare convectivă legumelor și fructelor

3.2 Prezentare uscător convectiv de tip tunel

3.3 Dimensionare uscător de tip tunel

3.3.1 Camera de uscare

3.3.3 Schimbător de căldură

3.3.2 Ventilator camera uscare

3.4 Norme de igienă a uscării legumelor și fructelor în uscătoare tunel.

3.5 Uscătorul convectiv obiect al automatizării

3.6 Dispozitivul de automatizare

3.6.1 Structura sistemului orientat PLC

3.6.2 Traductoare.

3.6.3 Elemente de execuție.

3.6.4 Structura și algoritmii de funcționare a dispozitivului de automatizare.

3.6.5 Algoritmi de conducere optimală

3.7 Experimente simulate pentru conducerea optimală

3.8 Concluzii

4. Material grafic:

4.1 Schema bloc a uscatoarelor convective

4.2 Schema funcțională a uscătorului de tip tunel

4.2 Schema funcțională a generatorului de aer cald

4.3 Schema funcțională a uscătorului convectiv automatizat

4.4 Schema bloc a uscatorului cu sistem de reglare automata

4.7 Algoritmi de automatizare

4.8 Structura modelului de simulare a uscătorului tunel

4.9 Grafice rezultate din experimente simulate

5. Data elaborării temei: 11 noiembrie -2011.

6. Termen de predare a proiectului: 29 iunie – 2012

Conducător proiect Absolvent

Conf.dr.ing. Erol Murad Iordache Mădălina

Cuprins

1.Analiza proceselor de uscare convectivă legumelor și fructelor

1.1 Aspecte funcționale, calitative și economice

1.2 Regimurile de funcționare ale uscătoarelor convective

1.2.1 Uscare în regim de șarjă

1.2.2 Uscare în regim semicontinuu

1.3 Randamentul de uscare

1.4 Măsurarea mărimilor care intervin în procesul de uscare

1.5 Mărimile de execuție ale proceselor de uscare convectivă

1.6 Modalități clasice de conducere automată a regimului de uscare

1.7 Procesul de uscare convectivă obiect al conducerii automate

1.7.1 Aspecte generale

1.7.2 Procesul de uscare

1.7.3 Camera de amestec

1.7.4 Schimbătorul de căldură

1.7.5 Ventilatorul

1.7.6 Canalele de aer

2. Prezentare uscator convenctiv de tip tunel

2.1 Aspecte generale

3. Calculul principalilor parametri constructivi și funcționali

3.1 Date constructive

3.1.1 Suprafața de poziționare material de uscat

3.1.2 Spațiu circulație agent uscare

3.2 Parametri funcționali

3.2.1 Viteza si debitul de agent de uscare

3.2.2 Parametri procesului de uscare

3.2.3 Suprafața de uscare a materialului

3.2.4 Parametrii agent de uscare

3.3 Parametri funcționali

3.3.1 Viteza si debitul de agent de uscare

3.3.2 Parametri procesului de uscare

3.3.4 Parametrii agent de uscare

3.4 Schimbatorul de căldură

3.4.1 Aspecte generale

3.4.2 Dimensionarea schimbătorului de căldură

3.5 Ventilatorul

3.5.1 Parametri principali

3.5.2 Întreținerea ventilatorului

4. Norme de igienă a uscării legumelor și fructelor în uscătoarele de tip tunel

4.1 Aspecte generale

4.2 Operatii de igienizare

4.2.1 Igienizare a depozitelor de materii prime

4.2.2 Igienizare a spațiilor de lucru, echipamentelor și ustensilelor

4.2.3 Igienizare a spațiilor de condiționare și ambalare ale legumelor și fructelor deshidratate

4.2.4 Igienizare a depozitului de legume și fructe deshidratate

4.2.5Dezinsecție în unitățile de deshidratare a legumelor și fructelor

4.2.6Deratizare în unitățile de deshidratare a legumelor și fructelor

4.2.7Igienizare a mijloacelor de transport auto

.Igienizare a anexelor social – sanitare

5.Uscătorul convectiv obiect al automatizării

5.1 Procesul de uscare convectivă obiect al conducerii automate

5.1.1 Aspecte generale

5.1.2 Procesul de uscare

5.1.3 Camera de amestec

5.1.4 Schimbătorul de căldură

5.1.5 Ventilatorul

5.1.6 Canalele de aer

6. Dispozitivul de automatizare

6.1 Structura sistemului orientat PLC

6.1.2 Sisteme numerice de reglare

6.1.2 Structura rețelei Rs- 485 folosite

6.2 Traductoare

6.2.1 Condiții specifice de funcționare în procesele de uscare

6.3 Traductoare de temperatură

6.3.1 Alegerea traductorelor de temperatură pentru uscătorul de tip tunel modulat de 600 kW

6.4 Traductoare de umiditate

6.5 Traductoare de debit de aer

6.6 Traductoare de proximitate

6.7 Elemente de execuție

6.7.1 Alegerea elementelor de execuție

6.7.2 Reglarea debitului de aer recirculat

6.7.3 Reglarea debitului de aer introdus în camera de uscare

6.8 Structura și algoritmii de funcționare a dispozitivului de automatizare

6.8.1 Structura și funcțiile dispozitivului de automatizare

6.8.2 Algoritmii de reglare automată

6.9 Algoritmii de conducere optimală

6.9.1 Aspecte generale

7. Experimente simulate pentru conducerea optimală

7.1 Aspecte generale

INTRODUCERE

Conducerea automată optimală constă în utilizarea de legi și algoritmi de reglare neconvenționali cu care să se poată rezolva problemele de conducere automată ale sistemelor multivariabile, neliniare și cu timpi morți semnificativi. Într-un mod mai direct se poate vorbi de aplicarea unei strategii în care se utilizează maximul de cunoștinte despre procesul de controlat.În majoritatea cazurilor modelarea reprezintă partea centrală a acestei strategii de de conducere.În conducerea automată a uscătoarelor sunt utilizate atat caracteristicile dinamice ale acestora cât și caracteristicile statice obținute prin proceduri de identificare experiementală pentru fiecare tip, sau clasă, de material de uscat.

Dintre strategiile de control automat evoluat s-a impus, prin eficiența utilizarii, conducerea predictivă cu model cunoscut, cu variantele cunoscute: DMC (Dinamic Matix control), PCA (Predictiv control Algotitm), MAC (Model Algoritmiv Control), GPC (Generalized Predictive Control), ESPAC (Extended Prediction Self-Adaptive Control) si EHAC (Extended Horizon Adaptiv Control).

În domeniul uscării convective a produselor agricole, caracterizat prin neliniarități puternice și timpi morți semnificativi s-au efectuat cercetări privind utilizarea conceptului de conducere predictivă cu model în forme diferite de abordarea specifică proceselor care se pot lineariza fără a se introduce erori semnificative de estimare a stării. S-a păstrat conceptul și principiile demonstrate teoretic și validate în practica industrială, adaptandu-le la specificul proceselor de uscare convectivă.

Problema majoră a acestei metode de conducere automată constă în stabilirea formei optime a modelului utilizat în conducerea predictivă, deoarece parametrii sistemului controlat se modifică continuu, în majoritatea cazurilor într-un singur sens, ceea ce implică proceduri de identificare neconvenționale, care să aibă un timp de raspuns suficent de mic comparativ cu evoluția procesului controlat.

Pentru a se obține performanțe economice și calitative corespunzătoare conducerea predictivă nu este suficienta. De aceea, stabilirea programului de conducere prin referințe implica proceduri de optimizare energetică, tehnologică și economică.

Avand în vedere obiectivul principal s-au realizat cercetări în direcția definirii unor modele, relativ simple, pentru procesul de uscare în uscătoarele convective, modele ale căror coeficienți să poată fi relativ ușor de calculat cu proceduri de identificare simple și suficient de rapide, pentru a le adapta continuu la variațiile caracteristicilor procesului de controlat.

Deoarece nu se poat instala pe PLC-urile locale,cu care sunt echipate uscătoarele, programe mari și puternice pentru calcule matematice: MathCAD, MathLAB etc.; se va urmari realizarea și utilizarea unor algoritmi simpli de optimizare a proceselor de uscare aplicabili pe un model simplificat al procesului de uscare, în care se includ și aspectele de calitate finală: umiditate medie finală, uniformitate umiditate finală, activitate reziduala enzime, continut substante active, capacitate de rehidratare.

În lucrare se prezintă un model simplificat pentru procese de uscare în regim de șarjă, variantă din ce în ce mai mult utilizată pentru uscarea descentralizată a legumelor și fructelor, precum si procedurile de identificare rapidă online a acestuia.

1

ANALIZA PROCESELOR DE USCARE CONVECTIVĂ

A LEGUMELOR ȘI FRUCTELOR

Aspecte functionale, calitative și economice

Uscarea produselor vegetale agricole este un proces care are ca obiectiv principal obținerea la finalul operațiunii a unui produs deshidratat care trebuie să se incadreze in criteriile calitative impuse acestui tip de produs alimentar, utilizând in mod optim resursele energetice, umane și financiare, în mod special energia termică. Din acest punct de vedere se pot defini alte patru obiective secundare.

A. Uscătorul este o instalație în care se reduce umiditatea produsului, operațiune care reduce calitățile nutritive și gustative, fiind astfel în contradicție cu criteriile de calitate ale produselor alimentare: culoare, conținut de vitamine, enzime, acizi organici etc. Rezultă că încadrarea în criteriile de calitate este greu asigurat în condițiile în care economic se impune utilizarea la maxim a capacitaților de producție cu costuri de producție minime. Ca urmare conducerea automată a uscătoarelor trebuie să rezolve optim această sarcină. În figura 1.1 este prezentat schema bloc a unui uscător convectiv care este obiectul analizei ulterioare din acest capitol.

B. Costurile de producție ale proceselor de uscare sunt puternic dependente de energia termică utilizată, de tipul de combustibil, de sursă, de modul de conducere a procesului de uscare, știind că in prima perioada de uscare, când se extrage apa liberă, puterea necesară este maximă. Ca urmare optimizarea energetică a procesului de uscare, prin obținerea de randamente de uscare reale cât mai mari reprezintă alt obiectiv al conducerii automate .

C. Criteriile de calitate impun ca umiditatea produsului final să fie cât mai constantă, dar se știe că umiditatea initala a produsului proaspăt, precum și formele si suprafețele specifice, variază mult conform unei distribuții normale. Ca urmare se impune ca conducere automată a proceselor de uscare să utilizeze o strategie cu care să se reducă la minim influența variației umidității inițiale a corpurilor de uscat.

D. Cele trei obiective prezentate anterior conduc la concluzia necesitații utilizării unor sisteme de conducere automată cu algoritmi de reglare evoluați concepute și realizate special instalațiile de uscare convectivă. Costul încă ridicat al traductoarelor, elementelor de execuție și a utilizării algoritmilor avansați de reglare care necesită sisteme numerice de conducere automată, limiteaza drastic utilizarea acestora doar la nivel de instalații industriale cu capacităti mijlocii și mari. Rezultă că un alt obiectiv îl constituie stabilirea pe criterii economice a nivelului de conducere automată, a structurii și algorimilor utilizați pentru a se reduce cât mai mult influența subiectivității operatorului asupra performanțelor reale ale instalațiilor de uscare cu capacități mai mici de producție, având în vedere puternica tendință de descentralizare a prelucrării prin deshidratare a legumelor și fructelor, prin reducerea costurilor de transport a produselor proaspete grele și o adaptare cât mai flexibilă la variațiile sezoniere de producție specifice agriculturii ,[1].

Fig. 1.1 Schema bloc generală a unui uscător convectiv ,[1] .

1.2 Regimurile de funcționare ale uscătoarelor convective

Analiza proceselor de uscare pentru realizarea unei conducerii automate care să satisfacă cele patru obiective prezentate anterior se va face pentru două regimuri de funcționare tipice instalațiilor de uscare convectivă cu capacițăti de producție mici si mijlocii: șarjă și semicontinuu.

Instalațiile de capacități mici tind sa înlocuiască marile instalații care necesită investiții mari, foarte greu de amortizat, și care sunt puternic dependente de variațiile inerente ale producției agricole.

1.2.1 Uscare în regim de șarjă

Regimul de uscare de tip șarjă este tipic uscătoarelor cu capacitate mica și mijlocie. El se caracterizează prin:

– materialul de uscat este dispus uniform pe casete care sunt poziționate în coloane fixe sau mobile pe cărucioare;

– aerul cald se introduce cu o temperatură si umiditate reglate automat, in funcție de programul de uscare;

– se măsoară temperatura și umiditatea la ieșire și se calculează cantitatea de apă extrasă din material care se deshidratează;

– se reglează raportul aer exterior/agent termic recirculat pentru controlul vitezei de uscare dU/dt si a temperaturii Tc la suprafața materialului de uscat.

1.2.2 Uscare în regim semicontinuu

Regimul de uscare de tip semicontinuu este tipic uscătoarelor cu capacitate mijlocie si mare. El se caracterizează prin:

– materialul de uscat este dispus uniform pe casete care sunt poziționate în coloane pe cărucioare ;

– circulația agentului de uscare și a cărucioarelor se face în contra-curent;

– periodic se scoate câte un cărucior cu materialul ajuns la umiditatea finală și, la celălalt capăt al uscătorului, se introduce un alt cărucior incărcat cu material proaspăt;

– aerul cald se introduce cu o temperatură si o umiditate reglate automat, constante pe parcursul ciclului de funcționare al instalației și specifice tipului de material de deshidratat si a modului de pregătire;

– se măsoară temperatura și umiditatea la ieșire și se calculează cantitatea de apă extrasă din material care se deshidratează;

– se reglează raportul aer exterior/agent termic recirculat pentru controlul vitezei de uscare dU/dt si a temperaturii Tc la suprafața materialului de uscat , [1].

1.3 Randamentul de uscare

Instalația de uscare convectivă, uscătorul, efectuează un proces de deshidratare și capacitatea sa de producție se măsoară în kg.apă/s sau kg.apă/h extrasă din materialul de uscat. Ca urmare din punct de vedere energetic procesul de uscare se caracterizează prin randamentul de uscare definit ca fiind randamentul corespunzător fazei de deshidratare in care se găseste produsul:

(1.1)

Relația (1.3.2) se poate exprima ca randament de uscare instantaneu în funcție de debitul de apă Dapa(t) extrasă din materialul de uscat și puterea termică Ptcon(t) utilizată în procesul de uscare:

(1.2)

Tabelul 1.1 Condiții de uscare convectivă pentru fructe în regim semicontinuu

Tabelul 1.2 Condiții de uscare convectivă pentru legume în regim semicontinuu

1.4 Măsurarea mărimilor care intervin în procesul de uscare

Pentru conducerea automată a proceselor de uscare convectivă a fructelor și legumelor uzual se măsoara următoarele mărimi:

– temperatura aerului exterior Taex (C);

– umiditatea relativă aex (%) a aerului exterior;

– temperatura aerului Taint (C) la intrare în camera de uscare;

– umiditatea relativă aint (%) a aerului la intrare in camera de uscare;

– debitul aerului Dav (m3/s) la intrare în camera de uscare;

– temperatura aerului Tarec (C) la ieșirea din camera de uscare ;

– umiditatea relativă arec (%) a aerului la ieșirea din camera de uscare;

– consumul de combustibil Ch (kg/h; m3/h) sau de energie termică Qcon (kW).

În cazul instalațiilor cu un nivel de automatizare mai ridicat se poate masura si masa de corpuri umede care intra în camera de uscare Mcint (kg).

Măsurarea on-line a mărimilor cu care se caracterizează calitatea produselor este foarte costisitoare sau imposibilă (incă!). Un exemplu este masurarea umidității materialului de uscat în timpul efectuarii procesului de uscare. Uzual aceasta implică preluarea de probe din camera de uscare în timpul efectuării procesului de uscare, ceea ce este posibil dar cu mari complicații constructive care conduc la costuri mari și la o fiabilitate scazută.

Măsurătorile referitoare la calitatea materialului uscat se fac of-line după terminarea procesului. Datele acumulate din seturi de experimente optimal organizate se prelucrează pentru a se obține legături funcționale suficient de precise pentru estimarea calitații produsului în funcție de modul în care se desfăsoara procesul de uscare. Aceste corelații, memorate în programele de uscare puse la dispoziție, fac posibilă conducerea optimală a proceselor de uscare și în funcție de criteriile de calitate, modalitate de conducere a proceselor de uscare foarte mult cercetată în prezent și cu aplicații din ce în ce mai numeroase în prelucrarea produselor alimentare , [2].

1.5 Mărimile de execuție ale proceselor de uscare convectivă

Pentru conducerea automată a proceselor de uscare se pot modifica următoarele mărimi de execuție cu care se poate influența evolutia proceselor:

– temperatura Taint de intrare în camera de uscare;

– umiditatea absolută Xaint a aerului la intrarea în camera de uscare;

– viteza medie vaer a aerului în camera de uscare.

În prezent se constată ca la uscarea în șarjă s-a reluat o mai veche modalitate de uniformizare a umidității materialului uscat care constă în schimbarea poziției relative a cărucioarelor în timpul unei șarje, astfel încât fiecare cărucior să treacă prin toate zonele termice ale camerei de uscare. Schimbarea sensului de circulație a aerului, care se practică la uscarea lemnului, este puțin utilizată deoarece implică complicații constructive majore care conduc la creșterea prețurilor de producție.

Numărul relativ mic al mărimilor de execuție implică necesitatea unor algoritmi de reglare complexi cu care să se poată obține performanțe tehnologice, energetice și economice ridicate, [2].

1.6 Modalități clasice de conducere automată a regimului de uscare

In cazul cel mai general se utilizează algoritmi de reglare clasici de tip PID, tripozițional și bipozițional, în funcție de tipul generatorului de energie termică care poate fi cu variație continuă sau discretă a puterii de incălzire.

Reglarea automată a temperaturii Taint a aerului la intrarea în camera de uscare se face cu un algoritm PID dacă se poate varia continuu puterea termică transmisă agentului de uscare. Dacă variația puterii termice este discretă, cazul tipic al arzătoarelor de combustibil lichid sau gazos, se utilizează un algoritm biopozițional simplu sau dublu, care însă produc oscilații periodice relativ mari ale parametrilor agentului de uscare la intrarea în camera de ardere contribuind la creșterea gadului de neliniaritate a procesului de uscare.

Reglarea automată a umidității absolute a aerului Xaint la intrarea în camera de uscare se face în camera de amestec în care se modifică raportul debitelor de agent de uscare recirculat Darec cu Xarec si de aer exterior Daex cu Xaex<Xarec care se amestecă pentru a se obține un debit Dam = Dav cu Xam(Xaex, Xarec). Pentru reglare se utilizează curent algoritmi tripoziționali; se pot utiliza si algoritmi PID care insă solicită mult mai mult servomotorul de acționare a clapetelor de amestec.

Reglarea automată a vitezei vaer a agentului de uscare în camera de uscare se face prin variația debitului Dav al ventilatorului din instalația de prelucrare a agentului de uscare. Se utilizează algoritmi de reglare PID cu care se comandă variația turației ventilatorului.

Deoarece circulatia aerului în uscător se face cu viteze relativ mici apar timpi morți de transport care contribuie substanțial la scăderea performanțelor de reglare în cazul utilizării algoritmilor clasici, fară predicție, [2].

1.7 Procesul de uscare convectivă obiect al conducerii automate

1.7.1 Aspecte generale

Pentru a se realiza algorimii de conducere automată evoluată si optimizarea tehnologică, energetică și economică se va stabili structura generală a sistemului care va fi controlat – uscător convectiv cu regim de functionare tip șarjă sau semicontinuu – precum și structura și componentele hard ale sistemului de conducere automată numerică. Se vor studia structurile cele mai generale pentru a se putea particulariza soluțiile intr-un cadru bine definit.

Deoarece nu se pot instala pe PLC-urile locale programe mari si puternice pentru calcule matematice: MathCAD, MathLAB etc.; se va urmări realizarea și utilizarea unor algoritmi simpli de optimizare a proceselor de uscare aplicabili pe un model simplificat al procesului de uscare, în care se includ și apectele de calitate finală: umiditate medie finală, uniformitate umiditate finală, activitate reziduală enzime, conținut substanțe active, capacitate de rehidratare.

Obiectivele proiectului și al acestei etape, prezentate pe larg în 1.1 sunt orientate spre procese de uscare în regim de șarja și în regim semicontinuu, variante care nu sunt utilizate în uscarea industrială de mare capacitate unde se preferă regimul continuu de uscare.

Având în vedere că proiectul prevede realizarea unui uscător cu 3…6 cărucioare și modernizarea unui uscător tunel care pot lucra atât în regim de șarjă cât și semicontinuu s-au analizat cu prioritate procesele de uscare tipice pentru acestea.

1.7.2 Procesul de uscare

Procesul de uscare convectivă se desfășoară într-o cameră de uscare a unui uscător convectiv.

Schema bloc a acesteia este prezentată in figura 1.2.

Fig. 1.2 Schema bloc a unei camere de uscare convectivă , [2].

Mărimile de ieșire măsurabile sunt:

temperatura aerului la recirculare Trec;

umiditatea relativă a aerului recirculat rec.

Perturbațiile sunt:

proprietătile fizico-chimice ale corpurilor la uscat.

Mărimile de stare specifice procesului sunt:

umiditatea absolută U (kg.a/kg.cus) a corpurilor;

temperatura Tc (C) a corpurilor la uscat;

suprafața specifică Sspec (m2/kg.cus) a corpurilor la uscat;

indicele de calitate IC (kg.sub/kg/cus).

Mărimile de execuție sunt:

debitul masic de aer uscat Dam;

temperatura aerului la intrare Taint;

umiditatea relativă a aerului la intrare aint.

Din raportul din etapa I-a al acestui raport științific reiese că scopul modelării este obținerea de informații despre modul în care variază mărimile de stare ale corpurilor în timpul procesului de uscare. A fost dezvoltat un model dinamic complex cu care se pot simula o mare varietate de procese de uscare, model care însa necesită o mare cantitate de calcule, nefiind util în conducerea în timp real a instalațiilor de uscare.

Din simulările efectuate rezultă că umiditatea primului sectorU[1] dintr-un rând de casete scade mult mai repede decât cea U[jmax] a ultimului sector. Variația umidității absolute medii a corpurilor Umed[i] din camera de uscare dă indicație despre nivelul mediu de deshidratare și despre masa de apă Mapa care a fost extrasă.

Modificarea parametrilor de intrare a agentului de uscare produce o variație în dinamica procesului de uscare, în dinamica modificării mărimilor de stare ceea ce reprezintă de fapt răspunsul dinamic al sistemului la un semnal de intrare.

În prima periodă de uscare, când se extrage apa liberă, procesele de transfer de masă și căldură sunt mai uniforme și se pot estima cu modele dinamice relativ simple. În perioada a II-a de uscare difuzivă neliniaritatea sistemului este foarte mare ceea ce face foarte dificilă obținerea unui model suficient de precis pentru a putea fi utilizat la conducerea predictivă.

Ca urmare pentru aceste tipuri de procese modelarea caracteristicii dinamice cu funcții de transfer nu reprezintă un model utilizabil, [2] .

1.7.3 Camera de amestec

Este formată din doua părți. Primul este pentru elementul de execuție format din clapete acționate cu un sevomotor integrator, care are ca mărime de intrare uXam și ca marime de ieșire raportul de recirculare krec. Deoarece procesul de modificare a proporției de recirculare este foarte lent neliniaritățile tipice ale organelor de execuție de tip clapetă nu influențeaza dinamica procesului de amestecare care este reglat automat:

(1.3)

Al doilea element este de tip cu timp mort de transport corespunzător intârzieri dintre intrarea în cameră și iesirea spre schimbătorul de căldură: (1.4)

unde:

(1.5)

urmând să se determine cu precizie valoarea volumului camerei de amestec VCA (m3), [2].

1.7.4 Schimbătorul de căldură

Pentru schimbătorul de căldură este necesar un model relativ simplu, rapid de identificat pentru un debit de aer constant, deci viteza masurată a aerului să fie relativ stabilizată, astfel încat să se poată achiziționa date cu care prin regresie polinomiala să se reactualizeze modelul cât mai aproape de funcționarea reală a schimbătorului de căldură.

Uscătorul este echipat cu toate traductoarele necesare pentru determinarea caracteristicii dinamice a schimbătorului de căldură: temperaturile aerului de la intrarea Tam și ieșirea Taint din schimbător, umiditatea absolută a aerului Xam, viteza măsurată pentru aer și consumul instantaneu de combustibil Ch. Cu aceste date se pot determina caracteristicile de randament F2SC(Dav) precum și F1SC(Dav) pentru coeficientul global de transfer convectiv SC, [2].

1.7.5 Ventilatorul

Pentru determinarea coeficientului global de rezistență aerodinamică Krez a întregului circuit al uscătorului se măsoară:

diferența de presiune pmas între ieșirea si intrarea ventilatorului (mm H2O);

frecvența curentului de alimentare a motorului ventilatorului (Hz);

turația efectivă a rotorului nmev (rot/min);

puterea electrică Pve consumată de ventilator (kWe);

viteza masurată a aerului vaerm (m/s);

temperatura Taint (grade C) si umiditate aint (%) a aerului.

Se reprezintă grafic funcția: pmas = Fv1(vaerm2) și se determină prin regresie liniară valoarea lui Krez care este panta dreptei. Dacă (R2) este sub 0,87 se va determina un alt model polinomial de gradul 2 sau 3 pentru Krez = Fv1(vaerm).

Fig. 1.3 Caracteristica adimensională a ventilatorului

Se calculează mărimile de stare ale aerului si valorile coeficienților adimemsionali și cu care prin regresie neliniară plolinomială se obține caracteristica = Fv2(). Un exemplu este prezentat in figura 1.3.

Cunoscând valorile pentru debit și diferență de presiune se calculează puterea utilă a ventilatorului Pv și, cunoscând puterea electrică consumată Pve, se poate determina caracteristica de randament V = Fv3(Pv) sub forma unui model polinomial, [2].

1.7.6 Canalele de aer

Caracteristica elementului cu timp mort din modelul generatorului de agent de uscare este valoarea timpului mort total GEN care este format din însumarea timpilor morți corespunzători fiecărui subsistem al generatorului. Deoarece timpul mort de transport depinde de viteza medie a aerului în generator, el depinde direct de valoarea debitului volumic Dav.

(1.6)

Pentru determinarea valorii VGEN se masoară toate volumele spațiilor prin care trece aerul în generator, acestea se însumează rezultând VGEN cu care se calculează valoarea timpului mort total, [2].

2

PREZENTARE USCĂTOR CONVECTIV DE TIP TUNEL

2.1 Aspecte generale

Tunelul de uscare legume și fructe tip tunel este o construcție din beton si cărămidă. Se compune din două tunele (unul deasupra celuilalt), în care tunelul principal este la nivelul solului. În tunelul principal avea loc procesul de uscare a legumelor si fructelor. Acestea se puneau în niște tăvi din lemn si apoi erau stivuite pe cărucioare ce se deplasau pe sine de-a lungul tunelului. În contact cu aerul fierbinte introdus în tunel se producea uscarea produselor. În tunelul secundar se producea aer cald prin diferite procedee incercate de-a lungul timpului.

Procesul de incălzire a aerului necesar uscării legumelor ăi fructelor în uscătorul tip tunel se execută într-un schimbător de căldura tip aer-aer. Pentru o circulație forțată a aerului se utilizează un ventilator, iar pentru dirijarea aerului sunt prevăzute camere si tubulaturi de aer. Aerul cald spală legumele sau fructele din tăvi. Datorită ventilatorului din circuit, aerul din tunelul principal este aspirat în camera de separație unde o parte din acesta este evacuat în atmosferă și restul în amestec cu aer proaspăt din camera de amestec trece prin ventilator pîna la schimbătorul de căldură. Aici aerul este încălzit și apoi este introdus în tunelul principal prin camera de aer cald.

În figura 2.1 este prezentată schema funcțională a unui uscător tunel ,[3].

Fig.2.1 Schema funcțională a uscătorului tunel

Fig.2.2 Uscător tunel modernizat – Godeni Argeș

Modernizarea uscatorului tip tunel, în varianta constructivă aleasă, presupune suspendarea tunelului secundar. Toată aparatura necesară procesului se va monta deasupra tunelului secundar.

Modernizarea cuprinde următoarele elemente:

– Ventilator tip VADF 1400/2. (furnizor BERIMPEX.SRL);

– Schimbător de căldură cu Arzător de gaz tip 55 PM/M-E.D7 (furnizor LAMBORGHINI);

– Camera de aer cald;

– Camera de separare;

– Camera de amestec;

– Tub intrare;

– Tub ieșire;

– Cărucioare;

– Casete.

Ventilatorul se montează pe un cadru din profile de oțel, ce se va fixa deasupra tunelului secundar. De el se vor fixa tubul de intrare și tubul de ieșire.

Schimbătorul de căldură este format din două incinte. Prima incintă este executată din tablă de inox refractar pe care arzătorul de gaz o incălzește. Gazele arse sunt evacuate in atmosferă printr-un coș. Incinta a doua este executată din tablă oțel inox prin care circulă aerul ce spală peretele primei incinte incălzindu-se trecînd apoi în camera de aer cald. Piesele de legătură cu camera de aer cald și tubul de ieșire sunt executate din profile de oțel inox. Schimbătorul de căldură este montat pe un cadru din profile de oțel și fixat deasupra tunelului secundar.

Camera de aer cald este executată din tablă de oțel inox montată pe un cadru din profile de inox. Piesele de legătură cu schimbătorul de caldură și tubul de ieșire este executat din profile de oțel inox. Aceasta preia aerul cald de la schimbătorul de căldura și-l introduce în tunelul de uscare. Pentru aceasta este necesar ca să se execute o spărtura în tavanul tunelului secundar identică cu cea din tavanul tunelului principal (de la capătul de ieșire).

Camera de separare este executată din tablă de oțel inox. Aceasta permite evacuarea unei parți din aerul, incărcat cu umiditate, în atmosferă și introducerea celeilalte părti în camera de amestec. Ea face trecerea de la spartura de la capătul de intrare al tunelului principal pîna deasupra tunelului secundar într-o spartură existentă în tavanul tunelului secundar.

Camera de amestec este executată din tablă de oțel inox. Aceasta se compune dintr-o cameră în care aerul din camera de separare este amestecat cu aer proaspăt cu ajutorul a două baterii de clapete comandate de un ACTUATOR tip ASM 124 F120. Camera de amestec este dotată și cu un coș de evacuare a aerului montat în continuarea incintei de evacuare a aerului din camera de separare. Aceasta se montează în continuarea camerei de separare pe un cadru de profile de oțel inox ce se va fixa pe tunelul secundar.

Tubul de intrare este executat din tablă de oțel inox cu piesele de legatură executate din profile de inox. Acesta face legatura dintre camera de amestec si ventilator.

Tubul de ieșire este format din:

– tub drept;

– tub ventilator;

– tub schimbător.

Tubul drept are sectiune dreptunghiulară si este executat din tablă de oțel inox cu piesele de legatură din profil de oțel inox. Acestea fac legatura dintre tubul ventilator și tubul schimbător, și între camera de aer cald si tubul schimbător, [3].

Are în compunere o clapetă comandată de un ACTUATOR tip ASM 124 F120, ce permite trecerea aerului de la ventilator direct în camera de aer cald.

Căruciorul este executat din profile de oțel ce se deplasează pe roți pe sinele din tunelul principal. Cărucioarele existente trebuiesc recondiționate.

Tava este executată din plasă de oțel inox cu rama de lemn de stejar și rama de profil de tablă de inox.

Garniturile dintre toate aparatele componente se va executa din cauciuc gros de 2mm cu o duritate 60SH, fixarea făcîndu-se cu asamblări cu șurub și piuliță.

2.3 Cărucior cu casete de uscare încărcate cu prune de uscat , [3].

2.4 Cărucior cu casete de uscare ,[3].

3

DIMENSIONARE USCĂTOR DE TIP TUNEL

3. Calculul principalilor parametri constructivi și funcționali

3.1 Date constructive

3.1.1 Suprafața de poziționare material de uscat

Materialul de uscat se poziționează pe 12 cărucioare pe care se pozitionează 2 coloane de casete de uscare cu următoarele caracteristici:

– dimensiuni:

1m x 0,7 m exterior

– suprafață utilă:

A cas = 0,96 x 0,66 =0,6336m2 ≈ 0,63 m2

– suprafață de poziționare pe un cărucior cu 54 casete:

A car = 54 x 0,63 = 34,2 m2

– suprafață de poziționare n modul bază cu 12 cărucioare:

Abaza= 12 x 34,2 m2 = 410 m2

– suprafața de calcul :

Abaza ≈ 400 m2

3.1.2 Spațiu circulație agent uscare

Se consideră că stratul de material de uscat poziționat pe casetă are o grosime de circa 20 mm mai rămâne un spațiu de 30 mm pentru trecerea aerului. Secțiunea liberă pentru trecerea aerului printre casetele stivuite pe un cărucior este:

S aer usc = (0,03 x 1,4) m2/rand x 32 rânduri = 1,386m2 ≈ 1,4 m2

-Secțiunea totală de trecere a aerului este de :

Svent = 1,4 m2

3.2 Parametri funcționali

3.2.1 Viteza si debitul de agent de uscare

Pentru regimul cel mai intens de uscare se alege o viteză maximă a aerului n ncinta de uscare :

v aer max = 6 m/s

și rezultă un debit maxim de :

D aer max = 6 m/s x 1,4 m2 = 8.4 m3/s = 30.240 m3/h 30.000 m3/h

D aer min = 30% D aer max 10.00 m3/h

Debitul masic de aer la 70 C și Xa =0,033 kg.a/kg.au va fi de :

Dm aer = 8.4 m3/s x (1,029+0,033) kg/m3 =8,902 10 kg/s

sau pentru condiții normale:

Dv aer = 10 kg/s /1,293 = 7,334 Nm3/s = 27.842 Nm3/h

Coeficient Reynolds pentru aceste condiții este:

Re = (Lc x va)/ = (15)/(210-5) = 2,5105

Unde : Lc este lungimea de parcurgere a aerului pe o casetă (m)

este coeficientul de vîscozitate cinematică al aerului (m2/s)

Valoarea criteriului Nusselt pentru curgere turbulentă este:

Nu = 0,664 Re 0,5 Pr 1/3 = 0,664 x (2,5x 105)0,5 x (0,7) 1/3 = 295

unde: pentru aer criteriul Prandl este:

Pr = 0,7 ,[4].

3.2.2 Parametri procesului de uscare

a. Coeficientul de transfer de căldură se calculează cu :

= (Nu x )/L = 295 x 3x 10-5/1 = 8,8510-3 (kW/m2K)

unde: λ este coeficientul de conductibilitate al aerului

Pentru uscarea materialelor de origine vegetală temperatura de intrare n camera de uscare este n medie de Tint = 65 oC.

Pentru faza intâi de uscare se acceptă o temperatură maximă la suprafață materialului Tsup =35oC.

b. Coeficientul de transfer de masă va avea valoarea :

= x (Tint – Tsup) /r = 8,85 x 10-3 x (70-35)/2355 = 1,69 x 10-4 (kg/m2s)

3.2.3 Suprafața de uscare a materialului

a. Mere tăiate cuburi de 1 cm3

– volum cub:

Vc = 1 cm3

– suprafața laterală cub:

Ac = 6 cm2

– masă cub:

Mc = 1 cm3 x 1,2 g/cm3 = 1,2 g/cub

– suprafața de uscare pentru 1 kg mere tăiate:

A spec = 6 x 10-4 m2/cub x 1000g/1,2 g/cub = 0,500 m2/kg mere

Se ia n considerare o densitate de încărcare pe casete de : 10 kg/m2

Masă șarjă n modul de bază:

Mșarjă = 400 x 10 ≈ 4000 kg/șarjă

Suprafața de uscare a materialului dintr-o șarjă:

Ausc ef = Mșarjă x A spec = 4000 x 0,500 = 2000 m2

Coeficientul de acces la suprafața de uscare: kunif 0,5, deci rezulta pentru calcul o suprafață estimată la :

Acf usc1 1000 m2

b. Mere tăiate în rondele

Rondela medie are dimensiunile :

-diametrul interior : Di = 1cm

-diametrul exterior: De = 4 cm

-grosime rondelă: s = 0,5 cm

-suprafață rondelă:

Arond = π∙[ 2∙(De2 – Di2)/4+ De∙s] = 30 cm2

-.volum rondelă:

Vrond = 5,9 ≈ 6 cm3

-.masă rondelă:

Mrond = 6 x 1,2 = 7,2 g/rondela

-.aria specifică:

A spec = 30 x 10-4 m2 x 1000g/7,2 g/rondela = 0,416 m2/kg

-.numar de rondele:

Nrond = 400 m2/0,0015 m2 = 26.666 rondele

-.arie uscare totală:

Așarjă = 26.666 x 0,0030 = 800 m2

-.coeficient de utilizare a suprafeței de uscare:

Ksup usc ≈ 0,75

-.suprafața de uscare estimată:

Ausc ef ≈ 600 m2 ,[4].

c. Umiditate material de uscat

Umiditatea relativă a merelor la intrare n procesul de uscare :

φi = 85%

Umiditatea absolută la intrare n uscare:

Ui = 5,73 kg a/kg mus

Umiditatea relativă a merelor la ieșirea din procesul de uscare :

φe = 20%

Umiditatea absolută la intrare n uscare:

Ue = 0,25 kg a/kg mus

Umiditatea critică de uscare se estimează la Ucr ≈ 0,56∙Ui =3,2 kg a/kg mus ,[4].

3.2.4 Parametrii agent de uscare

Pentru temperatura la suprafața materialului de uscat de Tus = 35 oC conținutul n apă la saturație este de xe= 0,037052 kg a/kg au. Rezultă că umiditatea absolută a aerului la intrare trebuie sa fie:

xi = xe- Sef/Dm aer = 0,037052 – 8,85 x 10-5 x 1000/6,4 = 0,02322 kg a/kg au

Se poate calcula care este coeficientul maxim de recirculare agentului de la ieșire:

Cu datele existente se poate calcula temperatura estimată a aerului la ieșire:

Te = Ti – (xe-xi) r /Caer = 65 – (0,037052-0,02322)∙ 2355/1,026 =56,36 ≈ 38,25oC

T =Te – Ti ≈ 31,75oC

Entalpia aerului la ieșire din camera de uscare este :

hies = 150,42 kJ/kg au

Entalpia aerului la intrare în camera de uscare este:

hint = 150,4 kJ/kg au

Entalpia aerului exterior introdus n procesul de amestecare este:

hex = 36,29 kJ/kg au

Puterea termică necesară pentru pregătirea agentului de uscare:

Pentru un coeficient de recirculare mai mic, krec = 0,50 va fi necesară o putere termică de:

Valoarea calculată pentru puterea termică necesară pentru pregătirea agentului de uscare justifică valoarea aleasă pentru puterea termică nominală a uscătorul de fructe și produse vegetale de medie capacitate, [4].

3.3 Parametri funcționali

3.3.1 Viteza si debitul de agent de uscare

Pentru regimul cel mai intens de uscare se alege o viteză maximă a aerului n ncinta de uscare :

v aer max = 5 m/s

și rezultă un debit maxim de :

D aer max = 4 m/s x 1,2 m2 = 4,8 m3/s = 17.280 m3/h

D aer min = 30% D aer max = 5184 m3/h

Debitul masic de aer la 70 C și Xa =0,033 kg.a/kg.au va fi de :

Dm aer = 4,8 m3/s x (1,029+0,033) kg/m3 =5,0592 5,1 kg/s

sau pentru conditii normale:

Dv aer = 5,1 kg/s /1,293 = 3,944 Nm3/s = 14.200 Nm3/h

Coeficient Reynolds pentru aceste condiții este:

Re = (Lc x va)/ = (14)/(210-5) = 2105

Unde: Lc este lungimea de parcurgere a aerului pe o casetă (m)

este coeficientul de viscozitate cinematică al aerului (m2/s)

Valoarea criteriului Nusselt este:

Nu = 0,664 Re 0,5 Pr 1/3 = 0,664 x (2x 105)0,5 x (0,7) 1/3 = 264

unde: pentru aer criteriul Prandl este: Pr = 0,7 , [4].

3.3.2 Parametri procesului de uscare

a.Coeficientul de transfer de căldură se calculează cu :

= (Nu x )/L = 264 x 3x 10-5/1 = 810-3 (kW/m2K)

unde: λ este coeficientul de conductibilitate al aerului

Pentru uscarea materialelor de origine vegetală temperatura de intrare n cameră de uscare este n medie de Tint = 65 oC.

Pentru faza intâi de uscare se acceptă o temperatură maximă la suprafață materialului Tsup =35oC.

b.Coeficientul de transfer de masă va avea valoarea :

= x (Tint – Tsup) /r = 8 x 10-3 x (65-35)/2500 =9,6 x 10-5 (kg/m2s)

3.3.3 Suprafața de uscare a materialului

a. Mere tăiate cuburi de 1 cm3

– volum cub:

Vc = 1 cm3

– suprafața laterală cub:

Ac = 6 cm2

– masa cub:

Mc = 1 cm3 x 1,2 g/cm3 = 1,2 g/cub

– suprafața de uscare pentru 1 kg mere tăiate:

A spec = 6 x 10-4 m2/cub x 1000g/1,2 g/cub = 0,500 m2/kg mere

Se ia n considerare o densitate de încărcare pe casete de : 8 kg/m2

Masă șarjă n modul de bază:

Mșarjă = 100 x 8 = 800 kg/șarjă

Suprafața de uscare a materialului dintr-o șarjă:

Ausc ef = Mșarjă x A spec = 800 x 0,500 = 400 m2

Coeficientul de acces la suprafața de uscare: kunif 0,5, deci rezulta pentru calcul o suprafață estimată la :

Acf usc1 200 m2

b. Mere tăiate în rondele

Rondela medie are dimensiunile :

– diametrul interior :

Di = 1cm

– diametrul exterior:

De = 4 cm

– arie ocupata pe caseta:

Autil = 15 cm2=0.0015 m2/rondela

– grosime rondelă:

s = 0,5 cm

– suprafață rondelă:

Arond = π∙[ 2∙(De2 – Di2)/4+ De∙s] = 30 cm2

– volum rondelă:

Vrond = 5,9 ≈ 6 cm3

– masă rondelă:

Mrond = 6 x 1,2 = 7,2 g/rondela

– aria specifică:

A spec = 30 x 10-4 m2 x 1000g/7,2 g/rondela = 0,416 m2/kg

– numar de rondele:

Nrond = 100 m2/0,015 m2 = 6666 rondele

– arie uscare totală:

Așarjă = 6666 x 0,030 = 200 m2

– coeficient de utilizare a suprafeței de uscare:

K sup usc ≈ 0,75

– suprafața de uscare estimată:

Ausc ef ≈ 150 m2 ,[4].

c. Umiditate material de uscat

Umiditatea relativă a merelor la intrare n procesul de uscare :

φi = 85%

Umiditatea absolută la intrare n uscare:

Ui = 5,73 kg a/kg mus

Umiditatea relativă a merelor la ieșirea din procesul de uscare :

φe = 20%

Umiditatea absolută la intrare n uscare:

Ue = 0,25 kg a/kg mus

Umiditatea critică de uscare se estimează la Ucr ≈ 1,5 kg a/kg mus ,[4].

3.3.4 Parametrii agent de uscare

Pentru temperatura la suprafața materialului de uscat de Tus = 35 oC conținutul n apă la saturație este de xe= 0,037052 kg a/kg au

Rezultă că umiditatea absolută a aerului la intrare trebuie să fie:

xi = xe- Sef/Dm aer = 0,037052 – 9,6 x 10-5 x 200/5,1 = 0,03329 kg a/kg au

Se poate calcula care este coeficientul maxim de recirculare agentului de la ieșire:

Cu datele existente se poate calcula temperatura estimată a aerului la ieșire:

Te = Ti – (xe-xi) r /Caer = 65 – (0,037052-0,03329)∙ 2355/1,026 =56,36 ≈ 56,4oC

T =Te – Ti ≈ 8,6oC

Entalpia aerului la iesire din camera de uscare este :

hies = 150,42 kJ/kg au

Entalpia aerului la intrare in camera de uscare este:

hint = 150,4 kJ/kg au

Entalpia aerului exterior introdus n procesul de amestecare este:

hex = 36,29 kJ/kg au

Puterea termică consumată pentru pregătirea agentului de uscare:

Pentru un coeficient de recirculare mai mic, krec = 0,50 va fi necesara o putere termică de:

Rezultă o putere specifică de 1,5 kWt/m2 casetă, valoarea care se incadrează in domeniul uzual pentru uscătoare de fructe și produse vegetale , [4].

3.4 SCHIMBĂTORUL DE CĂLDURĂ

3.4.1 Aspecte generale

Generatorul de energie termică este un schimbător de căldură cilindric de suprafață de tip gaze de ardere-aer.

Mecanismul schimbului de căldură la acest tip de aparat, între două fluide separate printr-un perete despărțitor, se desfășoară astfel:

între fluid și perete prin convecție și radiație la temperaturi înalte;

prin perete prin convecție termică.

Considerarea acestor procese se face prin definirea coeficientului global de transfer de căldură, cu ajutorul căruia se determină debitul de căldură schimbat între cele două fluide:

Q=kStm=k1ltm

Unde:

k – coeficientul global de schimb de căldură în cazul peretelui plan;

k1 – coeficientul global de schimb de căldură in cazul peretelui cilindric.

Căldura cedată de fluidul primar (gazele arse) n schimbătorul de căldură este:

Q1=m1cp,1(t1i-t1f)

Căldura primită de fluidul secundar (aer) în schimbătorul de căldură este:

Q1=m2cp,2(t1f-t1i)

Unde:

t1i, t1f sunt tempereturile inițială, respectiv finala ale fluidului primar;

t2i, t2f sunt tempereturile inițială, respectiv finala ale fluidului secundar;

cp,1, cp,2 sunt căldurile speficice la presiune constantă ale celor două fluide.

Ecuația de bilanț termic este:

Q1=Q2+Qp=Q2/sc

Unde sc este randamentul schimbătorului de căldură, Qp este căldura pierdută către mediul ambiant, considerată ca fiind maxim 10% din Q1.

Coeficientul global de schimb de căldură în cazul suprafețelor cilindrice este:

unde:

1, 2 sunt coeficinții superficiali de schimb de căldură de la fluidul primar la perete, respectiv de la perete la fluidul secundar, în W/m2K;

p este coeficientul de conductibilitate termică al materialului peretelui despărțitor, în W/mK;

Rsd,i, Rsd,e sunt rezistențele termice ale depunerilor pe peretele interior, respectiv exterior.

Diferența de temperatură medie logaritmică depinde de modul de circulație al fluidelor prin aparat, și se determină cu relația:

în care diferențele tmax și tmin sunt:

pentru circulație în echicurent:

tmax=t1i – t2i ;

tmin=t1f – t2f ;

pentru circulație în contracurent:

tmax=t1f – t2i ;

tmin=t1i – t2f ;

Pentru aparatele cu o schemă de circulație mai complicată, în curent încrucișat sau curent mixt, diferența de temperatură medie se calculează cu ajutorul unui factor de corecție :

tm CI (CM)=tm CC;

unde tm CC este diferența medie de temperatură pentru circulația în contracurent.

Factorul de corecție este de forma

=f(P, R, schema de curgere)

unde parametrii termici P și R sunt dați de relațiile:

P=(t2f – t2i)/(t1i – t2i)

R=(t1i – t1f)/(t2f – t1i)

Factorul P reprezintă raportul dintre încălzirea agentului secundar și diferența dintre tempetaturile agenților termici primar și respectiv secundar.

Factorul R reprezintă raportul dintre răcirea agentului primar și încălzirea agentului secundar , [4].

3.4.2 Dimensionarea schimbătorului de căldură

Soluția constructivă aleasă pentru schimbătorul de căldură de 600 kwt este prezentată în figura 3.1.

Figura 3.1. Schema constructiva a schimbătorului de căldură

Părți: componente 1 – coș de evacuare gaze arse; 2 – camera de ardere; 3 – spațiu de trecere a aerului între focar și canalul de gaze; 4 – canal de gaze; 5 – spațiu de trecere a aerului între canalul de gaze și carcasă

Calculul de dimensionare se face pe baza urmatoarelor date:

puterea termică a schimbătorului Psc= 600 kW;

debitul de aer la 80 C Daer=17.280 m3/h;

grosimea peretelui focarului gF=2,5 mm;

grosimea pereților canalului de gaze gG= 1,5 mm;

grosimea peretelui exterior (carcasă) gex= 1,5 mm;

puterea de încărcare volumică a camerei de ardere Pspecv=980 kW/m3;

puterea de încărcare pe secțiune a camerei de ardere Pspecs=1645kW/m3;

randamentul sc=0,9;

aria schimbătorului la 25 kW/m2 Asc=Psc/25=6 m2;

puterea calorică a motorinei PCI=42000 kJ/kg;

Consumul orar de combustibil se calculează cu relația:

Ch= (Psc3600/PCI)/(sc0,95)

Ch= (1503600/42000)/(0,90,95)=15,037 kg/h

Debitul normal de combustibil în schimbător:

DgN=Ch17,11/3600

DgN=15,03717,11/3600=0,0714 Nm3/s

Debitul volumic mediu al aerului cald în schimbător la o temperatură Tamed=60C este:

Dav=Daer(273+Tamed)/273

Dav=17200(273+60)/273=20980,22 m3/h

Secțiunea de trecere a aerului prin schimbător pentru o viteză medie estimată a aerului vaer=20 m/s:

Saer=Dav/(vaer3600)

Saer=20980,22/(203600)=0,291 m2

Această secțiune se compune din secțiunea ineleră dintre focar și canalul de gaze și secțiunea inelară dintre canalul de gaze și carcasa schimbătorului. Cum cea mai mare parte a schimburilor de căldură au loc în secțiunea vecină focarului, aceasta o vom considera ca reprezentând 70% din secțiunea totală. Notând cu SaF secțiunea ce înconjoară focarul și cu SaG secțunea de trecere a aerului între canalul de gaze și carcasă, avem:

SaF=70%Saer=70%0,291=0,203 m2

SaG=Saer – SaF=0,291 – 0,203=0,088 m2

Volumul camerei de ardere:

VCA=Psc/(0,8Pspecv)

VCA=150/(0,8980)=0,191 m3 ,[4].

3.4.2.1 Diametrul focarului

Secțiunea focarului:

SF=Psc/(0,8Pspecs)

SF=150/(0,81645)=0,114 m2

Dar secțiunea focarului este SF=DF2/4 , de unde rezultă diametrul de calcul al focarului:

Din considerente tehnologice alegem secțiunea focarului DF=0,4 m.

Cu acest diametru recalculăm secțiunea focarului:

SF=dF2/4=0,42/4=0,1256 m2

Lungimea de calcul a camerei de ardere:

LCA=VCA/SF

LCA=0,191/0,1256=1,52 m

3.4.2.2 Diametrul interior al canalului de gaze arse se calculează considerând că secțiunea tranvessală a cilindrului este formată din secțiunea trasversală a focarului SF plus secțiunea inelară de trecere a aerului SaF:

Alegem dgi=0,65 m.

Recalculăm secțiunea de trecerea aerului:

SaF=(dgi2 – dF2)/4

SaF=(0,652 – 0,42)/4=0,206 m2

Cunoscând temperatura de ieșire a gazelor din focar,TgeF=800C, calculăm debitul gazelor la ieșirea din focar:

DgeF=DgN(1+TgeF/273)

DgeF=0,0714(1+800/273)=0,28 m3/s

Viteza medie a gazelor la ieșirea din focar:

vgeF=DgeF/SF

vgeF=0,28/0,1256=2,23 m/s

Considerăm că în canalul de gaze viteza medie a gazelor este vgG=10 m/s, iar temperatura medie a gazelor este TgGmed=480C. În aceste condiții debitul mediu de gaze prin canal este:

DgGmed=DgN(1+TgGmed/273)

DgGmed=0,0714(1+480/273)=0,197 m2

Secțiunea canalului este:

SgG=DgGmed/vgG

SgG=0,197/10=0,0197 m2

Dar, în același timp, secțiunea se poate calcula:

SgG=[(dge – 2gG)2 – (dgi + 2gG)2]/4

De unde rezultă diametrul exterior al canalului de gaze:

Alegem dge=0,73 m.

Recalculăm secțiunea canalului:

SgG=[dge – 2gG)2 – (dgi + 2gG)2]/4

SgG=[(0,73 – 20,0015)2 – (0,65 + 20,0015)2]/4=0,0802 m2

Secțiunea transversală cuprinsă între pereții carcasei este:

Sex=Dge2/4 + SaG

Sex=0,732/4 + 0,088 = 0,506 m2

Diametrul interior al carcasei:

Alegem dex = 0,805 m.

Considerând că în trecerile de gaze dintre focar si canalul de gaze viteza medie a gazelor este vgtr = 10 m/s, și trecerile sunt în număr de șase, secțiunea unei treceri este:

Str = DgeF/(vgtr6)

Str = 0,28/(106) = 0,004 m2

Dacă considerăm secțiunea aceasta formată dintr-un dreptunghi de lățime a și un triunghi isoscel de înălțime tot a , lungimea totală fiind ltr=0,2 m,secțiunea va fi:

Str = a(ltr – a) +0,5a2

Rezolvând ecuația de ordinul II : 0,5a2 + 0,2a – 0,004=0

obținem lățimea trecerii a=0,032 m și rotunjim la a = 0,04 m.

Camera de ardere nu este în totalitate cilindrică. Pentru a evita lovirea flăcării de perete, lângă arzător camera de ardere are o formă tronconică. Considerăm ca înălțimea trunchiului de con este Hcon=dF=0,4 m, diametrul bazei mari este dF iar diametrul bazei mici este de 0,25 m.

Generatoarea trunchiului de con este:

Aria laterală a trunchiului de con:

Acon = Gcon(dF + 0,25)/2

Acon = 0,427(0,4 + 0,25)/2 = 0,435 m2

Suprafața cilindrică însumată a focarului și canalului de gaze:

Scil = Asc – Acon

Scil = 6 – 0,435 = 5,565 m2

Lungimea zonei inelare de trecere a aerului printre focar si canalul de gaze, care este și lungimea canalului de gaze, este:

Lcil = Scil/(dF + dgi + dge)

Lcil = 5,565/(0,4 + 0,65 + 0,73) = 0.995 m

Rotunjim la Lcil = 1 m.

Secțiunea de aspiratie a aerului în schimbător o considerăm pătrată de latură ltraer, și cunoscând debitul de aer ce trece prin schimbător și viteza aerului prin această secțiune de 30 m/s, calculăm ltraer:

Rotunjim la ltraer = 0,4 m.

Pentru a putea încadra această trecere în corpul schimbătorului, lungim cilindrul focarului cu 0,2 m , obținând asfel o lungime a acestuia

lcilF = lcil +0,2 = 1+0,2 =1,2 m.

Viteza medie a gazelor în cosul de evacuare a gazelor arse este estimată vgcoș=8m/s, iar temperatura medie de evacuare la valoarea de 250C. În aceste condiții avem:

Debitul de gaze arse la evacuare:

Dgev = DgN(1 + 250/273)

Dgev = 0,0714(1 + 250/273) = 0,137 m3/s

Secțiunea coșului:

Scoș = Dgev/vgcoș

Scoș = 0,137/8= 0,0171 m2

Diametrul coșului:

Rotunjind, avem dcoș = 0,15 m

3.4.2.3 Masa schimbătorului, fără a lua în calcul masa izolației si a elementelor de sprijin și fixare, este compusă din masa focarului, masa canalului de gaze și masa carcasei.

Aria totală a focarului cu capac este compusă din aria laterală a trunchiului de con, aria capacului de fund și aria capacului de la arzător:

AF = Acon +dFlcilF + dF2/4 + 0,252/4

AF = 0,435+0,41,2 + 0,42/4 + 0,252/4= 2,11 m2

Focarul este din inox. Masa focarului:

MF = AFgF7800

MF = 2,110,00257800 = 41,3 kg

Aria totală a canalului de gaze cu capac este compusă din aria peretelui interior, aria peretelui exterior și aria capacului de fund:

AG = dgilcil +dgelcil + (dge2 – dgi2)/4

AG = 0,651 +0,731 + (0,732 – 0,652)/4 = 4,422 m2

Canalul de gaze este confecționat din oțel laminat de cazane OLK. Masa canalului de gaze:

MG = AGgG7800

MG = 4.4220,00157800 =51,74 kg

Aria totală a carcasei schimbătorului este:

Aex = dex(Hcon +lcilF) +dex2/4

Aex = 0,805(0,4 +1,2) +0,8052/4 = 4,55 m2

Carcasa este confecționată din OL37. Masa carcasei:

Mex = Aexgex7800

Mex = 4,550,00157800=53,3 kg.

Masa schimbătorului este:

Msc= MF + MG + Mex

Msc= 41.3 + 51,74 + 53.3 = 146,34 kg.

3.5 VENTILATORUL

3.5.1 Parametri principali

La alegerea ventilatoarelor din cataloage trebuie avut în vedere faptul că datele prezentate sunt, în general, pentru următoarele condiții ale aerului:

presiune barometrică p0=760mm Hg;

temperatura t0=20°C;

altitudinea: nivelul mării;

densitatea q0=1,2 kg/m3 a aerului în aspirație.

Pentru alegerea ventilatorului, trebuie să ținem cont de următoarele:

viteza minimă a aerului este de 2 m/s;

debitul minim de aer este de 6700 m3/h sau 111,66 m3/min;

presiunea minimă este de 130 Pa sau 13,5 kgf/m2;

temperatura de lucru este de aprox. 65° C.

nivelul de zgomot 58 dB.

Ținând seama de aceste condițiivom folosi un ventilator din seria VSDT, serie de ventilatoare radiale silențioase dublu aspirante tipizate cu randamente mari care sunt utilizate pentru aspirarea aerului cu temperaturi maxime de 900C și cu presiune scăzută.

Tipul ventilatorului este VSDT 5, cu următoarele caracteristici:

Turația ventilatorului 900 rot-min

Puterea la axul motorului 10 kW

Presiunea 400-450 Pa

Nivelul de zgomot admisibil +3dBA

Masa netă (fără masa motorului electric) 161 kg

Randamentul ventilatorului 65 %

În funcție de debitul de aer necesar Daer=20000 m3/s alegem din diagrama de curbe caracteristice a seriei de ventilatoare radiale silențioase dublu aspirante VSDT reprezentată în figura 3.2 ventilatorul folosit.

Figura 3.2 Curbe caracteristice ρaer=1,2 kg/m3

Construcția ventilatorului este prezentată în schita din figura 3.3

Dimensiunile acestui ventilator sunt:

Dr=500 mm, diametrul de rotație al paletelor

b=630 mm, lățimea gurii de refulare;

h=500 mm, înăltimea gurii de refulare;

Figura 3.3 Construcția ventilatoarelor din seria VSDT

3.5.2 INTREȚINEREA VENTILATORULUI

Lucrările de întreținere vor fi executate numai de către personalul care are o calificare corespunzătoare și care, în prealabil cunoaște instrucțiunile de exploatare proprii fiecărui tip de ventilator și a accesoriilor aferente, instrucțiuni care se livrează de către furnizorul ventilatorului odată cu acesta.

Astfel, se vor lua următoarele măsuri de întreținere:

ventilatorul va fi periodic (o dată pe lună sau la 500 ore de funcționare) oprit pentru a se controla starea de uzură a rotoarelor sau a se curăța depunerile de pe rotor sau carcasă. Curățirea se va face cu jet de apă, cu peria de sârmă sau cu jet de nisip;

tot la 500 de ore se va asigura ungerea lagărelor ventilatorului cu un lubrifiant tip ulei (K120 sau K150 STAS 1195-75) sau cu un lubrifiant tip unsoare consistentă (UM170LiCa2 sau UM175LiCa3 STAS 8789-71) care au un domeniu de funcționare între -30°C și +120°C, putând fi folosite în medii cu umezeală;

Pe timpul funcționării se va urmări:

funcționarea ventilatorului trebuie să fie fără zgomote anormale sau vibrații puternice în condițiile unui montaj și centraj efectuat corect;

temperatura lagărelor, motorului și a ventilatorului trebuie să nu crească peste o temperatură limită, prescrisă de fabricant;

păstrarea ordinii și curățeniei.

În următoarele cazuri se ia hotărârea de oprire imediată a ventilatorului:

apariția bruscă a vibrațiilor foarte mari;

fum sau miros de ars la un motor sau la lagărele ventilatorului;

încălzire peste limita admisă a suprafeței carcasei motorului sau a lagărelor ventilatorului;

zgomote mari în ventilator;

când din cauze oarecare, continuarea funcționării ventilatorului ar putea periclita integritatea instalațiilor din jur, [4].

4

NORME DE IGIENĂ A USCĂRII LEGUMELOR ȘI FRUCTELOR.ÎN

USCĂTOARELE DE TIP TUNEL

4.1 Aspecte generale

Stabilirea unui sistem care să asigure:

-întreținere și igienizare adecvate ale spațiilor din unitățile de deshidratare a legumelor și fructelor;

-ținere sub control a dăunătorilor;

-monitorizare a eficacității procedurilor de mentenanță și igienizare.

-gestiune a deșeurilor;

-eficientizare a ținerii sub control a pericolelor, dăunătorilor și altor agenți care pot contamina alimentele, [9].

4.2 Operatii de igienizare

4.2.1 Igienizare a depozitelor de materii prime

Igienizarea depozitelor de materii prime este obligatorie pentru menținerea calității produselor păstrate în aceste spații. Spațiile nepregătite, necurățite și nedezinfectate nu pot să asigure condiții optime de păstrare și devin surse de infecție pentru legumele și fructele proaspete care se păstrează.

Repararea construcției se face după fiecare campanie de depozitare. Este necesar să se facă o revizie generală a construcției și a instalațiilor aferente acesteia și, concomitent cu acestea, se execută repararea interiorului, a ușilor, pardoselii etc.

Combaterea rozătoarelor se execută numai atunci cand în depozit nu există produse comestibile. Operațiunea constă în astuparea căilor de acces și din distrugerea rozătoarelor cu ajutorul unor substanțe specifice. Pentru combaterea rozătoarelor sunt utilizate mijloace mecanice (capcane metalice), chimice (aplicarea momelilor pe bază de substanțe chimice admise a fi folosite în industria alimentară) sau chiar mijloace moderne cu ultrasunete.

Este admisă utilizarea rodenticidelor avizate de Ministerul Sănătății, în conformitate cu normele Uniunii Europene.

Manipularea, distribuirea lor se fac de către personal autorizat, bine instruit sau de persoane aflate sub controlul riguros al unui personal calificat, sau de către firme specializate, prin contracte de prestări servicii.

Curățenia spațiilor de depozitare constă în înlăturarea tuturor surselor de infecție: adunarea resturilor de produse putrezite, perierea suprafețelor mucegăite de pe tavan și pereți, măturarea și spălarea pardoselilor.

Dezinfectarea spațiilor de depozitare constă în aplicarea, pe suprafețele atacate de mucegai, a unei soluții de sulfat de cupru 2 %, cu ajutorul unei pompe de stropit.

Pardoselile se spală cu o soluție de sodă calcinată 4 % sau cu apă clorinată (2 % clor). Pereții și tavanul se stropesc cu o soluție de lapte de var la care s-a adăugat clor în proporție de 2 %.

De asemenea, dezinfectarea spațiilor de depozitare se poate realiza și cu ajutorul razelor ultraviolete sau al ozonului.

Pentru dezinfectarea ambalajelor și a paletelor se utilizează tratamente aplicate prin imersie în soluție de sodă calcinată 4 % și soluție de sulfat de cupru 1 %.

Verificarea și repararea utilajelor se realizează pe baza unui plan general de remont. Această lucrare se referă atât la instalațiile de producere a frigului, cât și la cele de condiționare, transport interior, ambalaje, cântare, aparate de măsură și control etc.

De asemenea, se verifică și se repară paletele și ambalajele ,[9].

4.2.2 Igienizare a spațiilor de lucru, echipamentelor și ustensilelor

Igienizarea implică următoarele operații: spălarea, dezinfecția dezinsecția și deratizarea. Pentru a avea eficacitate maximă spălarea și dezinfecția trebuie să se desfășoare continuu, dar, mai intens, imediat după oprirea lucrului. Totodată, durata și modul de execuție ale curățirii nu trebuie să stânjenească operațiile de producție, dar nici să fie neglijate. Se recomandă succesiunea operațiilor de curățire și dezinfecție ale utilajelor, după schema din figura 1.

Îndepărtarea surselor de dezvoltare a microorganismelor (resturi vegetale) se face cu ajutorul apei și a mijloacelor fizice și mecanice.

Pentru mărirea eficacității acestor mijloace se folosesc agenți chimici de spălare (detergenți), care slăbesc forțele de atracție dintre depozitul de murdărie și suprafața la care aderă.

Pentru spălare, cele mai eficiente sunt amestecurile de substanțe alcaline, acizi, agenți activi de suprafață, tensioactivi, polifosfați etc.

Spălarea utilajelor, meselor de lucru, ustensilelor se vor face cu apă călduță (40 – 45°C), cu adaos de sodă calcinată 1 – 2 % și detergenți anionici 1 – 2 %.

Figura 4.1. Schema operațiilor de spălare și dezinfecție , [9].

Dezinfecția trebuie efectuată numai după spălarea perfectă a suprafețelor, deoarece orice reziduuri de substanțe organice prezente pe acestea, reduc eficacitatea germicidă a dezinfectanților.

Substanțele dezinfectante trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

-să nu fie toxice pentru om la dozele care se utilizează;

-să nu imprime miros și gust produselor alimentare;

-să nu fie periculoase de manipulat;

-să nu aibă acțiune corozivă;

-să fie solubile în apă;

-să aibă efect antimicrobian, indiferent de duritatea apei în care se solubilizează;

-să aibă efect bactericid cât mai mare;

-să aibă o bună capacitate de pătrundere.

Compușii clorului sunt cei mai des utilizați dintre dezinfectanți. Acționează rapid și nu lasă reziduuri. Sunt mai puțin eficienți în mediu bazic (pH >8,3) și sunt rapid inactivați în prezența materiilor organice (în caz de curățare chimică necorespunzătoare). Acești compuși sunt corozivi pentru metale și pot irita pielea.

Compușii cu clor mai importanți sunt:

Clor lichid care se prezintă ca un lichid limpede de culoare galben – verzuie, care conține 99,5 % clor activ și care se livrează în butelii de oțel sub presiune.

Se recomanda la clorinarea apei cu folosirea aparaturii de clorinare.

Hipoclorit de sodiu sub formă lichidă, având 12 % clor activ. Hipocloritul de sodiu este stabil în soluții slab alcaline (pH 7– 9) și actiunea lui dezinfectantă nu este influențată de duritatea apei. Nu lasă reziduu activ, este antimicrobian cu spectru larg de acțiune, inclusiv față de spori și virusuri. Este corosiv, cu acțiune iritantă pentru piele și ochi. Este inactivat de substanțele organice. Poate decolora suprafețele din material plastic.

Fosfatul de sodiu clorinat sub formă de pulbere este, de asemenea, o sursă de clor activ.

Este admisă utilizarea și altor substanțe pentru dezinfecție avizate de Ministerul Sănătății, în conformitate cu normele Uniunii Europene.

Operațiile de spălare și dezinfecție se fac, zilnic, între schimburi sau la sfârșitul programului de lucru.

Tăvile de uscare se vor spăla prin frecare cu o soluție caldă de sodă calcinată – detergent 2 %, după o înmuiere prealabilă. Apoi se clătesc cu apă, se dezinfectează cu o soluție clorigenă 1-2 %, se clătesc din nou și se usucă.

Pereții impermeabilizați și pavimentul se vor spăla cu apă caldă sodată, cu sau fără adaos de detergenți, iar periodic se vor dezinfecta cu soluții clorigene.

Recipientele de colectare a deșeurilor se vor spăla cu apă caldă sodată în amestec cu detergenți, apoi, se dezinfectează cu o soluție clorigenă de concentrație 5 – 10 %.

Platformele de depozitare a recipientelor de colectare a deșeurilor se spală cu jet de apă, apoi, se dezinfectează cu o soluție clorigenă de concentrație 5 – 10 %.

Sifoanele de canalizare se curăță, se spală și se dezinfectează, periodic, cu soluție clorigenă de concentrație 5 – 10 %.

Ambalajele recuperabile se spală cu apă caldă sodată în amestec cu detergenți, după care de clătesc cu apă ,[9].

4.2.3 Igienizare a spațiilor de condiționare și ambalare ale legumelor și fructelor deshidratate

Spațiile de condiționare și ambalare ale legumelor și fructelor deshidratate trebuie igienizate, permanent, prin spălarea, dezinfecția și uscarea benzilor transportoare, a meselor de lucru și a pavimentului. De asemenea, trebuie acordată o atenție deosebită igienei personalului; echipamentul de protecție trebuie să fie curat, părul strâns și capul acoperit, iar mâinile trebuie să fie perfect curate pe toată durata schimbului de lucru.

4.2.4 Igienizare a depozitului de legume și fructe deshidratate

Înainte de depozitarea unor noi produse deshidratate în depozitele goale, se impun, în mod obligatoriu, repararea și curățirea lor minuțioasă.

Curățirea depozitului de legume și fructe deshidratate constă în perierea tavanului și pereților, măturarea și spălarea pardoselilor.

După curățire depozitul se zugrăvește. Ulterior, se aplică tratamente chimice preventive, în scopul distrugerii insectelor și acarienilor în orice stadiu, care s-ar putea găsi, eventual, în depozit. În interiorul depozitului, tratamentul se aplică, mai întâi, în partea superioară a construcției, apoi, pe pereți, iar, în final, pe pardoseală. Tratamentul chimic preventiv se aplică, ulterior, pe zidurile depozitului și pe terenul din jurul acestuia.

La aplicarea tratamentului în spații închise vor fi respectate măsurile corespunzătoare de protecția muncii (echipament de protecție, mască de protecție și ochelari de protecție).

Combaterea rozătoarelor se execută numai atunci cand în depozit nu există produse comestibile. Operațiunea constă în astuparea căilor de acces și în distrugerea rozătoarelor cu ajutorul unor substanțe specifice. Pentru combaterea rozătoarelor sunt utilizate mijloace mecanice (capcane metalice), chimice (aplicarea momelilor pe bază de substanțe chimice admise a fi folosite în industria alimentară) sau chiar mijloace moderne cu ultrasunete.

Este admisa utilizarea rodenticidelor avizate de Ministerul Sănătății, în conformitate cu normele Uniunii Europene.

Manipularea, distribuirea lor se fac de către personal autorizat, bine instruit sau de persoane aflate sub controlul riguros al unui personal calificat, sau de către firme specializate, prin contracte de prestări servicii , [9].

Dezinsecție în unitățile de deshidratare a legumelor și fructelor

Mijloacele de protecție contra insectelor trebuie să fie, în primul rând, de ordin profilactic, adică să se creeze condiții care să nu permită dezvoltarea lor pe teritoriul și în încăperile unității, deoarece, datorită specificului sectorului alimentar, măsurile de combatere sunt limitate, greu de aplicat și necesită măsuri speciale.

Dintre mijloacele de protecție contra insectelor se menționează:

– impiedicarea pătrunderii insectelor în secțiile de producție și anexe;

– curățenia și dezinfecția periodice, ale locurilor de muncă, depozitelor și anexelor social – sanitare;

– reglarea condițiilor de mediu (temperatură, umiditate, ventilație etc.) din spațiile de producție și depozite pentru a nu permite dezvoltarea insectelor;

– controlul riguros al materiilor prime care se introduc, pentru a nu fi infestate;

– menținerea curățeniei și dezinsecția permanentă a rampelor și platformelor de gunoi, care reprezintă focare de generare a unui număr imens de insecte.

Pentru combaterea muștelor se va asigura menținerea unei curățenii pe teritoriul unității, în sălile de producție, în clădirile anexă, a gurilor de canal, a grupurilor social-sanitare. Pulverizarea de soluții insecticide în încăperile de producție și anexele unităților se vor face luându-se, în prealabil, măsuri de evacuare a produselor alimentare și de acoperire a mașinilor și instalațiilor. Se va aplica pulverizarea soluțiilor insecticide în zona rampelor sau gropilor pentru depozitarea gunoaielor, lăzilor de gunoi și grupurilor social-sanitare.

Combaterea moliilor, larvelor și altor insecte dăunătoare din depozite se va face prin folosirea substanțelor toxice volatile. Pentru combaterea insectelor se pot folosi și mijloace chimice, prin utilizarea unor insecticide avizate de Ministerul Sănătății, în conformitate cu normele Uniunii Europene.

Manipularea, distribuirea lor se fac de către personal autorizat, bine instruit sau de persoane aflate sub controlul riguros al unui personal calificat.

Deratizare în unitățile de deshidratare a legumelor și fructelor

Trebuie aplicat în permanență un program eficient împotriva dăunătorilor, pentru ținerea sub control a acestora. Spațiile alimentare și împrejurimile lor trebuie să facă obiectul unui control permanent împotriva dăunătorilor (sau al altor animale care pot contamina într-un fel sau altul).

În cazul în care se întâmplă ca dăunătorii să pătrundă în interiorul spațiului alimentar, trebuie luate urgent măsurile necesare pentru eliminarea lor.

În cazul acțiunii de combatere, intră și măsurile de prevenire a pătrunderii rozătoarelor pe teritoriul și în incinta unităților de deshidratare a legumelor și fructelor, utilizându-se chiar și mijloace moderne cu ultrasunete, pentru îndepărtarea lor.

Măsurile de prevenire sunt:

a) Împiedicarea rozătoarelor de a pătrunde în clădiri, depozite și subsoluri. Șoarecii și șobolanii pătrund pe teritoriul și în clădirile unității de deshidratare a legumelor și fructelor atrași de sursa de hrană, prin găuri, crăpături, canale, pe lânga conducte, țevi de scurgere, cabluri etc.

Construcțiile trebuie să îndeplinească anumite condiții: fundațiile vor fi din ciment, fier și beton, iar zidurile netede. Orice construcție sub nivelul solului trebuie betonată. Gurile de aerisire, ferestrele amplasate la nivelul solului, ventilatoarele etc. trebuie etanșeizate cu site de metal cu ochiuri de 1 – 1,5 cm. Dacă este posibil, se recomandă în jurul constructiei un spațiu liber, iar soclul de la sol de circa 40 – 50 cm să fie facut din ciment.

b) Înlăturarea posibilităților de hrănire. Rozătoarele se stabilesc și se înmultesc numai în acele spații unde au asigurată hrana. De aceea, se indică:

Curățenia zilnică a teritoriului și spațiilor alimentare;

Păstrarea corectă a produselor agro–alimentare în magazii, depozite, ferite de accesul rozătoarelor;

Depozitarea gunoaielor numai în containere, recipiente bine închise, pentru a le opri accesul;

Evacuarea zilnică a gunoaielor din curtea unității și, totdeauna, înaintea căderii nopții.

c) Lipsirea rozătoarelor de adăpost. Se impune:

îndepărtarea depozitelor de gunoi (ambalaje, hârtii, cutii de carton, sticle etc.), care sunt preferate de șobolani.

Pentru combaterea rozătoarelor sunt utilizate mijloace mecanice (capcane metalice), chimice (aplicarea momelilor pe bază de substanțe chimice admise a fi folosite în industria alimentară) sau chiar mijloace moderne cu ultrasunete.

Sunt admise utilizarea rodenticidelor avizate de Ministerul Sănătății, în conformitate cu normele Uniunii Europene.

Manipularea, distribuirea lor se fac de către personal autorizat, bine instruit sau de persoane aflate sub controlul riguros al unui personal calificat, sau de către firme specializate, prin contracte de prestări servicii , [9].

Igienizare a mijloacelor de transport auto

Mijloacele de transport auto se curăță după efectuarea fiecărui transport, se spală cu o soluție de apă caldă sodată în amestec cu detergenți, iar apoi se clătesc cu apă. Ulterior, mijloacele de transport auto se dezinfectează cu soluție clorigenă 5 %, după care se clătesc cu jet de apă.

Igienizare a anexelor social – sanitare

Întreținerea igienică a anexelor sanitare (vestiare, chiuvete, dușuri, WC-uri etc.) din unitate este foarte importantă, deoarece astfel se poate crea o sursă de insalubrizare. Igienizarea acestora se realizează prin spălarea pavimentelor cu apă fierbinte, sub presiune sau cu o soluție de curățare și, apoi, dezinfectare.

Dulapurile individuale și vestiarele trebuie supuse unei dezinfecții și dezinsecții. Zilnic, în vestiare se face curățenie, prin spălarea pavimentului și dezinfecție.

Chiuvetele și dușurile trebuie curățate, zilnic, prin spălarea cu apă caldă și, apoi, dezinfectate.

WC-urile trebuie spălate și dezinfectate, zilnic, înainte și după terminarea lucrului, și ori de câte ori este necesar.

Geamurile și toate părțile lemnoase ale anexelor sanitare trebuie șterse de praf și curățate cel puțin o dată la două săptămâni și ori de câte ori se murdăresc.

Porțiunile impermeabilizate ale pereților trebuie să fie spălate și dezinfectate.

Întreținerea pereților și tavanului la anexele sanitare ale unității trebuie să se facă cel puțin o dată pe an și ori de câte ori este nevoie, dacă se murdăresc.

Personalul care asigură curățenia anexelor sanitare trebuie să poarte un echipament de altă culoare decât cel din producție, și acestuia îi este interzis accesul în încăperile de producție , [9].

5

USCĂTORULUI CONVECTIV OBIECT AL AUTOMATIZĂRII

5.1 Procesul de uscare convectivă obiect al conducerii automate

5.1.1 Aspecte generale

Pentru a se realiza algorimii de conducere automată evoluată si optimizarea tehnologică, energetică și economică se va stabili structura generală a sistemului care va fi controlat – uscător convectiv cu regim de functionare tip șarjă sau semicontinuu – precum și structura și componentele hard ale sistemului de conducere automată numerică. Se vor studia structurile cele mai generale pentru a se putea particulariza soluțiile intr-un cadru bine definit.

Deoarece nu se pot instala pe PLC-urile locale programe mari si puternice pentru calcule matematice: MathCAD, MathLAB etc.; se va urmări realizarea și utilizarea unor algoritmi simpli de optimizare a proceselor de uscare aplicabili pe un model simplificat al procesului de uscare, în care se includ și apectele de calitate finală: umiditate medie finală, uniformitate umiditate finală, activitate reziduală enzime, conținut substanțe active, capacitate de rehidratare.

Obiectivele proiectului și al acestei etape, sunt orientate spre procese de uscare în regim de șarja și în regim semicontinuu, variante care nu sunt utilizate în uscarea industrială de mare capacitate unde se preferă regimul continuu de uscare.

Având în vedere că proiectul prevede realizarea unui uscător cu 3…6 cărucioare și modernizarea unui uscător tunel care pot lucra atât în regim de șarjă cât și semicontinuu s-au analizat cu prioritate procesele de uscare tipice pentru acestea.

5.1.2 Procesul de uscare

Procesul de uscare convectivă se desfășoară într-o cameră de uscare a unui uscător convectiv.

Schema bloc a acesteia este prezentată in figura 5.1.

Fig. 5.1 Schema bloc a unei camere de uscare convectivă

Mărimile de ieșire măsurabile sunt:

temperatura aerului la recirculare Trec;

umiditatea relativă a aerului recirculat rec.

Perturbațiile sunt:

proprietătile fizico-chimice ale corpurilor la uscat.

Mărimile de stare specifice procesului sunt:

umiditatea absolută U (kg.a/kg.cus) a corpurilor;

temperatura Tc (C) a corpurilor la uscat;

suprafața specifică Sspec (m2/kg.cus) a corpurilor la uscat;

indicele de calitate IC (kg.sub/kg/cus).

Mărimile de execuție sunt:

debitul masic de aer uscat Dam;

temperatura aerului la intrare Taint;

umiditatea relativă a aerului la intrare aint.

Din raportul din etapa I-a al acestui raport științific reiese că scopul modelării este obținerea de informații despre modul în care variază mărimile de stare ale corpurilor în timpul procesului de uscare. A fost dezvoltat un model dinamic complex cu care se pot simula o mare varietate de procese de uscare, model care însa necesită o mare cantitate de calcule, nefiind util în conducerea în timp real a instalațiilor de uscare.

Din simulările efectuate rezultă că umiditatea primului sectorU[1] dintr-un rând de casete scade mult mai repede decât cea U[jmax] a ultimului sector. Variația umidității absolute medii a corpurilor Umed[i] din camera de uscare dă indicație despre nivelul mediu de deshidratare și despre masa de apă Mapa care a fost extrasă.

Modificarea parametrilor de intrare a agentului de uscare produce o variație în dinamica procesului de uscare, în dinamica modificării mărimilor de stare ceea ce reprezintă de fapt răspunsul dinamic al sistemului la un semnal de intrare.

În prima periodă de uscare, când se extrage apa liberă, procesele de transfer de masă și căldură sunt mai uniforme și se pot estima cu modele dinamice relativ simple. În perioada a II-a de uscare difuzivă neliniaritatea sistemului este foarte mare ceea ce face foarte dificilă obținerea unui model suficient de precis pentru a putea fi utilizat la conducerea predictivă.

Ca urmare pentru aceste tipuri de procese modelarea caracteristicii dinamice cu funcții de transfer nu reprezintă un model utilizabil.

5.1.3 Camera de amestec

Este formată din doua părți. Primul este pentru elementul de execuție format din clapete acționate cu un sevomotor integrator, care are ca mărime de intrare uXam și ca marime de ieșire raportul de recirculare krec. Deoarece procesul de modificare a proporției de recirculare este foarte lent neliniaritățile tipice ale organelor de execuție de tip clapetă nu influențează dinamica procesului de amestecare care este reglat automat:

(5.1)

Al doilea element este de tip cu timp mort de transport corespunzător intârzieri dintre intrarea în cameră și iesirea spre schimbătorul de căldură: (5.2)

unde:

(5.3)

urmând să se determine cu precizie valoarea volumului camerei de amestec VCA (m3), [3].

5.1.4 Schimbătorul de căldură

Pentru schimbătorul de căldură este necesar un model relativ simplu, rapid de identificat pentru un debit de aer constant, deci viteza masurată a aerului să fie relativ stabilizată, astfel încat să se poată achiziționa date cu care prin regresie polinomiala să se reactualizeze modelul cât mai aproape de funcționarea reală a schimbătorului de căldură.

Uscătorul este echipat cu toate traductoarele necesare pentru determinarea caracteristicii dinamice a schimbătorului de căldură: temperaturile aerului de la intrarea Tam și ieșirea Taint din schimbător, umiditatea absolută a aerului Xam, viteza măsurată pentru aer și consumul instantaneu de combustibil Ch. Cu aceste date se pot determina caracteristicile de randament F2SC(Dav) precum și F1SC(Dav) pentru coeficientul global de transfer convectiv SC.

5.1.5 Ventilatorul

Pentru determinarea coeficientului global de rezistență aerodinamică Krez a întregului circuit al uscătorului se măsoară:

diferența de presiune pmas între ieșirea si intrarea ventilatorului (mm H2O);

frecvența curentului de alimentare a motorului ventilatorului (Hz);

turația efectivă a rotorului nmev (rot/min);

puterea electrică Pve consumată de ventilator (kWe);

viteza masurată a aerului vaerm (m/s);

temperatura Taint (grade C) si umiditate aint (%) a aerului.

Se reprezintă grafic funcția: pmas = Fv1(vaerm2) și se determină prin regresie liniară valoarea lui Krez care este panta dreptei. Dacă (R2) este sub 0,87 se va determina un alt model polinomial de gradul 2 sau 3 pentru Krez = Fv1(vaerm).

Fig. 5.2 Caracteristica adimensională a ventilatorului

Se calculează mărimile de stare ale aerului si valorile coeficienților adimemsionali și cu care prin regresie neliniară plolinomială se obține caracteristica = Fv2(). Un exemplu este prezentat in figura 1.3.

Cunoscând valorile pentru debit și diferență de presiune se calculează puterea utilă a ventilatorului Pv și, cunoscând puterea electrică consumată Pve, se poate determina caracteristica de randament V = Fv3(Pv) sub forma unui model polinomial ,[3].

5.1.6 Canalele de aer

Caracteristica elementului cu timp mort din modelul generatorului de agent de uscare este valoarea timpului mort total GEN care este format din însumarea timpilor morți corespunzători fiecărui subsistem al generatorului. Deoarece timpul mort de transport depinde de viteza medie a aerului în generator, el depinde direct de valoarea debitului volumic Dav.

(1.6)

Pentru determinarea valorii VGEN se masoară toate volumele spațiilor prin care trece aerul în generator, acestea se însumează rezultând VGEN cu care se calculează valoarea timpului mort total, [3].

6

DISPIZITIUVUL DE AUTOMATIZARE

6.1 STRUCTURA SISTEMULUI ORIENTAT PLC

6.1.1 SISTEME NUMERICE DE REGLARE

Pentru conducerea proceselor și efectuarea calculelor, în ultima vreme se utilizează din ce în ce mai mult procesorul numeric.

Figura 6.1. Structura unui sistem numeric de reglare , [10].

U.C.- unitate centrală; S.I.A.- sistem intrări analogice; S.I.L.- sistem intrări logice; S.E.A.- sistem ieșiri analogice; S.E.L.- sistem ieșiri logice; BUS- magistrală de date.

În cazul în care vom avea intrări de la mai multe traductoare vom folosi un multiplexor, care va aloca o cuantă de timp citirii stării fiecărui traductor și va da o singură mărime de ieșire; iar în cazul când avem mai multe elemente de execuție, vom avea un demultiplexor care va împărți mărimea de intrare în mai multe mărimi de ieșire.

Din punct de vedere fizic, sistemele numerice de reglare pot fi:

monobloc, la care sistemul de intrare, sistemul de ieșire și unitatea de calcul constituie un singur bloc;

modulare, la care RAM-ul, unitatea de calcul și DISPLAY-ul constituie baza la care se pot adăuga diferite module;

distribuite, care funcționează pe baza unor rețele RS-485 sau PROFIBUS (Siemens).

Sistemele de reglare numerică distribuite cu rețea sunt cele mai folosite în ultima vreme datorită numeroaselor avantaje:

pot acoperi o arie mare (cu repetoare, lungimea rețelei poate ajunge la 6 km);

construcția este foarte simplă și fiabilă;

se pot adăuga până la 256 module de preluare date sau trimitere comenzi, de diferite tipuri;

poate fi cu ușurința conectată la un calculator, unde procesul de automatizare poate fi făcut extrem de simplu;

se pot controla mai multe procese/instalații simultan;

în caz de avarie, modulele beneficiază de o memorie suplimentară, ceea ce duce la continuarea controlului procesului, chiar dacă este întreruptă legătura cu unitatea centrală (PC-ul) de comandă și control ,[10].

6.1.2 STRUCTURA REȚELEI RS-485 FOLOSITE

Rețeaua este alcătuită din două fire torsadate din cupru, de lungime maxim 1200 m, la care sunt conectate diferite PLC-uri (Programable Logic Controler).

Pentru schimbul de date. problema care se pune la alegerea rețelei constă de fapt în alegerea acestor PLC-uri, pentru care trebuie avut în vedere următoarele:

tipul semnalului (analog/digital, de intrare/de ieșire);

domeniul de variație al semnalului;

numărul de intrări/ieșiri necesare PLC-ului.

Trebuie ținut cont însă că, deși poate fi folosită în majoritatea aplicațiilor industriale, acest tip de rețea nu poate fi conectată la portul COM1 al unui computer, datorită incompatibilității de semnal. Pentru remedierea acestui neajuns se va folosi o rețea RS-232, a cărei lungime maximă este de 2 m. Se va folosi un modul I-7520 pentru a asigura schimbul dintre rețeaua RS-485 și RS-232. Acest PLC are capacitatea de “auto-reglare” a ratelor de transmisie a datelor între rețeaua RS-485 și rețeaua RS-232.

Caracteristicile modulului I-7520 sunt următoarele:

intrare: protocol RS-232;

ieșire: protocol RS-485/RS-422;

rata de transfer 300..115.200 Bauds/s;

suportă maxim 256 module într-o rețea fără repeater-e;

suportă maxim 2048 module într-o rețea cu repeater-e;

izolarea este făcută pentru un curent de 3000 V cc;

puterea consumată 2,2W.

Pentru alegerea PLC-urilor necesare preluării datelor de la traductoare, trebuie ținut cont de următoarele:

există un traductor de viteză a aerului, acesta are o singură mărime de ieșire, care este analogică;

există două traductoare de umiditate, care au câte o singură mărime de ieșire analogică;

există două traductoare de temperatură, care au câte o singură mărime de ieșire analogică.

există un traductor de debit lichid, care are o singură mărime de ieșire care este analogică.

există două traductoare de proximitate, care au fiecare câte o marime de ieșire logică.

Pentru mărimile preluate de la traductoare care sunt analogice, și ținând cont că sunt în număr de cinci (1 debit + 2 temperaturi + 2 umidități relative) mărimi de măsurat, va trebui ales un PLC cu minimum cinci intrări digitale (ieșirea pentru un traductor constituie intrarea pentru un PLC). Se va alege astfel din catalogul de PLC-uri modulul I-7017, cu următoarele caracteristici:

opt intrări analogice;

tipul intrării: mV, V, mA;

domeniul datelor de intrare: ±150 mV, ±500 mV; ±1V; ±5 V; ±10 V și ±20 mA;

frecvența de citire 10 valori pe secundă (în total);

lățimea de bandă 13,1 Hz;

precizia minimă ±0,1%;

protecția la supratensiune ±35 V;

puterea consumată 2 W.

Pentru mărimile logice masurate de cele două traductoare de proximitate alegem dein catalog modulul I – 7042, cu urmatoarele caracteristici:

treisprezece intrări analogice;

tipul intrării: mV, V, mA;

domeniul datelor de intrare: ±150 mV, ±500 mV; ±1V; ±5 V; ±10 V și ±20 mA;

frecvența de citire 10 valori pe secundă (în total);

lățimea de bandă 13,1 Hz;

precizia minimă ±0,1%;

protecția la supratensiune ±35 V;

puterea consumată 0,4 W.

Pentru alegerea PLC-urilor necesare acționării elementelor de acționare, trebuie ținut cont că avem următoarele elemente de execuție și comenzi:

element de acționare a clapetei de reglare a debitului de aer recirculat AS15. Acesta are trei intrări digitale: STOP, ÎNAINTE, ÎNAPOI;

contactoare pornire/oprire rezistențe electrice, în număr de trei cu câte o intrare digitale;

variatorul de turație are trei intrări digitale, STOP, ÎNAINTE, ÎNAPOI.

Se va alege astfel, pentru comanda servomotorului AS15, a contactoarelor și a variatorului de turație modulul I-7043 cu următoarele caracteristici:

16 canale de ieșire digitale;

deschidere colector la 30 V;

curent de ieșire : 100 mA/canal, total 3 A;

putere consumată : 0.6 W.

Pentru alimentarea acestor module, vom avea nevoie de o sursă neîntreruptibilă de curent de puterea:

Pentru aceasta se va alege sursa neîntreruptibilă de curent SPU24-6, cu următoarele caracteristici:

tensiunea de intrare 100-240V curent alternativ;

frecvența de intrare 47-63 Hz;

tensiunea de ieșire +24V curent continuu;

curentul de ieșire 1A/s;

puterea 24 W.

Structura rețelei este prezentată în schema din figura 6.2 , [10].

6.2 TRADUCTOARE

6.2.1 CONDIȚII SPECIFICE DE FUNCȚIONARE ÎN PROCESELE DE USCARE

În procesele de uscare trebuie să se regleze temperatura și umiditatea pentru ca acestea să aibă întotdeauna valoarea optimă caracteristică fiecărui produs în parte. La intrarea în tunel temperatura variază între 60-800C iar umiditatea 15-25%. La ieșirea aerului din tunel temperatura este de 40-450C iar umiditatea de 40-50%. În condițiile în care valoarea temperaturii sau a umidității aerului, specifică unui anumit produs, se modifică, atunci aceasta se reglează automat până când se ajunge la valoarea necesară uscării.

Debitul de aer se va menține în jurul valorii de 60000 m3/h acest lucru realizându-se datorită ventilatorului care se află în componența instalației de uscare. In tunelul cu circulatie în contracurent, aerul mai uscat și mai cald vine în contact cu produsul aproape uscat, în timp ce aerul parțial răcit și încărcat cu umiditate vine în contact cu materialul umed odată cu intrarea lui în tunelul de uscare.

Temperatura maximă a aerului care poate fi folosită este determinată de natura produsului respectiv, de temperatura pe care o poate suporta acesta în perioada finală de uscare. Menținerea temperaturii constante în tunel se face în mod automat prin reglarea cantității de combustibil consumată de arzător.

În uscătoarele tunel, factorii principali care condiționează uscarea rațională a legumelor și fructelor (temperatura, umiditatea și viteza aerului) pot fi reglați în

limite relativ largi, pentru ca în cursul procesului să se păstreze maximul de calitate și valoare nutritivă a acestora.

Pentru deschiderea și închiderea ușilor atunci când s-a realizat uscarea unui cărucior se vor utiliza două traductoare de proximitate care vor avea rolul de a detecta acest lucru. Traductoarele care se folosesc în procesul de uscare trebuie să fie puse într-o teacă de protecție pentru menținerea lor în conditii cât mai bune,[10].

6.3 TRADUCTOARE DE TEMPERATURĂ

6.3.1 Alegerea traductorelor de temperatură pentru uscătorul de tip tunel modulat de 600 kW

Aceste traductoare se folosesc pentru măsurarea temperaturii într-un sistem cu ventilație sau cu tub protector LW 10. Senzorul este subțire și are învelișul de 0,5μm din nichel DIN 43760. Piciorul care se introduce pentru poziționare este din aluminiu și are un diametru de 4 mm. Lungimea activă a piciorului de 9 mm, lungimea totală de 120 mm. Conexiunea terminală este din sârmă subțire cu dimensiunea de 2 x 1,5 mm2

Tipul traductorului CZ-03334-35,produs de firma Cole – Parmer.

Valoarea nominală de la 4 la 20mA

Limitele de măsurare -50C. . .+800C

Greutate 0,08 kg

Toleranța la 200C este + 0,2 K

Încărcarea maximă la 200C este 1 W

Timpul de răspuns :

-cu filtru 15s

-fara filtru 5s;

Traductorul se fixează în interiorul tunelului de uscare cu ajutorul unei flanșe.

6.4. TRADUCTOARE DE UMIDITATE

Pentru alegerea traductorului de umiditate se ține cont de faptul că umiditatea variază între 25% și 70%, iar temperatura maximă este de 80° C.

Tipul traductorului CZ-03334-05 (produs de Cole – Parmer) — sistem de analiză umiditate relativă, punct de rouă și temperatură, IP 67, limitele de măsurare 0 – l00 %‚ temperatura -5 0C…+800C.

Rezoluția la 0,10C de +0,30C

Precizia este de 2 % H

Limitele pentru viteza aerului sunt între 2 și 5 m/s.

OBSERVAȚIE: Traductoarele de umiditate relativă a aerului și cele de temperatură a aerului sunt incluse în aceeași carcasă, fapt ce avantajează masurarea temperaturii și a umiditățiiîin aceleași puncte atât la intrarea în camera de uscare cât și la ieșire.

Fig. 6.3 Modul de montare a traductoarelor de temperatura și umiditate.

6.5. TRADUCTOARE DE DEBIT DE AER

Pentru folosirea acestui traductor, acestuia trebuie etalonat, ceea ce implică determinarea constantei K. Pentru aceasta se va plasa traductorul la diferite distanțe de axa conductei și pentru debite cunoscute se va măsura unghiul α prin intermediul traductorului de deplasare unghiulară. De aici va rezulta valoarea constantei K și deci a debitului masic în funcție de unghiul α.

Traductorul de debit ales:

Figura 6.4 Traductorul de debit serie EE70-VTx2x. Montaj

Acest traductor este produs de firma JCL International și este destinat măsurării vitezei aerului (debitului masic de aer). Intervalul de măsurare al acestui tip de traductor este de 0..10m/s, cu o precizie de 0,1m/s x 2% din valoarea măsurata. Gama de temperaturi la care poate funcționa este de 0..50C.Curentul de comutare este de 4-20 mA , [10].

6.6. TRADUCTOARE DE PROXIMITATE

La fel a toți senzorii de proximitate, senzorii inductivi Uprox sunt senzori fără contat, proiectați pentru a detecta poziția unor părți metalice.În plus, datorită celor 3 bobine fără miez de ferită, aceștia înglobează caracteristici care le conferă avantaje semnificative față de senzorii convenționali, într-o gamă largă de aplicații.

Factor de corecție 1: aceeași distanță de sesizare indiferent de natura metalului detectat.

Imunitate la câmp magnetic: sudură electrică.

Frecvența mare de comutare.

Gamă extinsă de sesizare.

Gamă extinsă de temperatură: -300C. . .+850C

Tipul traductorului carcasa EG l 8 SK

Mod de montare:- cap îngropat 5 mm

-cap degajat 12 mm

Tensiunea de lucru 10 — 30 V(curent continuu)

Curentul maxim de comutare 200 mA

Materialul carcasei este din oțel inox PA 12-GF 30. Traductoarele pot fi disponibile și în carcasă de material plastic.

Frecvența de comutare CÎ: 2500 Hz

CD: 2000Hz

Ieșire pnp cu cablu — cameră terminal

CI: Bi5U-EG18SK-AP6X

Bi5U-EG18SK-AN6X

CD: Ni125U-EG18SK-AP6X

Ni125U-EG18SK-AN6X

6.7 ELEMENTE DE EXECUȚIE

6.7.1. Alegerea elementelor de execuție

Pentru alegerea elementelor de execuție necesare reglării procesului, trebuie văzut mai întâi ce parametri trebuiesc reglați și metoda de reglare a acestor parametri. Astfel, în standul experimental de uscare, se vor regla următorii parametri:

viteza de uscare;

temperatura de saturație.

Pentru reglarea acestor parametri, se vor regla următoarele mărimi fizice care intervin în proces:

umiditatea aerului din camera de uscare;

temperatura aerului din camera de uscare.

Aceste mărimi pot fi reglate prin:

reglarea debitului de aer recirculat;

reglarea temperaturii aerului la trecerea prin camera de încălzire;

reglarea debitului de aer care intră în camera de uscare.

6.7.2 Reglarea debitului de aer recirculat

Reglarea debitului de aer se va face prin intermediul unei clapete care prin rotirea acesteia, va determina micșorarea orificiului de trecere a aerului, deci va determina micșorarea debitului de aer recirculat (care este direct proporțional cu aria conductei prin care trece). Elementul de acționare folosit pentru rotirea clapetei de reglare a debitului de aer recirculat va fi servomotorul AS5, prezentat în figura 6.5, cu următoarele caracteristici:

Figura 6.5. Schema servomotorului de acționare a clapetei de reglare a debitului de aer recirculat.

tensiunea de alimentare: 230 V pentru modelul F001;

conexiune electrică stecher tip DIN 43650 – AN;

puterea consumată: 2VA la pornire, 2W la regim;

temperatura admisibilă –15..50° C;

viteza de rotație: 90°/120s;

unghiul de rotație 360 °;

momentul maxim 5 Nm;

greutatea 0,72 kg;

conector DIN 43650 – AF 3 Pg 11, conductor din cupru, secțiune max. 1,5 mm2;

cleme universale pentru 6..12 mm sau 6..12 mm.

6.7.3 Reglarea debitului de aer introdus în camera de uscare

Pentru reglarea debitului de aer introdus în camera de ardere, se va regla viteza de rotație a ventilatorului, lucru ce se realiza printr-un variator static de turație, amplasat la bornele motorului electric trifazat de acționare a acestuia. Din cataloagele firmei MITSUBISHI se va alege variatorul de turație FR-A 024 EC pentru reglarea ventilatoarelor, cu următoarele caracteristici:

puterea motorului la moment constant: 0,5 kW;

curentul de ieșire, la moment constant: 4 A;

supraîncărcarea: 200% pentru 0,5 s; 150 % pentru 1 min.;

plaja de valori a frecvenței: 0,2..400 Hz;

metoda de modulație: undă sinusoidală;

alimentare: 220-240V, 50/60 Hz curent alternativ, 380-460 V, 50-60 Hz curent trifazat;

metoda de control:

valori de referință pentru reglare: 0-5 V, 0-10 V, 4-20 mA;

semnalul de start: START ÎNAINTE, START ÎNAPOI;

este dotat cu terminal PC pentru control cu semnal de 24 V;

temperatura de funcționare: -10° C..+50°C.

6.8 Structura și algoritmii de funcționare a dispozitivului de automatizare

6.8.1 Structura și funcțiile dispozitivului de automatizare

În figura 6.6 este prezentată schema bloc a sistemului de conducere automată a uscătorului de produse vegetale in varianta utilizării de combustibili lichizi: motorină sau CLU și a unui schimbător de căldură gaze arse – aer.

Fig. 6.6 Schema generală a automatizării unui uscător de produse vegetale

pentru combustibili lichizi cu schimbător de căldură

Pentru cunoașterea stării procesului de uscare se măsoară următoarele mărimi:

temperatura Trec a agentului de uscare la ieșirea din camera de uscare, cu traductorul TR1;

umiditatea relativă φe a agentului de uscare la ieșirea din camera de uscare, cu traductorul TR2;

temperatura Tin a agentului de uscare la intrarea în camera de uscare, cu traductorul TR3;

umiditatea relativă φi a agentului de uscare la intrarea în camera de uscare, cu traductorul TR4;

debitul de agent de uscare Din la intrarea în camera de uscare, cu traductorul TR5;

temperatura Tga a gazelor arse la ieșirea din schimbătorul de căldură, cu traductorul TR6.

Pentru conducerea procesului, în varianta cu combustibili lichizi, figura 6.6 , se modifică următoarele mărimi de execuție:

Raportul de amestec aer exterior – agent de uscare recirculat, cu clapetele de reglare CA1 și CA2 acționate de elementul de acționare EA1care primește două semnale discrete ur+ și ur-;

Raportul debit aer Dsc care trece prin schimbătorul de căldură și debitul de ocolire Doc, cu cu clapetele de reglare CA3 și CA4 acționate de elementul de acționare EA2 primește două semnale discrete uoc+ și uoc-;

Cantitatea de căldură Qard introdusă în proces de un arzător comandat cu două semnale discrete umic și umare, care la arzătoarele cu reglare continuă a sarcinii termice comandă creșterea sau scăderea debitului de combustibil ars;

turația ventilatorului nvent cu variatorul static de frecvență VSF, care primește un semnal analogic uvent ,[10].

6.8.2 Algoritmii de reglare automată

În funcție de diferența dintre marimile de ieșire de la traductoare și mărimile de referință ale regimului de uscare impus, algoritmii de conducere automată elaborează marimile de comandă pentru elementele de execuție.

Mărimile de referință ale procesului de uscare sunt declarate în procedura ‘ProgramUscare’

Figura 6.7 Schema logică a procedurii ‘ProgramUscare’

6.8.2.1 Reglarea umidității aerului la intrare

Reglarea umiditătii aerului de la intrarea în camera de uscare se face prin reglarea debitului de aer recirculat cuajutorul clapetelor.

Reglarea debitului de aer recirculat se face cu ajutorul unui algoritm de reglare

comandaXam(t) = 0 pentru eroareXam € (prag1x,-prag1x)

1 pentru eroareXam ≥ prag2x

-1 pentru eroareXam ≤ -prag2x

comandaXam(t-dt) pentru eroareXam € (prag2x,-prag2x)

Figura 6.8.Caracteristica statică a regulatorului tripozițional

Schema logică a procedurii de reglare a comenzii către clapete este prezentată în figura 6.8.

6.8.2.2 Reglarea temperaturii la intrarea în schimbătorul de căldură

Reglarea temperaturii de la ieșirea din schimbător se face prin modificarea consumului de combustibil al arzătorului.

Deoarece arzătorul poate funcționa in două trepte, algoritmul de conducere al acestuia va fi format din doi algoritmi ce vor fi apelați în funcție de puterea utilă a schimbătorului Ptsc

Pentru Ptsc > 60 kW avem un algoritm bipozițional dublu cu două ieșiri .

uts1(t) = 0 pentru eroare ≤ -difref

1 pentru eroare ≥ prag1T

uts1 (t-dt) pentru eroare € (-difref,prag1T)

uts2(t) = 0 pentru eroare ≤ -prag1T

1 pentru eroare ≥ difref

uts1 (t-dt) pentru eroare € (-prag1T,difref)

Caracteristica statică este prezentată în figura 6.9:

Fig.6.9 Caracteristica statică a algoritmului bipozițional dublu

Algoritmul bipozițional dublu este format din doi algoritmi bipoziționali, unul cu ieșirea uts1 (linie continuă) și unul cu ieșirea uts2 (linie punctată)

Schema logică a procedurii ce simulează regulatorul bipozițional dublu este prezentată în figura6.8.6:

Pentru Ptsc < 60Kw avem un algoritm bipozițional al cărui model matematic este:

uts1(t) = 0 pentru eroare ≤ -prag1T

1 pentru eroare ≥ pragT

uts1 (t-dt) pentru eroare € (-prag1T.pragT)

Fig.6.10 Caracteristica statică a regulatorului bipozițional pentru uts1

Semnalul uts1 este determinat de caracteristica regulatorului bipozițional iar semnalul uts2 ia valoarea 0.

În figura 6.10 este prezentată schema logică a regulatorului bipozitional

În funție de valorile semnalelor uts1 și uts2 pe care le primește de la cele două regulatoare sistemul de reglare transmite o comandă arzătorului, astfel:

dacă uts1=0 și uts2=0 comanda 0;

dacă uts1=1 și uts2=0 comanda 1;

dacă uts1=1 și uts2=1 comanda 2;

Aceste comenzi reglează consumul de combustibil al arzătorului, implicit debitul de combustibil care intră în procesul de ardere influențând temperature gazelor de ardere.

Schema logică a procedurii ce simulează reglarea automată a temperaturii la ieșirea din schimbătorul de căldură este prezentată în figura 6.11

Figura 6.11 Schema logică a algoritmului tripozitional de reglare a debitului reciculat , [10].

Figura 6.12 Schema logică a regulatorului bipozitional dublu de reglare a temperaturii aerului , [10].

Figura 6.13 Schema logica a reglării temperaturii aerului cu un regulator bipozițional ,[10].

Figura 6.14 Schema logică de reglare a temperaturii

6.8.2.3. Reglarea vitezei aerului în camera de uscare

Reglarea vitezei aerului în camera de uscare se realizează prin reglarea debitului de aer produs de ventilatorul electric. Acest lucru se face prin modificarea frecvenței motorului ventilatorului cu ajutorul convertorului static de frecvență.

Reglarea debitului de aer la ventilator se face dupa un algoritm de reglare continuu de tip PID

Schema logica a procedurii ce simuleaza algoritmul de reglare a debitului este prezentată în figura 6.15.

Figura 6.15 Schema logică de reglare a vitezei aerului

6.9 ALGORITMII DE CONDUCERE OPTIMALĂ

6.9.1 Aspecte generale

Pentru ca să se poată realiza o uniformitate ridicată a umidității produsului final, trebuie să se poată estima cât mai precis valoarea medie a umiditații corpurilor pe coloana ”1” care se va scoate din camera de uscare.

Pentru uscarea convectivă în șarjă , când tot materialul este în camera de uscare și nu se face nici o alimentare cu material proaspăt în timpul efectuării procesului de uscare, s-a realizat un algorim de identificare online cu care se poate estima variația umiditații medii a corpurilor din camera de uscare; în principal prin integrarea debitului de apă evacuată din camera de uscare, măsurându-se temperaturile și umiditățile aerului la intrarea și la ieșirea din camera de uscare.

Metodele de identificare online a parametrilor principali ai procesului de uscare nu se mai pot aplica la uscătoarele tunel în care sunt multe coloane și unde se face o alimentare periodică cu coloane cu material proaspăt.

Fig.6.16 Schema sistemului de măsurare a maselor coloanelor la intrare și la finisare

Metoda cea mai precisă, care aduce o mare cantitate de informație despre evoluția procesului de uscare este cea de cântărire directă a masei căruciorului. În figura 6.16 este prezentată schema sistemului de cântărire a masei coloanelor înainte de intrarea în camera de uscare Mmasi[i], cu CantarINT, și în timpul finisării procesului de uscare Mmase[i], cu CantarFIN , [10].

Valoarea măsurată Mmase[i] a masei coloanei ”1” de casete cu material aproape de valoarea umidității finale impuse este:

(1)

sau:

(2)

Se cunoaște valoarea masei constructiv fixe Mcol0: a căruciorului și a casetelor. Ca urmare se poate calcula ușor valoarea Mmaterial[i]. Această mărime se poate utiliza pentru calcularea umidității absolute U și relative c a corpurilor.

Pentru calcul este necesară cunoasterea valorii masei de material absolut uscat Mmus[1] din coloana cântărită, valoare care depinde de umiditatea absolută și relativă inițială reală a corpurilor de pe coloana ”1”:

(3)

și:

(4)

In cercetărie anterioare s-a analizat și s-a demonstrat că dacă:

se menține un debit constant de material proaspăt la intrare;

se meține un debit constant de apă extrasă din material;

rezultă că:

umiditatea finală a materialului uscat are variații mult mai mici decât cele ale umiditații inițiale.

Relația generală impusă pentru debitul masic de material de la intrarea în camera de uscare:

(5)

în cazul uscătoarelor tunel cu regim de funcționare semicontinuu se va transforma, prin eșantionare cu numarul maxim de coloane Ncolmax care intră în camera de uscare în :

(6)

Adică masa coloanelor cu material proaspăt care intră în uscătorul tunel raportată la perioada dintre două alimentări trebuie să fie constantă.

Acestă concluzie este esențială pentru identificarea procesului în vederea conducerii optimale a procesului de uscare în regim semicontinuu.

Etapele care trebuie realizate sunt:

Se determină, online, umiditatea medie absolută Uio și relativă io a materialului de uscat.

Se măsoară masa coloanei care se va introduce în uscător Mcol[jmax+1], care trebuie să fie aceeași la toate alimentările. Acest deziderat se obține încărcând uniform casetele cu o densitate (kg/m2) cât mai uniformă, în limitele impuse de tehnologia de uscare, de tipul de material, de modul de prelucrare mecanică a acestuia (mărunțire, decojire etc). Valoarea măsurată se introduce în memoria PLC-ului.

Se calculează valoarea masei de material proaspăt:

(7)

Se calculează masa de apă care trebuie extrasă din coloană și se inregistrează în memoria PLC:

(8)

sau:

(9)

Se calculează masa finală a coloanei la momentul ieșiri din camera de uscare și se înregistrează în memoria PLC:

(10)

6. Pe parcursul avansului coloanei în camera de uscare spre poziția ”1” se translatează datele calculate inițial , [10].

7

EXPERIMENTE SIMULATE PENTRU CONDUCEREA OPTIMALĂ

7.1 Aspecte generale

S-au inceput experimentele cu un uscător cu două coloane, neutilizat în producția curentă, având ca motivație, punerea în evidență a regulii: să se scoată din uscător coloana ,,1,,.

Rezultatele măsurătorilor sunt reflectate in graficul din fig. 7.1. În simulare, această regulă se poate realize foarte ușor și precis, ceea ce in practica curentă nu se poate realize. S-a ales special acest experiment deoarece scoate in evidență foarte clar variația foarte mare a fazelor de ieșire\intrare a coloanelor din\în uscător.

Fig. 7.1 Proces uscare în uscător tunel cu Ncol = 2 și ieșirea la cf = 20%. ,[11].

7.2 Schema sistemului de măsurare a maselor coloanelor

la intrare și la finisare

Metoda cea mai precisă, care aduce o mare cantitate de informație despre evoluția procesului de uscare este cea de cântărire directă a masei căruciorului. În figura 7.2 este prezentată schema sistemului de cântărire a masei coloanelor înainte de intrarea în camera de uscare Mmasi[i], cu CantarINT, și în timpul finisării procesului de uscare Mmase[i], cu CantarFIN.

Valoarea măsurată Mmase[i] a masei coloanei ”1” de casete cu material aproape de valoarea umidității finale impuse este:

Sau

Se cunoaște valoarea masei constructiv fixe Mcol0: a căruciorului și a casetelor. Ca urmare se poate calcula ușor valoarea Mmaterial[i].

Această mărime se poate utiliza pentru calcularea umidității absolute U și relative c a corpurilor.

Pentru calcul este necesară cunoasterea valorii masei de material absolut uscat Mmus[1] din coloana cântărită, valoare care depinde de umiditatea absolută și relativă inițială reală a corpurilor de pe coloana ”1”:

In cercetărie anterioare s-a analizat și s-a demonstrat că dacă:

1. se menține un debit constant de material proaspăt la intrare;

2. se meține un debit constant de apă extrasă din material;

rezultă că: umiditatea finală a materialului uscat are variații mult mai mici decât cele ale umiditații inițiale.

Relația generală impusă pentru debitul masic de material de la intrarea în camera de uscare:

Adică masa coloanelor cu material proaspăt care intră în uscătorul tunel raportată la perioada dintre două alimentări trebuie să fie constantă, [11]

Fig. 7.3 Graficul variației umidității relative a materialului de pe coloane la alimentare secvențială, [11].

CONCLUZII

1. S-a constatat că în cazul tehnologiei de uscare industriala utilizată in uscatoare tunel apar variații foarte mari ale umidității produsului final, procesul stabilizându-se dupa o perioada relativ mare.

2. Pentru cresterea uniformitatii finale de uscare s-a analizat varianta de utililare a uscătorului tunel de capacitate medie sau mare cu un cântar CântarFIN pentru prima colonă și un cântar CântarINT pentru intrarea în tunel.

3. Se pot obține uniformități ridicate a umidității finale la produsul uscat atunci cand:

– se menține un debit constant de material proaspăt la intrare;

– se meține un debit constant de apă extrasă din material.

Adică masa coloanelor cu material proaspăt care intră în uscătorul tunel raportată la perioada dintre două alimentări trebuie să fie constantă.

4. Rezultă că pentru conducerea optimală a procesului de uscare în uscătoarele tunel este necesară cântarirea on-line a coloanei ”1” în perioada de pornire cu încarcare secvențială cu coloane cu material proaspăt, stabilind momentul în care se introduce o coloană nouă în funcție de valoarea masei masurate Mmase[i].

BIBLIOGRAFIE

1. Chua K J ;Mujumdar A S ;ș.a., (2000).Continous dryng agricultural products-Efect of continuos and stepwise change in drying air temperature, .In:Drying 2000:Proceeding of the 12th International Drying Symposium ,Paper to be presented at IDS ‘2000,19-22 August 2000,Amsterdam,Holland

2. Dănescu T., Marinescu M., 1982., Uscarea industrială, Editura Tehnică, București, România

3. Dăscălescu Aurelian – Uscarea și aplicațiile si industriale, E.T., București,1964.

4. Efremov G. and Kudra T., 2004, Calculation of the effective diffusion coefficients by applying a quasi-stationary equation for drying kinetics, Proc. 16th Int. Congress of Chem. and Proc. Eng. (CHISA-2004), Praha, Czech Rep., CD P5-112.

5. Erol Murad, Automatizarea Mașinilor și Instalațiilor Agricole, notițe curs

6. Erol Murad, Conducerea Automată a Proceselor, notițe curs

7. Fortes M., Okos M.R., (1980), Drying theories: Their bases and limitations as applied to foods and grains. 1980, In: Advances in Drying, (A.S. Mujumdar). Hemisphere Publishing Corp., Washington, Vol. 1, 119-154.

8. Gherghi A., Bogdan M. – Conservarea, valorificarea și controlul calității produselor hortiviticole, Editura Ceres, București, 1971.

9. Henter Mariana ș.a. – Igienizarea secției de deshidratare a legumelor și fructelor, București, 1 980.

10. Hallstrom B (1990).Masstransport of water in foods-a consideration of the engineering aspects, .Journal of Food Engineering ,12,45-52

11. Hawlander M N A, Chou S K ;Chua K J C ;Ho J C., (1999), On the experimental study of a two-stage evaporator system, In:Proceedings of the first Asia-Australia Drying Conference 1999,Indonesia ,Bali,643-651

12. Jayaraman K.S., Das Gupta D.K.,1992., Dehydration of fruits and vegetables – recent developments in principles and techniques. Drying Technol., 1992, 10, 1-50.

Mujumdar A.S.,(1995), Handbook of Industrial Drying, Marcel Dekker Inc.,New York

Mănescu S. – Tehnologia deshidratării legumelor, cartofilor și fructelor,

1973.

Mănescu S. – Valorificarea legumelor și fructelor pe cale industrială, 1970.

Motoc D. – Manualul inginerului din industria alimentară, E.T., București,

1968.

Patankar S.V.(1980), Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Hemisphere Publishing Corp,New York

Ratti, C. & Mujumdar, A. S. 1995. Simulation of packed bed drying of foodstuffs with airflow reversal, Journal of Food Engineering. 26:259-271.

Sereno A.M., Medeiros G.L., A simplified model for the prediction of drying rates for foods, J.Food Eng., 1990, 12, 1 – 11.

Strumillo C.,1984, Bazele teoriei și tehnicii uscării, Editura Tehnică București, România

* * * Manualul inginerului din industria alimentară, (1999) Editura Tehnică, București, Vol. I, 1997, Vol. II, 1999