Investește în oameni [607049]
Investește în oameni!
FONDUL SOCIAL EUROPEAN
Programul Opera țional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013
Axa prioritar ă 1 „Educa ție și formare profesional ă în sprijinul cre șterii economice și dezvoltării societății bazate pe cunoa ștere”
Domeniul major de interven ție 1.5 „Programe doctorale și post-doctorale în sprijinul cercet ării”
Titlul proiectului: „Investiție în dezvoltare durab prin burse doctorale (INED)” ilă
Beneficiar: Universitatea Transilvania din Bra șov Nu
mărul de identificare al contractului : POSDRU/88/1.5/S/59321
Universitatea Transilvania din Brasov
Scoala Doctorala Interdisciplinara
Centrul de cercetare: Eco – Biotehnologii și echipamente în
agricultur ă și alimenta ție
Ing. Laura Georgiana C. CIULIC Ă
Cercetări privind optimizarea procesului de
mărunțire a legumelor și fructelor
Research on optimization of cutting process
of vegetables and fruits
Conducă tor științific
Prof.univ.dr.ing. Florean RUS
BRASOV, 2012
1
MINISTERUL E
DUCAȚIEI, CERCETARII, TINERETULUI ȘI SPORTULUI
UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRA ȘOV
BRAȘ OV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525
RECTORAT
D-lui (D-nei) ……………. ………………………………………………………………………………….
COMPONEN ȚA
Comisiei de doctorat
Numită prin ordinul Rect orului Universit ății „Transilvania” din Bra șov
Nr. 5333 din 27.07.2012
PREȘEDINTE: Prof.dr.ing. Vasile PĂ DUREANU
Universitatea Transilvania din Brașov
CONDUC ĂTOR ȘTIINȚIFIC: Prof.dr.ing. Florean RUS
Universitatea Transilvania din Brașov
REFEREN ȚI: Prof.dr.ing. Gheorghe VOICU
Universitatea Politehnic ă din Bucure ști
Prof.dr.ing. Ioan DANCIU
Universitatea Lucian Blaga Sibiu
Prof.dr.ing. Carol CSATLOS
Universitatea Transilvania din Brașov
Data, ora și locul sus ținerii publice a tezei de doctorat: ………………., ora………….,
sala……….., la Facultatea de Alimenta ție și Turism din cadrul Universit ății Transilvania Bra șov.
Eventualele aprecieri sau observa ții asupra con ținutului lucr ării vă rugăm să le transmite ți
în timp util, pe adresa [anonimizat] sau [anonimizat] .
Totodat ă vă invităm să luați pa
rte la ședința publică de susținere a tezei de doctorat.
Vă mulțumim.
2
CUPRINS (lb. român ă)
Pg.
teza Pg. rezumat
1. ASPECTE GENERALE PRIVIND OPERA ȚIA DE M ĂRUNȚIRE A
LEGUMELOR Ș I FRUCTELOR ……………………………………………………………….. 9 7
1.1. Importan ța legumelor și fructelor în alimenta ția umană……………………………….. 9 7
1.2. Produse agroalimentare de origine vegetală cultivate în România ………………… 12 7
1.3. Ponderea culturilor vege tale în România …………………………………………………… 20 8
1.4. Rolul în alimenta ție a legumelor și fructelor ……………………………………………… 22 8
1.5. Cultivarea plantelor legumicole cu r ădăcini tuberizate 34 9
2. STADIUL ACTUAL AL STUDIILOR ȘI REALIZ ĂRILOR ÎN
DOMENIUL ECHIPAMENTELOR PENTRU M ĂRUNȚIREA
LEGUMELOR Ș I FRUCTELOR ……………………………………………………………….. 50 11
2.1. Tehnologiile de prelucrare a fructelor și legumelor în vederea
consumului…………………………………………………………………………………………………… 50 11
2.2. Obținerea produselor minim procesate ……………………………………………………… 62 15
2.3. Aspecte generale privind princi palele procedee de realizare a m ărunțirii ………. 66 17
2.4. Echipamente utilizate în procesul de m ărunțire a fructelor și legumelor ………… 70 19
3. NECESITATEA ȘI OBIECTIVELE LUCR ĂRII DE DOCTORAT …………. 89 22
3.1. Necesitatea lucră rii …………………………………………………………………………………. 89 22
3.2. Obiectivele lucr ării …………………………………………………………………………………. 90 22
4. CERCET ĂRI TEORETICE PRIVIND PROCESUL DE M ĂRUNȚIRE
AL LEGUMELOR ȘI FRUCTELOR …………………………………………………………. 91 24
4.1 Procesul de m ărunțire al fructelor ș i legum
elor …………………………………………… 91 24
4.2 Cercetarea teoretic ă a procesului de m ărunțire prin simulare numerică ………….. 119 30
4.3. Simularea procesului de tă iere utilizând metoda elementelor finite (mef) ……… 125 31
5. CERCETAREA EXPERIMENTAL Ă PRIVIND PROCESUL DE
MĂRUNȚIRE A LEGUMELOR ȘI FRUCTELOR ……………………………………. 137 36
5.1 Obiectivele cercet ărilor experimentale ………………………………………………………. 137 36
5.2. Obiectul cercetă rii experimentale …………………………………………………………….. 138 37
5.3. Metodica cercet ării experimentale ……………………………………………………………. 139 38
5.4. Acțiuni prelim inare cercet ărilor experimentale ………………………………………….. 139 38
5.5. Aparatura utilizat ă la cercetarea experimental ă ………………………………………….. 142 39
5.6. Desfășurarea cercet ărilor experimentale 153 43
5.7. Prelucrarea, analiza și interpretarea rezultatelor cercet ării experimentale……….. 154 43
6. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBU ȚII PERSONALE ȘI DIREC ȚII
VIITOARE DE CERCETARE ……………………………………………………………………. 203 48
6.1. Concluzii generale ………………………………………………………………………………….. 203 48
6.2. Concluzii privind cercet ările teoretice și experimentale ………………………………. 205 48
6.3. Contribu ții personale ………………………………………………………………………………. 206 49
6.4. Direcț ii viitoare de cercetare ……………………………………………………………………. 206 49
BIBLIOGRAFIE ………………………………………………………………………………………… 207 50
3
CONTENTS
Pg.
teza Pg. rezumat
1. GENERAL ASPECTS REGARDING THE CUTTING OPERATION OF
VEGETABLES AND FRUITS …………………………………………………………………….. 9 7
1.1. Im
portance of vegetables and fruits in human alimentation………………………….. 9 7
1.2. Vegetable food products grown in Romania ………………………………………………. 12 7
1.3. Share of crop in Romania………………. …………………………………………………… 20 8
1.4. Role in the diet of vegetables and fruits …………………………………………………….. 22 8
1.5. Growing vegetables with tuberous roots……………………………………….. 34 9
2. ACT
UAL STAGE OF STUDIES AND ACHIEVEMENTS I N THE FIELD
OF EQUIPMENTS FOR CUTTING VEGETABLES AND FRUITS …………….. 50 11
2.1. Processing technologies for fruit and vegetable
consumption………………………………………………………………………………………………….. 50 11
2.2. Obtain of m
inimum processed products……………………………………………………… 62 15
2.3. General aspects rearding the main methods for cutting process…………………….. 66 17
2.4. Grinding equipment used in the process of cutting fruits and vegetables.. ………. 70 19
3. PhD THESIS NECESSITY AND OBJECTIVES …………. 89 22
3.1. PhD thesis necessity …………………………………………………………………………………… 89 22
3.2. PhD thesis objectives ………………………………………………………………………………….. 90 22
4. THEORETICAL RESE ARCH REGARDING THE CUTTING PROCESS
OF VEGETABLES AND FRUITS ……………………………………………………………….. 91 24
4.1. The cutting process of vege tables and fruits ………………………………………………. 91 24
4.2. Theoretical research of the cutting process using numerical simulation………….. 119 30
4.3. The simulation of the cutting process using FEM method…………………………….. 125 31
5. EXPERIMENTAL RESEARCH REGARDING THE CUTTING
PROCESS OF VEGETABLES AND FRUITS………………………………………………. 137 36
5.1. Experimental research objectives………………………………………………………………. 137 36
5.2. Experimental research objects…………………………………………………………………… 138 37
5.3. Experimental research methodology………………………………………………………….. 139 38
5.4. Preliminary experimental research activities……………………………………………….. 139 38
5.5. Equipments for experim
ental research……………………………………………………….. 142 39
5.6. Experimental research development………………………………………………………….. 153 43
5.7. Processing, anlysis and inte rpretation of experimental research results………….. 154 43
6. GENERAL CONCLUSION, PERSONAL CONTRAPOSITIONS AND FUTURE RESEARCH ………………………………………………………………………………… 203 48
6.1. General conclusions ……………………………………………………………………………………. 203 48
6.2. Theoretical and experimental research conclusions ……………………………………………. 205 48
6.3. Personal contributions …………………………………………………………………………………. 206 49
6.4. Future research ………………………………………………………………………………………… 206 49
REFERENCES 207 50
4
PREFAȚĂ
Legum
ele și fructele proaspete au constituit f ără îndoială primul aliment în hrana omului,
la începutul evolu ției sale. Fructele proaspete de la pomii roditori au fost și continuă să fie
singurul produs finit al naturii, care se consum ă în starea în care se g ăsește, fără implicarea altor
produse sau procedee consumatoare de energie. Prin urmare, datorit ă echilibrului și armoniei
dintre componentele fizico-chimice, fructele și legumele pot fi considerate alimente gata
pregătite de natură , care pot fi consum ate în stare proasp ătă.
Produsele proasp ăt tăiate sunt definite ca fructe sau legume care au fost cur ățate și/sau
decojite și/sau tăiate, și pot fi consumate ca atare într- un procent de 100%, produsele fiind
ambalate în pungi sau preambalate oferind consumatorilor nutrien ți, confort și aromă, în
perioada de valabilitate în care î și păstrează prospeț imea.
Din cercet ările efectuate de diverș i autori se constat ă că influenț a cea mai mare asupra
consumului de energie total al procesului de m ărunțire prin tăiere o are mecanismul de producere
a operației de tăiere propriu-zisă , precum și parametrii constructivi – func ționali ai dispozitivelor
de tăiere, și nu în ultimul rând propriet ățile structo-texturale ale produselor supuse m ărunțirii
prin tă iere. Astfel, s-au că utat și se caută soluții viabile pentru reducerea acestuia, constatându-se
faptul că nu există suficiente informa ții cu privire la cea mai eficient ă modalitate de realizare a
operației de mărunțire prin tăiere. Cu privire la acest subiect literatura de specialitate furnizeaz ă
doar informa ții referitoare la realizarea opera ției de mărunțire prin strivire, neg ăsindu-se în
prezent suficiente informa ții referitoare la m ărunțirea prin t ăiere a legumelor și fructelor.
Din aceste motive cercetarea mecanismulu i de producere a procesului de m ărunțire prin
tăiere a legumelor și fructelor a devenit o necesitate și o preocupare de ma re actualitate, orice
reducere a acestora transformându-se într-un avantaj pe pia ța concuren țială.
În acest context se înscrie și tema prezentei lucr ări de doctorat, în care se realizeaz ă un
studiu riguros atât a metodelor de m ărunțire, cât și a consumurilor energetice din timpul
mărunțirii legumelor și fructelor.
Lucrarea de doctorat este structurat ă pe 6 capitole, în ultimul sistematizându-se concluziile
referitoare la necesitatea, utilitatea ș i rezultatele ob ținute, contribu țiile autoarei și direcțiile
viitoare de cercetare pe care acesta consider ă că trebuie continuate. De asemenea, lucrarea mai
conține un rezumat în limbile român ă și engleză, Cv-urile autoarei în limbile român ă și engleză
și lista lucr ărilor științifice publicate pe tema lucr ării de doctorat.
În primele dou ă capitole se analizeaz ă rolul și importan ța le gumelor și fructelor, din punct
de vedere al beneficiilor aduse de acestea pentru s ănătatea uman ă, proprietățile fizice, chimice și
mecanice ale celor mai importante fructe și legume cultivate în România, precum și influența
acestor caracteristici ale materi alului asupra procesului de m ărunțire. Sunt prezentate și metodele
și procedeele de real izare ale acestei opera ții, utilajele clasice utilizate pentru realizarea
procesului de t ăiere, precum și cele moderne, diferite vari ante de scheme de lucru și modul în
care se asigur ă calitatea impus ă produsului final.
În capitolul 3, intitulat „ Necesitatea și obiectivele lucr ării de doctorat ”, evidențiază faptul
că elaborarea unui stud iu riguros al opera ției de mărunțire și, implicit, al metodei de realizare a
acesteia se impune datorit ă consumurilor energetice ridicate pe unitatea de produs, ceea ce a
făcut ca reducerea acestui consum s ă devină în ultimul timp o prioritate pentru multe studii și
cercetări teoretice, dar și pentru toate realiz ările practice implicate în procesul de t ăiere a
legumelor și fructelor. Se precizează că ob iectivul principal al lucr ării de doctorat îl reprezint ă
optimizarea procesului de m ărunț ire prin tă iere a legumelor și fructelor, pentru a c ărui realizare
doctoranda consider ă că este necesar ă parcurgerea și rezolvarea mai multor obiective
complementare, prin urm ărirea unei metodici generale întocmit ă. Se remarc ă în această metodică
faptul că cercetările teoretice sunt completate cu cercet ări experimentale, din compararea
rezultatelor acestora urmând s ă se eviden țieze soluțiile pentru optimizarea procesului de t ăiere a
legumelor și fructelor.
5
Capitolu
l 4, denumit: „ Cercetări teoretice privind procesul de m ărunț ire al legumelor și
fructelor”, prezintă bazele teoretice ale procesului de m ărunțire, mecanismul de producere al
operației de tăiere, precum și modelarea prin simulare numeric ă, cu ajutorul metodei elementelor
finite, al fenomenologiei specifice acestei opera ții.
Capitolul 5, intitulat „ Cercetarea experimental ă privind procesul de m ărunțire a fructelor
și legumelor ” prezintă obiectivul principal și obiectivele complementare ale cercet ării
experimentale, metodica de cer cetare prin care doctoranda î și propune s ă urmărească influența
parametrilor constructivi ș i funcționali ai cu țitelor în procesul de tă iere, variind unghiul de
ascuțire al acestora, unghiul de t ăiere, precum ș i modul de ascu țire al acestora, cu țitele fiind cu
tăiș cu ascuțire unilateral ă sau bilateral simetrică . De asemenea, se va urm ări consumul de
energie, starea de deforma ție și forț a maximă de tăiere pentru anum ite ma teriale vegetale cu
proprietăți diferite (umiditate, grad de maturare etc). Rezultatele ob ținute sunt prelucrate sub
formă de grafice și tabele, pentru eviden țierea parametrilor ce influen țează preocesul de
mărunțire a legumelor și fructelor.
În capitolul 6, cu titlul: „ Concluzii finale. Direc ții viitoare de cercetare ” se abordeaz ă pe
rând concluziile generale, cele refer itoare la stadiul actual al cercet ărilor privind opera ția de
tăiere a legumelor și fructelor, rezultatele cercet ării teoretice și experimentale, contribu țiile
personale și direcțiile viitoare de cercetare. Ansamblul acestor concluzii eviden țiază importan ța
și actualitatea temei lucr ării de doctorat, valoarea teoretic ă și practică a cercetărilor și rezultatelor
la care s-a ajuns și posibilit ățile de continuare a acestor cercet ări.
***
Prezenta lucrare de doctorat a fost realizat ă sub îndrumarea ș tiințifică a domnului prof.
univ.dr. ing. Florean RUS, c ăruia îi adresez cele mai sincere mul țumiri pentru sprijinul,
încrederea și înalta competen ță cu care m-a îndrumat la elabor area acestei teze de doctorat.
Adresez, de asemenea, mul țumiri tuturor cadrelor didactice și colegilor din cadrul
Facultății de Alimenta ție și Turism care mi-au fost al ături în aceast ă perioadă.
Mulțumesc domnului s.l.dr.ing. Geor ge Ipate pentru sprjinul acordat la modelarea cu
metoda elementelor finite a procesului de m ărunț ire prin tăiere a produselor vegetale.
Mulțumesc distin șilor membrii ai comisiei de doctora t, prof.univ.dr.ing. Gheorghe Voicu,
prof.univ.dr.ing. Ioan Danciu, prof .univ.dr.ing. Carol Csatlos, pentru onoarea de a accepta
propunerea de a face parte din comisia de doctorat, pentru r ăbdarea de a analiza teza de
doctorat și pentru sugestiile deosebit de utile.
Nu în ultimul rând, mul țumesc familiei pentru sprijinul moral și afectiv, pentru grija și
înțelegerea de care au dat dovad ă pe tot parcursul elabor ării acestei teze de doctorat.
Laura Georgiana CIULIC Ă
Brașov, decembrie 2012
6
1. ASPECTE GENERA LE PRIVIND OPERA ȚIA DE M ĂRUNȚIRE A
LEGUMELOR ȘI FRUCTELOR
1.1 Importan ța legumelor ș i fructelor în alimenta ția umană
Diferitele surse documentare dispobibile ast ăzi, atestă faptul că legumele au fost cultivate
cu foarte mult ă vreme înaintea erei nostre, câtev a specii dintre ele fiind cunoscute și cu 6000 ani
în urmă, pentru fiecare din ele aplicându-se tehnologii de cultur ă adecvate. Aplicarea
îngrășămintelor era practicat ă de către chinezi de peste 4 000 de ani, iar iriga ția se practica în
Mesopotamia și Egipt cu cel pu țin 2000 de ani înaintea erei noastre.
În urma contactului cu popoarele din Asia și Egipt, grecii au dezvoltat cultura legumelor în
Europa, apoi aceasta fiind preluat ă și diversificat ă de Imperiul Roman.
Numeroș i cercetători au căutat să stabileasc ă originea și vechimea diferitelor specii de
legume, cercetarea fiind bazat ă pe rămășițe de semin țe, plante carbonifcate, pe unele desene care
s-au păstrat în morminte, iar mai târziu pe date scrise sau pe tradi ție. De multe ori existen ța unor
specii legumicole a fost stabilit ă numai prin deduc ție, pe baza unor compara ții din operele unor
scriitori și poeți antici.
Prin cunoaș terea zonei în care s-a format istorice ște o specie oareca re de legume, f ără a fi
neglijată altitudinea regiunii respective, se pot afla mai multe detalii privind cerin țele acesteia
față de factorii de m
ediu, în primul rând fa ță de lumină și temperatur ă. Cunoscând aceste cerin țe,
se poate stabili mai u șor tehnologia adecvat ă pentru asigurarea unei cre șteri și unei fructific ări
normale.
Deși legumele sunt cunoscute de mult ă vreme, despre progrese re ale ale legumiculturii se
poate vorbi abia începând cu secolu l al 19-lea,o data cu dezvoltarea ș tiințelor biologice.
În prezent, în diferite țări de pe glob, printre care și în țara noastr ă, cultura legumelor a luat
un avânt însemnat. A crescut produc ția și consumul pe cap de locuitor și odată cu aceasta și
nivelul de trai al popula ției din ță rile respective.
Printre țările europene cu cel mai mare consum medi u de legume pe cap de locuitor, pot fi
citate: Bulgaria (180 kg), Fran ța (146 kg), Ungaria; Italia, Span ia (140 kg), România (126 kg) etc
[Maier, 1969].
Pe lânga sursa bogată de vitamine, legumele au un con ținut de ridicat în s ăruri minerale,
care surprind o gam ă largă de elemente cum sunt: Ca, Mg, Na, Fe, P, Cl, S, I, Cu, Mn, Zn, etc.
Este foarte important faptul c ă predomin ă elementele bazice (Ca, K, Na, Mg, Fe) și nu cele acide
(Cl, P, S), astfel încât cele mai multe dint re legume au un efect al calinizat, neutralizând
aciditatea provocat ă prin consumul sus ținut de pâine, carne, ou ă. Legumele au ef ect util și asupra
acizilor rezulta ți în urma eforturilor fizice, când activitatea muscular ă este foarte intens ă [Maier,
1969].
Comparându-le cu alte alimente se constat ă că multe specii de legume sunt întrecute în
ceea ce prive ște valoarea alimentar ă. Legumele sunt de o mare importan ță pentru buna
funcționare a organismului datorit ă naturii trofinelor pe care le con țin și mai ales datorit ă faptului
că cele mai multe dintre ele se consum ă în stare crud ă, astfel încât omul ingereaz ă integral, ceea
ce rezultă în urma “multiplei sinteze clorofiliene” [Gonțea, 1964].
1.2. Produse agroalimenta re de origine vegetal ă cultivate în România
Din considerente didactice și practice, respectiv comercia le, tehnologice, se utilizeaz ă mai
multe tipuri de clasific ări ale produselor horticole: botanic ă; comercial ă; tehnologic ă; anatomo-
structural ă; după organele care particip ă la formarea fructelor; uzual ă, merceologică .
Clasificarea botanic ă. Din punct de vedere botanic, plantele horticole și agricole se
grupează în: specii, genuri, familii, etc. Clasificarea botanic ă este utilă pentru stabilirea unei
agrotehnici adecvate, pentru c ă plantele care apar țin aceleia și familii botanice sunt atacate de
aceleași boli și dăunători, iar amelioratorii sunt ajuta ți, prin faptul c ă folosesc metode identice de
încrucișare.
7
Clasificarea
comercial ă. Produsele horticole se ob țin la anumite date calendaristice, fapt
pentru care clasificarea comercial ă are în vedere data apari ției, durata de comercializare și natura
lor.
Clasificarea tehnologic ă. Pentru a eviden ția cât mai bine com ponentele produselor
agricole și horticole care pot suferi modific ări, într-un fel sau altul, cât și pentru a cunoa ște
desfășurarea și succesiunea în timp a procesului de prelucrare și chiar natura produselor finite,
este necesar ca acestea s ă fie clasificate din punc t de vedere tehnologic.
Clasificarea anatomo-structural ă. Din punct de vedere anatom o-structural produsele
horticole se clasific ă în: frunze, ră dăcini, tuberculi, inflorescen țe, fructe etc.
Clasificarea horticol ă. Din acest punct de vedere produsele vegetale se pot grupa in:
fructe, legume, plante medicinale și plante ornamentale, iar dup ă caracteristicile generale ale
creșterii și maturării, care determin ă în același timp, într-o anumit ă măsură și cerințele culturale,
plantele horticole sunt: anuale, bienale, perene.
Clasificarea uzual ă. Ținându-se seama pe de o pa rte de structura anatomică , de faptul că
semințele sunt sau nu vizibile la sec ționarea fru ctelor considerate și dacă sunt cultivate sau nu,
iar pe de alt ă parte de regimul cre șterii și maturării se folose ște următoarea clasificare a
produselor horticole: semin țoase, sâmburoase, fructe moi, bace, nucifere, citrice, fructe sudice,
fructe de p ădure [Hodi șan, 2010].
Legumele proaspete se clasific ă în două grupe: legume vegetative și legume fructoase.
În cazul legumelor vegetative, în alimenta ție se utilizeaz ă părțile vegetative ale acestora:
frunze, rădăcini, tulpini, muguri, inflorescen țe, tuberculi. Această grupă cuprinde urm ătoarele
subgrupe: legume tuberculifere; legume r ădăcinoase; legume v ărzoase; legume frunzoase;
legume bulbifere; legume pere ne; legume condimentare.
Legumele fructoase se caracterizeaz ă prin aceea că în alimenta ție se folosesc fructele sau
semințele acestora. Ele se subgrupează în următoarele: legume bost ănoase; legume solano-
fructoase; legume p ăstăioase; legume graminee.
Fructele proaspete. Din punct de vedere structural se clasific ă în următoarele categorii:
fructe sămânțoase (bace false); fructe sâm buroase (drupe); fructe ale arbuș tilo r fructiferi; fructe
nucifere; fructe subtropicale și tropicale.
1.3. Ponderea culturilor vegetale în România
În România horticultura constituie o activitate tradi țională , de mare importan ță economic ă,
dezvoltată în decurs de secole, ca rezultat al condi țiilor naturale favorabile pe care le gă sește, mai
ales în zonele sud, sud-es t, vest, Moldova, Dobrogea și centrul Transilvaniei.
Eficienț a economic ă a legumelor și fructelor este condi ționată de cunoa șterea permanent ă a
cerințelor consumatorilor, de livrarea prompt ă a produsului solicitat la dimensiunea și greutatea
impusă, de prezentarea în ambalaje cât mai pl ăcute, uș or de manipulat.
Fertilitatea natural ă a solurilor, diversitatea climei, precum și priceperea cultivatorilor, au
fost factorii principali care au contribuit ca România sa aib ă un poten țial ridicat pentru produc ția
horticolă.
Datele statistice indic ă faptul că din punct de vedere al suprafe ței totale poten țial
cultivabile cu legume ș i pomi, România se situeaz ă pe locul 6 în UE dup ă Franța, Spania,
Polonia, Italia, Germania.
Din produc ția horticol ă anuală a României 35% o reprezint ă legumele și pepenii, 35%
cartofi, 15% struguri, 15% fructe le. Consumul mediu/cap de locu itor /an este de cca. 110 kg.
1.4. Rolul în alimenta ție a legumelor și fructelor
Legumele și fructele au un rol important în alimenta ție, fiind surse de vitamine A și C,
acid folic, minerale, reu șind să protejeze corpul și să îl apere de diverse maladii. Legumele sunt
porțiuni proaspete și comestibile ale plantelor erbacee. Aces tea sunt importante ca alimente, cu
efecte benefice pentru men ținerea sănătății și prevenirea bolilor. De asemenea, ele sunt
recunoscute pentru con ținutul de carbohidra ți, vitamine și minerale. Ele pot fi r ădăcini
8
com
estibile, tulpini, frunze, fructe sau semin țe. Fiecare grup aduce anumite beneficii
organismului [Robinson, 1990, Hanif et. al, 2006].
Legumele și fructele proaspete su nt organisme vii, în ț esuturile c ărora au loc procese
metabolice complexe, care se produc ș i după recoltare, sub ac țiunea enzimelor proprii.
Tehnologiile de condi ționare au menirea de a diminua inte nsitatea proceselor metabolice, în
special a respira ției și transpira ției, precum și a activit ății microorgansmelor patogene care
generează procese de descompunere.
Fig. 1.1. Diverse sortimente de legume [Shalini Sehgal]
Despre legumele ș i fructele pe care le mâncau primii oameni s-au p ăstrat puține informa ții.
În ziua de azi se dispune de o multitudine de informa ții despre fructele și legumele care fac parte
din dieta zilnic ă, de la vitamine și minerale, la istoricul plantei și la cele mai bune condi ții pentru
a o întreține și crește. Omenirea modern ă este din ce în ce mai interesat ă de efectele pozitive ale
legumelor, de reț ete, de gust, de agricultura ecologic ă și sănătate.
Oamenii contemporani au nevoie de mult mai mult ă energie pentru a- și alimenta creierul,
iar aceast ă energie, echivalentul a cel pu țin 300 kcal, trebuie s ă fie sub form ă de glucoză .
Aceasta „ra ție” de energie poate fi u șor găsită în legume și în unele fructe, în func ție de
caracteristicile fiec ăreia.
În desfășurarea activit ății biologice și productive, organismul uman are nevoie de un
consum de energie care, în func ție de eforturi, condi ții de viață, activitate etc. poate ajunge în 24
ore la 4000 – 5000 calorii. Acest necesar este asigurat din energia care rezult ă ca urmare a
consumului de alimente de natur ă vegetală sau animal ă.
Produsele anim
ale (carne, pe ște, grăsimi etc.) au un con ținut mai ridicat în lipide, proteine,
și glucide și se remarc ă printr-o valoare energetic ă ridicată.
Produsele vegetale, îndeosebi cele horticole, au un con ținut mai redus în substan țe
energetice, îns ă sunt importante pentru ap ortul de vitamine, substan țe minerale, contribuind prin
aceasta la buna desf ășurare a proceselor metabolice din organismul uman. Datorit ă valorii
energetice sc ăzute, acestea sunt recomandate în regimul alimentar hipocaloric.
1.5. Cultivarea plantelor legumicole cu r ădăcini tuberizate
Plantele de la care se consum ă rădăcinile tuberizate se cultiv ă de la tropice pân ă la o
latitudine nordic ă de 60 – 71°. Cele mai mari suprafe țe se găsesc însă în zonele cu climat
temperat. Aceste plante fac parte din patru familii botanice (tab 1.9).
9
Tabelul 1.9
Speciile legumicole cu r ădăcini tuberizate
Familia botanică Denumirea popular ă Denumirea științifică
Morcov:
Spontan
Cultivat
Cu rădăcină lungă
Cu rădăcină scurtă Daucus carota L.
ssp. carota
ssp sativum
convar. sativus
convar. curtus
Pătrunjel:
Spontan
Cultivat
Pentru rădăcină Petroselinum crispum
ssp. silvestre
ssp. crispum
convar. radicosum
Păstârnac Pastinaca sativa Umbelliferae
Țelina:
Spontană
Pentru rădăcină Apium graveolens L.
ssp. graveolens
convar. rapaceum
Cruciferae Ridichea:
De lună
De vară și iarnă Raphanus sativus L.
convar. sativus
convar. niger
Chenopodiaceae Sfecla:
Spontană
Roșie de mas ă
Galbenă de masă Beta vulgaris L.
ssp. maritima
var. canditiva
var. lutea
Din aceast ă grupă , în România se cultiv ă: morcovul, p ătrunjelul, p ăstârnacul, țelina pentru
rădăcină, ridichea de lun ă, de vară, de iarnă și sfecla ro șie de mas ă.
La toate speciile din grup ă, principala parte de consum este r ădăcina tuberizată (îngroșată).
La pătrunjel, țelina pentru r ădăcină și sfecla ro șie de mas ă se consum ă și frunzele, iar la
păstârnac se pot consuma numai frunzele foarte tinere.
În alimenta ția omului, p ărțile anatomice de consum sunt folosite la preg ătirea diferitelor
preparate culinare și ca materie prim ă în industria conservelor. Ridi chile sunt consumate în stare
crudă , ca atare, sau ca salat ă având o compozi ție chimică cu o valoare alimentar ă însemnată .
1.5.2. Modific ări apărute în structura vegetalelor procesate
După întreruperea ritm
ului bi ologic natural, fructele și legumele recoltate continu ă să-și
mențină sistemul fiziologic și să-și susțină procesele metabolice care erau prezente și înainte de
recoltare. Cât timp sunt ata șate de plantă , pierderile provoc ate prin respira ție și prin transpira ție
sunt înlocuite de fluxul de sev ă, care con ține apă, compuși de fotosintez ă și minerale. Dup ă
recoltare, produsul este în totalitate dependent de rezervele sale alimentare ș i de conținutul de
apă. Pierderile de ap ă ca urmare a desf ășurării procesului de respira ție nu mai pot fi înlocuite și
începe procesul de degradare a produsului. Maturarea, coacerea ș i senescen ța induc multe
schimbări în fructe și legume. De și, de cele mai multe ori, nu poate fi efectuat ă o strictă diferență
fiziologică între fazele de coacere a fructelor și senescen ță, coacerea g răbește debutul
senescenței, cu modific ări structurale ale țesuturilor care cresc probalitatea de v ătămare a
celulelor. Coacerea fructelor implic ă multe schimb ări complexe precum maturarea semin țelor,
schimbarea culorii, modificarea țesuturilor, producerea compu șilor volatili, dezvoltarea stratului
de ceară de pe suprafa ța cojii, schimb ări ale ritmului respira ției, producerea de etilen ă,
modificarea permeabilit ății țesuturilor etc.
Practicile agricole și condițiile de igien ă din timpul recolt ării, proces ării, ambală rii,
transportului și depozitării, influen țează gradul de infestare cu popula ții microbiene a produsului
[Brocklehurst, 1987].
10
Calitatea produselor proasp ăt tăiate
poate fi afectat ă de temperatura mediului ambiant, de
umiditatea relativ ă, și de salubritatea opera țiilor de prelucrare [Watada et al., 1996]. Acțiunea
fizică de tăiere și de procesare a țesutului produselor vegetale cauzeaz ă în masa țesuturilor
anumite solicit ări, care în func ție de controlul factorilor men ționați anterior, pot conduce la
pierderi însemnate. Din acest motiv, es te necesar a se acorda o mare aten ție condițiilor și
modului de realizare a opera ției unitare de t ăiere, ca opera ție de bază în cadrul preocesului de
prelucrare a produselor alimentare.
O consecin ță a felierii morcovilor cu dispozitive neascu țite este apari ția colorației albe, ca
rezultat al deshidrată rii celulare [Tatsumi et al., 1991] și/sau a form ării de lignin ă [Barry-Ryan
and O’Beirne, 1998] . Deși, efectele opera ției de tăiere în cazul morcovilor au fost studiate mai
mult decât în cazul altor produse vegetale, exist ă de asemenea, indicatori despre efectele
procesului de t ăiere și asupra calit ății altor produse horticole. Wright and Kader (1997) au studiat
efectele felierii și a depozit ării în a
tmosferă controlat ă asupra calităț ii și a conținutului de acid
ascorbic pentru c ăpșune și curmale [Barrett, 2010].
Flora microbian ă a produselor minim procesate reprezint ă o preocupare important ă,
deoarece implic ă probleme de siguran ță alimentar ă [Carlin, 1989]. În aceste sisteme care tind
spre categoria produselor cu nivelul acid sc ăzut, umiditatea mare, precum și numărul mare de
suprafețe tăiate, creeaz ă condiții ideale pentru dezvoltar ea microorganismelor patogene, ș i nu
prezin
tă suficiente „ obstacole ” împotriva dezvoltării spec iilor mai periculoase [Sinigaglia, 1999].
Respirația și transpira ția produsului și producerea de etilen ă sunt factori majori care
contribuie la deteri orarea fructelor și legumelor proaspete. Reducerea acestor procese cu ajutorul
tehnologiilor de r ăcire în vederea p ăstrării, fac posibil ă prelungirea vie ții post recoltare a
produselor proaspete [Chakraverty, 2003].
Produsele agricole vegetale proasp ăt tăiate pot fi de tipul „gata pentru consum” (cu sau f ără
sos) sau de tipul „gata pentru preparar e”. Calitatea unui produs poate fi remarcat ă prin
proprietățile sensoriale, precum culoare, fermitate și gust. Schimbarea acestor propriet ăți
influențează valabilitatea și acceptarea produsului, în special în cazul în care aceste atribute scad
sub nivelul acceptabil în condiții de depozitare standard. Principala cauz ă a deterior ăr ii calitative
a anumitor produse proasp ăt tăiate sunt prezentate în tabelul 1.12 [ Nirmal K. Sinha, 2011 ].
2. STADIUL ACTUAL AL STUDIILOR ȘI REALIZ ĂRILOR ÎN
DOMENIUL ECHIPAMENTELOR UTILIZATE PENTRU M ĂRUNȚIREA
LEGUMELOR ȘI FRUCTELOR
2.1 Tehnologii de prelucrare a fructelor și legumelor în vederea consumului
Fructele și legumele se pot consuma în stare proasp ătă sau pot fi supuse unor procedee de
conservare (pentru a împied ica alterarea lor) pentru un consum mai îndelungat.
O analiză asupra produselor vegetale procesate, în compara ție cu cele neprocesate, conduce
la concluzia c ă diversele metode de conservare reduc con ținutul de substan țe nutritive al
acestora. Cu toate acestea, trebuie subliniat ă valoarea produselor prelucrate, chiar dac ă le sunt
diminuate principiile nutritive, ele sunt de neînlocuit în ex trasezon, când nu sunt direct
disponibile. În fapt, scopul conserv ării acestora prin diverse metode: sterilizare, congelare,
murare etc., este acele de a asigurara o nutri ție la valori apropiate de cele naturale [Beceanu,
2008].
Legumele și fructele constituie o important ă sursă de materii prime pentru industria
conservelor. Aceasta a dat posibilitatea de a dezv olta întreprinderi mari, integrate, de producere
și industrializare a legumelor și fructelor. Cantit ăți importante de legume și fructe sunt utilizate
de industria alimentar ă ca materie prim ă pentru ob ținerea unor produse conservate.
Produsele prelucrate se prezint ă sub form ă de conserve sterilizate, legume și fructe
congelate, deshidratate, concen trate, sucuri de legume și fructe etc.
Înainte de a intra în procesul de prelucrare propriu-zis ă, legumele și fructele sunt supuse
unor opera țiuni pregătitoare, precum: recep ție, sortare, cur ățire, spălare, opărire, prăjire etc.
11
2.1. Pregătirea legumelor și fructelor pentru ob ținerea conservelor
Pentru m
ajoritatea procedeelor de conservare aplicate în industria conservelor vegetale,
operațiile de preg ătire (condi ționare) a materiei prime sunt urm ătoarele: recep ția, sortarea,
spălarea, calibrarea, sortarea calitativă , trierea, cur ățirea, divizarea, op ărirea, aburirea, fierberea,
prăjirea. În func ție de modul de conservare a legumel or sau a fructelor este necesar s ă se
parcurgă toate aceste etape de preg ătire sau doar o parte din ele.
Recepția cuprinde controlul cantitativ și calitativ al legumelor și fructelor.
Sortarea are rolul de a elimina din masa produselor, exemplarele necorespunz ătoare, cu
grad de coacere diferit fa ța de celelalte produse, ex emplarele zdrobite, alterate sau cu defecte, se
obțin produse omogene din punct de vedere dimensional.
Calibrarea este necesară pentru ca opera țiile care se execut ă mecanic (cur ățire, divizare) s ă
fie aplicate unor materii prime dintr-o anumit ă clasă de dimensiuni, form ă, greutate. Acest lucru
ușurează desfășurarea operaț iilor de prelucrare ulterioar ă.
Fig.2.1. Succesiunea opera țiilor pentru realizarea conservelor de legume și fructe [Potter, 1995]
Spălarea legumelor și a fructelor urm ărește îndepărtarea impurit ăților (pământ, praf, nisip),
reducerea microflorei și îndepărtarea urmelor de pesticide. S-a constatat c ă o bună spălare are o
eficiență asemănătoare cu tratarea termic ă la 100°C, timp de 2 – 5 minute. De modul în care este
realizată spălarea depinde într-o mare m ăsură calitatea produsului finit. Sp ălarea se poate realiza
prin imersare, prin jeturi de ap ă, prin frecarea produselor între ele și de organele de transport.
Pentru fructele cu textura moale, spă larea se face numai prin stropire.
Curățirea. Această operație are drept scop îndep ărtarea părților necomestibile sau greu
digerabile ale materiei prime, ob ținându-se produse cu grad ridicat de finisare.
Curățirea se poate executa într-unul din urm ătoarele moduri: mecanic; termic; chimic; manual.
12
Divizarea s
e face dup ă spălare și curățire. Pentru divizare se folosesc diferite tipuri de
agregate pentru tă ierea în felii, cuburi, t ăieței, maș ini de răzuit, zdrobitoare etc. Divizarea este
importantă pentru operaț iile tehnologice ulterioare (op ărire, aburire, fierbere, pră jire,
deshidratare) deoarece durata tratamentului termic este invers propor țională cu suprafaț a
produsului, care creș te prin divizare.
În funcție de forma și dimensiunile materialului divizat, opera ția de tă iere poart ă denumiri
caracteristice:
macedoine = cubule țe de legume sau fructe cu latu ra de 5 mm sau mai mari (fig.
2.25,a);
jardiniere = bastona șe de 4 mm x 1,5 cm;
paysanne = bucăț i egale, tăiate triunghiular, ro tund sau romboidal; ră dăcinoasele sunt
tăiate în batoane de 1,5 cm grosime și apoi în feliu țe de 1 mm grosime, iar frunzoasele sunt t ăiate
în pă trate sau romburi cu latura de 1 sau 1,5 cm;
brunoise = cubuleț e de 3 mm (fig. 2.25, b);
julienne = gen be țe de chibrituri cu latura de 3 mm (fig. 2.25, d);
chiffonade = frunzoase t ăiate fin (cum ar fi salata, spanacul, busuiocul sau varza).
Tăierea legu
melor se face diferit în func ție de preparatul la care se utilizeaz ă astfel:
legumele r ădăcinoase se taie crestat, rondele, sfere, butoia șe, bare, triunghiuri, cubule țe,
julien, felii sub țiri;
legumele cu bulb se taie felii sub țiri, inele, m ărunt;
legumele cu tuberculi: rondele, butoia șe, sfere, bare, julien, c uburi, sferturi, întregi;
legumele cu frunze ră mân întregi, alteori se taie felii sub țiri sau mai mari;
legumele cu fruct se las ă uneori întregi, alteori se taie felii sub țiri, sferturi;
legumele cu inflorescen ță (conopida) se desfac bucheț ele;
ciupercile se las ă întregi numai când se prezint ă ca decor. În general, se cresteaz ă cu un
cuțit subțire, de la mijloc spre margini, în form ă de rozetă. Se mai pot t ăia în lame sub țiri sau
sferturi.
a.
b.
c.
d.
Fig. 2.25 Exemple de produse m ărunțite
Opărirea este o încă lzire de scurt ă durată (1 – 5 min) în ap ă la temperatura de 85 – 98°C.
Opărirea se poate realiza și cu abur, caz în care pi erderile de substan țe nutritive, s ăruri minerale
și vitamine sunt mai mici. Op ărirea se aplic ă fructelor sau legumelor ca opera ție preliminar ă
conservării acestora prin congelare, de shidratare, sterilizare termic ă.
Răcirea legumelor și a fructelor dupa op ărire este necesar ă pentru a se evita înmuierea
excesivă a țesuturilor și dezvoltarea microorganismelor remanente. R ăcirea se efectueaz ă cu apa
rece la temperatura de circa 30 °C sau cu aer.
Aburirea constă în încălzirea legumelor sau a fructelor folosind aburul ca agent termic.
Operaț ia de aburire este folosit ă înaintea congel ării sau a usc ării. Este o opera ție prin care are loc
un tratament termic mai pu țin intens care realizeaz ă inactivarea enzimelor, dar nu și modificarea
consistenței produselor.
13
Fierberea a
re drept scop înmuierea legumelor sau a fructelor în vederea prelucr ării lor
ulterioare și inactivarea enyimelor. Durata fierberii depinde de tipul legumelor sau a fructelor, de
stadiul de maturitate, gradul de m ărunțire și de opera țiile ulterioare.
Alte procedee de inactivare a enzime lor folosesc aerul cald, când are loc și o deshidratare;
aerul cald este saturat cu vapori de ap ă când nu se dore ște deshidratarea produselor; curen ți de
înaltă frecvență.
Prăjirea constă în imersarea legumelor și fructelor în ulei fierbinte. Prin pr ăjire se
imbunătățește calitatea legumelor datorit ă formării unei colora ții specifice și a unui gust pl ăcut,
crește valoarea alimentar ă datorită evaporării apei și îmbibării cu grăsimi a țesuturilor, reducerea
microflorei.
Sortarea este o opera ție care are rolul de a separa pr odusele pe clase de calitate după
însușirile generale și specifice prevazute de standa rde. Se impune a fi efectuat ă înainte de
ambalarea și dirijarea produselor pentru pă strare.
Ambalarea are ca scop principal protecț ia produselor împotriva diver șilor factori de
degradare, precum
și facilitarea opera țiunilor de manipulare, transport și depozitare. Tipul și
mărimea ambalajelor utilizate sunt în concordan ță cu rezisten ța structuro-textural ă și gradul de
perisabilitate al legumelor și fructelor proaspete. Ambalaje le utilizate pr eponderent sunt
reprezentate de containere, l ăzi, lădițe, coșuri, pungi, saco șe, cutii etc, confec ționate din lemn,
carton, hârtie, mase plastice.
Durata și condițiile de păstrare a legumelor și fructelor depind de rezisten ța acestora la
păstrare, particularit ățile compozi ției chimice, rezisten ța structuro-textural ă etc. Trebuie avut în
vedere faptul c ă, după recoltare aceste produse î și continuă procesele metabolice sub ac țiunea
enzimelor proprii, ceea ce presupune dirijarea atent ă a factorilor de microclimat (temperatura,
umiditate relativ ă a aerului, lumin ă) în mediile de p ăstrare. În tabelul 2.1 sunt prezentate valorile
optime ale acestor parametrii care asigur ă o durata maxim ă de păs trare, pentru câteva tipuri de
legume și fructe [Pop, 2006].
Tabelul 2.1
Condițiile de păstrare pentru legume și fructe [Pop, 2006]
Produsul Temperatura
optimă °C Umiditatea
relativă a aeruluiDurata maxim ă de
păstrare
Căpșuni 0 85 – 90 3 – 8 zile
Caise -0,5…+0,5 90 1 – 2 să pt.
Piersici -1…+2 90 2 – 6 să pt
Cartofi 3-5 85 – 90 6 – 8 luni
Ceapă uscată -1…+1 75 – 80 6 – 7 luni
Morcovi 0,5 – 1 90 – 95 4 – 6 luni
Usturoi 0 – 1 70 – 75 6 – 8 luni
Varză 0 – 1 85 – 90 2 – 4 luni
Mere 0 – 4 85 – 90 5 – 8 luni
Pere -1…+2 85 – 90 2 – 6 luni
Struguri de mas ă -1…+1 75 – 85 3 – 4 luni
Lămâi 2 – 5 85 – 90 6 – 8 s ăpt.
Portocale 2 – 4 85 – 90 8 – 16 săpt.
Mandarine 4 – 8 85 – 90 4 – 6 săpt.
Grapefruit 8 – 12 85 – 90 6 – 12 săpt.
Soiurile de legume târzii și de fructe de toamn ă și iarnă pot fi păstrate o perioad ă mai mare
de timp dac ă produsele sunt recoltate atent, la momentul optim, sunt s ănătoase, manipulate și
transportate corespunz ător, fără vătămarea integrit ății anatomice și depozitate în condi țiile de
microclimat recomandate.
În general, temperatura optim ă de păstrare este de 4°C. Scă derea temperaturii sub 0°C
declanșează înghețarea produselor, iar temperatura ridicat ă favorizează intensificarea proceselor
14
m
etabolice și degradarea fructelor și legumelor. Umiditatea relativ ă a aerului trebuie s ă fie de 80
– 85% (sau chiar mai mult la în ceputul perioadei de depozitare).
Pe perioada p ăstrării se efectueaz ă verificări periodice pentru sortarea și eliminarea
exemplarelor bolnave sau în curs de alterare.
2.2. Obținerea produselor minim procesate
În secolul 21, obiceiurile de consum ale oamenilor, precum și cunoștințele acestora despre
nutriție au schimbat direc țiile de cercetare în tehnologia produselor alimentare. Se remarc ă
același proces și în supemarket-uri, care ofer ă din ce în ce mai multe pr oduse, de tip ul fructelor
sau legumelor, ambalate în pungi sau puse în t ăvițe, acestea fiind selectate, sp ălate și tăiate,
numai bune de a fi consumat e (produse vegetale proasp ăt tăiate) [Belloso, 2011].
Aceste produse oferă avantaje considerabile consumatorilor din ziua de azi datorit ă faptului
că sunt ușor și comod de preg ătit și deoarece î și păstrează prospețimea și culoarea original ă,
textura, aroma și savoarea f ără pierderea nutrien ților și a propriet ăților benefice pentru s ănătate.
Vegetalele proasp ăt tăiate sunt preg ătite pentru a fi consumate direct prin intermediul unor
procese simple (selec ție, spălare, decojire, t ăiere, igienizare); ele sunt a mbalate în pungi de
plastic și sunt păstrate în atmosfer ă controlat ă [Belloso, 2011].
În mod obi șnuit, produsele proasp ăt tăiate constau în fructe și legume proaspete care au
suferit înainte de a fi folosite o minim ă prelucrare cum ar fi: decojirea, felierea sau tocarea.
Aceste produse sunt, în general, ambalate în pungi de plastic sau t ăvi. Caracteristicile majore
privind calitatea și siguranța acestor produse se refer ă la următoarele aspecte:
sunt proaspete și țesutul plantei r ămâne viu în toat ă perioada de valabilitate;
prin prelucrarea minim ă țesutul plantei poate fi dete riorat în grade diferite;
ambalarea protejeaz ă produsul de contaminarea microbial ă și permite m ărirea perioadei
de valabilitate;
produsele proasp ăt tăiate sunt în creș tere în cadrul sistemel or de asigurare a calit ății;
este obligatoriu a se folosi procedurile HACCP și bunele practici de igien ă la
producerea produselor proasp ăt tăiate.
Prelucrarea minim ă a fructelor și legumelor are urm ătoarele dou ă scopuri:
me nținerea produsului proasp ăt, fără pierderea calit ății nutriționale;
asigurarea unei perioade de valabilitate a suficient ă pentru realizarea unei distribu ții
convenabile într-o regiune de consum.
Valabilitatea microbiologic ă, senzorial ă și nutritiv ă a fructelor și legumelor minim
procesate trebuie s ă fie asigurat ă pe o durat ă de minim 4 pân ă la 7 zile, dar de preferin ță până la
21 de zile în funcț ie de piață . Cerinț ele comerciale pentru fabricar ea produselor gata de a fi
folosite, pre-decojite, feliate, rase sau tocate sunt rezumate în tabelul 2.3.
În majoritatea cazurilor, men ținerea calit ăților senzoriale a produsului depinde de
metabolismul normal al țesutului plantei. Prelucrarea minim ă a produselor proaspete, cre ște
considerabil activitatea fiziologic ă ceea ce conduce la senescen ță sau la perturbarea
metabolismului, producând fermentarea produselor. Fructele și legumele proasp ăt tăiate sunt de
obicei, ambalate pentru a men ține calitatea lor, prin limitarea pierderii de ap ă și prin creerea unei
atmosfere optim modificat ă (figura 2.2).
Refrigerarea fructelor și a legumelor proasp ăt tăiate este esen țială pentru a în târzia
deteriorările biochimice și fiziologice declan șate de stresul prelucr ării. Acest lucru poate genera
modifică ri ale ritmului respira ției țesutului plantei, fapt ce poate produce schimb ări rapide
fermentative și alterarea produsului.
Schimbările calitative ale fructelor și legumelor minim procesate ca rezultat al decojirii,
răzuirii și tocării, face ca dintr-un produs cu o perioad ă de valabilitate stabil ă de la câteva
săptămâni sau luni, s ă se obț ină un produs perisabil, ce are o perioad ă de valabilitate foarte
scurtă, de la o zi la trei zile, la temp eraturi de refrigerare. În timpul opera ției de decojire și
răzuire, multe celule sunt distruse, iar elementele intracelulare de tipul enzimelor oxidative sunt
eliberate.
15
Fig. 2.2. Exemple de produse minim prelucrate
Produsele minim prelucrate se deterioreaz ă din cauza îmb ătrânirii fiziologice, schimb ărilor
biochimice și alterării microbiale, care pot duce la degradarea culorii, texturii și aromei.
Tabelul 2.3
Cerințele pentru produsele comerciale gata-de-a-fi-folosite (fructe și legume decojite, t ăiate, tocate )
Principiul de
lucru Cerințe de prelucrare Clienți Valabilitate
(zile) la 5°C Exemple de
fructe și
legume
adecvate
Preparare azi,
consum mâine Igiena bucă tăriei standard
și a ustensilelor.
Fără spălarea intensiv ă a
produselor decojite și tăiate;
cartoful este o excep ție.
Ambalajele pot fi
returnabile. Catering Restaurante Școli
Industrii 1 – 2 Majoritatea fructelor și
legumelor
Preparare azi, consumul produsului se face în 3 – 4 zile Dezinfecție.
Spălarea produselor
decojite, cel pu țin cu apă.
Ambalaje permeabile,
cartoful face excep ție. Catering Restaurante Școli
Industrii 3 – 5 Morcovi Varză
Salată iceberg
Cartofi Sfeclă
Citrice Fructe de pădure
Produsele sunt destinate comercializ ării O bună dezinfecție.
Apă clorinată sau acidă
pentru spă larea produselor
decojite sau t ăiate.
Ambaje permeabile;
cartoful face excep ție.
Aditivi. Industrii Catering Restaurante Școli
Magazinele mici 5 – 7 Morcovi Varză
chinezească
Varză roșie
Carofi Sfeclă
Citrice Fructe de pădure
16
2.3. Generalit ăți privind procedeele de realizare a opera ției de mărunțire
În tehnologiile alimentare de foarte multe ori este necesar a se proceda la reducerea
dimensiunilor geometrice ale elemtelor structur ale ale unor produse agro alimentare (fructe,
tuberculi, ră dăcinoase etc.). În industria alimentar ă, necesitatea opera ției de mărunțire rezultă din
faptul că produsele primare agroalimentare sunt rareori folosite în forma și dimensiunea lor
inițială, fiind necesar a fi aduse prin m ărunțire la mărimea și forma corespunz ătoare condiț iilor
de utilizare într-un anumit proces tehnologic sau pentru comercializare. În timpul desf ășurării
procesului de m ărunțire trebuie s ă se previn ă ca materialul prelucrat s ă sufere modific ări de
compoziție și de structur ă.
Operaț ia de mărunțire are drept scop reducerea dimensiunilor geometrice ale unor entit ăți
prin distrugerea integrităț ii fizice ini țiale ca rezultat a ac țiunii asupra lor a unor for țe exterioare.
Procedeele de realizare a opera ției de mărunțire se aleg și în funcție de urm ătoarele dou ă
aspecte: caracteris
ticile fizice ale materialului și de dimensiunile ini țiale și finale ale entit ăților
fizice. În func ție de modul în care se transmite energia de deforma ție entităților fizice primare se
deosebesc urm ătoarele procedee de m ărunțire: solicitare cvasistatic ă prin comprimare și frecare
și prin încovoiere; solicitare prin forfecare; solicitare prin impact; solicitare prin energia
transmisă de mediul înconjur ător.
Comprimarea și forfecarea sunt dou ă moduri de solicitare des utilizate în opera ții de
reducere a dimensiunilor corpurilor solide.
Procedeul de realizare a opera ției de tă iere se alege în func ție de caracteristicile fizice ale
materialului, de dimensiunile ini țiale și finale ale elementelor structurale ale produselor
agroalimentare. Pentru un material dat se va alege acel procedeu de t ăiere care necesit ă cel mai
redus consum de energie și care asigur ă un maxim ritm de procesare. În cadrul procesului de
tăiere suprafe țele organelor active ale echipamentelor tehni ce pot solicita elementele structurale
în mod individual sau colectiv. Rezisten ța la tă iere este o proprietate proprie fiec ărui produs
agroalimentar.
Distrugerea integrit ății produselor agroalimentare prin t ăiere se realizeaz ă solicitând
materialele la forfecare prin intermediul a dou ă corpuri, din care cel pu țin unul prezint ă o muchie
tăietoare. Materialele ce urmează a fi mărunțite prin tă ie re sunt aduse în dreptul muchiei
tăietoare.
Fig. 2.3. Solicitarea prin forfecare
Solicitarea prin impact reprezint ă în fapt o comprimare puternică aplicată pentru un timp
foarte scurt.
În figurile 2.4 și 2.5 sunt prezentate realiz ările constructive ale firmei Urschel în ceea ce
privește cuțitele care echipeaz ă mașinile de tăiat legume și fructe.
17
Fig.2.4. Exemple de cu țite utilizate pentru realizarea procesului de t ăiere
Fig.2.5. Cu țite de tă iat în cruce
Fiecare categorie func țională de echipamente tehnice este destinat ă pentru a realiza un
anumit grad de m ărunțire, pornind de la dimensiuni dife rite ale elementelor structurale ale
materialului primar.
2.3.1. Organele specifice de lucru a ma șinilor de m ărunțit
Când organele de lucru ac ționează asupra unui corp solid, acesta sufer ă deformări de natur ă
elastică sau plastic ă în funcție de caracteristicile materialului. Deoarece deforma ția atinge o
anumită valoare limit ă determinat ă de natura și structura solidului (rezisten ță mecanic ă),
materialul î și pierde integritatea de-a lungul anumitor plane (plane de deformare). În orice
operație de mărunțire sunt implicate for țe de toate felurile având di ferite valori. La evaluarea
randamentului unei opera ții de mărunțire trebuie s ă fie luate în considerare dou ă aspecte:
dimensiunea fragmentelor ob ținute din materialul prelucrat și energia consumat ă în acest proces
[Zeki Berk, 2009].
Mărunțirea prin tă iere se aplic ă unor produse cu consisten ță cuprinsă între moale și
sem
idură precum și unor materiale fi broase. Produsul obț inut prin opera ția de tă iere este un
amestec de entit ăți fizice ale c ăror caracteristici sunt defi nite prin dimensiunile și forma lor.
Mărunțirea prin t ăierea este opera ția de reducere a dimensiunilor materialulu primar bazat ă
pe acț iunea muchiilor ascu țite ale unor elemente mobile (cu țite, lame).
Tipul cuțitelor care se pot monta pe toba ma șinii de tă iat (fig. 2.13) se aleg în func ție de
natura materialului care trebuie m ărunțit și de destina ția materialului m ărunțit.
Termenul de t ăiere este de obicei rezervat pentru opera țiile din care rezult ă elemente
structurale cu form ă destul de regulată (cuburi, felii, juliene), în timp ce termenul de m ărunțire
este utilizat pentru cazul în care dimensi unile acestor elemente sunt aleatoare.
Tăierea este realizat ă de cuțite aflate în mi șcare discontinu ă liniară a tăișului sau de rota ție
sau în mișcare ciclic ă alternativ ă (cu f orma liniar ă – fig. 2.7, a și b, curbă cu ascuțire pe exterior
18
– fig. 2.7,c s
au pe interior – fig. 2.7, d, având muchia continu ă sau zimțată cu ascuțire unilateral ă
– fig. 2.7, e și f).
Fig.2.7. Tipuri de cu țite utilizate pentru realizarea opera ției de tăiere: cuțite disc (a și b), cuțite cu form ă
curbă cu ascuțire pe exterior (c) sau pe interior (d), cuțite bandă (e și f).
Muchia t ăietoare poate fi continuă (fig. 2.13,a), dinț ată (fig. 2.13, b) sau cu scafe (fig.
2.13,c).
Cuțitele sunt fixate în elementul de antrenare al ma șinii în lă cașuri speciale.
Forma buc ăților rezultate dup ă tăiere depinde de configura ția geometrică a cuțitului, de
modul de ascu țire și de poziția cuțitului față de materialul ce urmeaz ă a fi tăiat.
Pentru obț inerea de cuburi t ăierea este realizat ă de-a lungul a trei plane reciproc
perpendiculare, materialul fiind t ăiat prima oar ă în felii, în a doua etap ă, feliile sunt t ăiate
longitudinal pentru producerea benzilor (fâ șiilor, panglicilor), iar în a treia etap ă, benzile sunt
scurtate pentru producerea cuburilor [Zeki Berk, 2009].
Fig.2.13. Cu țite utilizate pentru realizarea operaț iei de mărunțire: a) cu t ăiș drept continuu;b) cu t ăiș
drept canelat;c) cuț it cu scafe;
i – unghiul de ascu țire al cuțitului
2.4 Echipamente utilizate în procesul de m ărunțire a fructelor ș i legumelor
În funcție de caracteristicile produsului ob ținut, mărunțirea prin tă iere poate fi clasificat ă
astfel: mărunțirea pentru ob ținerea buc ăților mari; m ărunțirea grosier ă; mărunțirea fină.
Materialele cu duritate foarte mic ă, dar care au consisten ță mare, nu pot fi m ărunțite prin
compresiune, lovire sau frecare, m ărunțirea acestora se realizeaz ă numai sub influen ța forțelor
tăietoare [Panainte, 2008].
După tipul de cu țit utilizat, echipamnetele de t ăiere pot fi: cu cu țite disc; cu cu țite plane; cu
cuțite stea cu alte tipuri de cu țite.
După mărimea buc ăților tă iate:
pentru tăiere în bucăț i mari (fier ăstraie: lam ă, disc, bandă , circular);
pentru tăiere în bucăț i medii (ma șini cu cuțite și s ită);
19
pentru tăiere în bucăț i m
ici (volfuri, ma șini de tă iat cuburi);
pentru tăiere fină – tocare ( cutere, mori coloidale, mori cu bile).
După construcția și modul de montare al cu țitelor:
cu cuțite montate pe discuri rotative (cu țite plane cu diferite forme);
centrifugale – cu cu țite plane (t ăierea se face sub acț iunea forț ei centrifuge);
cu cuțite montate pe arbori rotativi (pentru t ăiat legume – fier ăstrău circular);
cu cuțite disc (cuterul);
cu cuțite plane de diferite forme (fier ăstrău plat – lamelar);
cu cuțite stea (volful);
echipamente combinate cu mai multe categorii de cu țite.
2.4.1 Mașini universale de t ăiat produse vegetale
Mașina universal ă de tăiat legume se folose ște pentru divizarea sub diferite forme și
dimensiuni în func ție de cuțitele m ontate. Se recomand ă în special pentru divizarea legumelor
rădăcinoase, dar pot fi utilizate și la alte specii.
În funcție de tipul organului de tă iere sunt: cu disc orizontal (fig. 2.8, a), cu disc vertical
(fig. 2.8,b), cu tobă cilindrică (fig. 2.8, c), cu tobă tronconică dublă (fig. 2.8, d), cu tob ă tronconic ă
simplă (fig. 2.8,e ).
a.
b.
c.
d.
e.
Fig. 2.8.Schemele ma șinilor de tă iat: a) cu disc orizontal, b) cu disc vertical, c) cu tob ă
cilindrică, d) cu tob ă tronconic ă dublă, e) cu tob ă tronconic ă simplă
În cazul r ădăcinoaselor, cartofilor și ardeioaselor, atunci când se urm ărește obținerea unor
bucăți cât mai uniforme (cuburi, pl ăcuțe, fâșii) este necesar ca înainte de divizare, s ă se aplice o
scurtă opărire (1 – 2 minute) pentru a realiza o u șoară înmuiere a țesuturilor, ceea ce favorizeaz ă
tăierea corect ă.
2.4.3 Echipamente pentru realizarea opera ției de tăiere a fructelor și legumelor
Feliator model CC Urschel
Oferă o multitudine de posibilit ăți de tăiere, rezultând felii plate, felii în form ă de “V”, sub
formă de bandă , cu formă ovală, semilună.
Pot fi echipate cu motor de 1,5 ; 3,7; sau 7,5 kW pentru a se adapta la capacitatea de
producție a liniei de lucru.
Cuțitele nu necesit ă reascuțire și sunt interschimbabile fapt pentru care ofer ă flexibilitate
pentru diferite tipuri de t ăiere.
În funcție de caracteristicile dimensionale ale rotorului accept ă produse pân ă la dimensiuni
de 101,6 mm (rotor realizat din aluminiu-mangan) și respctiv pân ă la 88,9 mm (rotor realizat din
oțel inoxidabil).
Este de tipul cu func ționare continu ă fapt ce asigur ă o produc ție neîntrerupt ă.
20
Fig.2.22. Feliator model CC Urschel [Ursche] Fig. 2.23. Schema de principiu a aparatului de
tăiere
Caracteristici tehnice: lungime: 1220 mm pentru motoare cu puterea de 1,5 sau 3,7 kW și
1314 mm pentru motoare cu puterea de 8,5 kW, l ățime: 896 mm; în ălțime: 799 mm – 2 sau 5 CP;
769 mm – 10 CP; greutate net ă: 250 kg.
Aparatul de t ăiere (fig. 2.23) este format dintr-o carcas ă inelară pe care sunt fixate cu țitele
și un rotor cu palete, antrenat în mi șcare de rota ție. Materialul ce urmeaz ă a fi mărunțit este
antrenat de c ătre paletele rotorului, iar în mome ntul în care trece prin dreptul cu țitului, acesta
detașează o felie de material. Grosimea feliei este dat ă de lățimea fantei dintre carcas ă și tăișul
cuțitului.
Mașina de mărunț it KRONEN KUJ
Utilajul de m ărunțit KRONEN prelucreaz ă legume, fructe și pește în cuburi egale, fâ șii sau
felii, într-un singur pas. Calitatea cu țitelor utilizate garanteaz ă o tăietură simplă (curată ,
îngrijită), fără vătăm area produsului. În func ție de tipul produsului și de grosimea t ăieturii,
capacitatea de lu cru a acestei ma șini este cuprins ă între 300 ș i 3000 kg/or ă.
Posibilitatea de ajustare a șapte trepte de vitez ă, prin intermediul unui invertor de frecven ță,
permite corelarea caracteristicilor func ționale ale echipamentului cu caracteristicile fizico-
mecanice ale materialelor prelucrate, precum c ăpșunele sau a produselor fier te de tipul cartofilor,
a sfeclei etc.
Mașina de tăiat legume S021
Maș ină de tăiat legume S021 este echipată pentru tăierea simpl ă și foarte rapid ă a spiralelor
decorative de legume (din morcovi , cartofi, dovlecei, ridichi, țelină, sfeclă etc.)
Prin intermediul unor instrumente variate spiral ele pot avea diverse di mensiuni (2 x 2 mm,
2 x 8 mm, 2 x 10 mm – și alte dimensiuni la cerere), la o lungime maxim ă a produsului de 250
mm.
Fig. 2.31. Ma șina de mărunțit KRONEN KUJ
[http://www.kronengmbh.de/] Fig. 2.33 Ma șina de tăiat legume S021
[http://www.kronengmbh.de/]
21
3. NECESITATEA ȘI OBIECTIVELE LUCR ĂRII DE DOCTORAT
3.1 Necesitatea lucr ării
Mărunțirea este una din cele mai larg utilizate opera ții atât în industria alimentar ă cât ș i în
industriile farmaceutice, cosmetice, miniere, industria lian ților etc. Importan ța acestei opera ții
rezultă din faptul că într-o serie de procese ce se întâ lnesc în aceste industrii se impune ca
materiile prime, produsele finite sau produsele intermediare, s ă fie mărunțite, fie pentru
accelerarea producerii unei faze tehnologice, fie pentru ob ținerea unei anumite granula ții a
produsului, fie chiar și numai pentru ob ținerea unui anumit aspect pentru realizarea
comercializ ării produselor.
Realizarea unui studiu riguros asupra opera ției de mărunțire și implicit al metodelor de
realizare a acesteia se impune ca necesar datorit ă consumurilor energetice pe unitatea de produs
deosebit de ridicate. Astfel, scopul principal al cercet ărilor din ultimele decenii a fost g ăsirea
unor modalităț i pentru reducerea consum ului energetic investit .
Din cercet ările efectuate de diverș i autori se constat ă că influenț a cea mai mare asupra
consumului de energie total al procesului de m ărunțire prin tăiere o are mecanismul de producere
a operației de tăiere propriu-zisă , precum și parametrii constructivi – func ționali ai dispozitivelor
de tăiere, și nu în ultimul rând propriet ățile structo-texturale ale produselor supuse m ărunțirii
prin tă iere. Astfel, s-au că utat și se caută soluții viabile pentru reducerea acestuia, constatându-se
faptul că nu există suficiente informa ții cu privire la cea mai eficient ă modalitate de realizare a
operației de mărunțire prin tăiere. Cu privire la acest subiect literatura de specialitate furnizeaz ă
doar informa ții referitoare la realizarea opera ției de mărunțire prin strivire, neg ăsindu-se în
prezent suficiente informa ții referitoare la m ărunțirea prin t ăiere a legumelor și fructelor.
Din aceste motive cercetarea mecanismulu i de producere a procesului de m ărunțire prin
tăiere a legumelor și fructelor a devenit o necesitate și o preocupare de mare actualitate, orice
reducere a acestora transformându-se într-un avantaj pe pia ța concuren țială.
În acest context se înscrie și tema prezentei lucr ări de doctorat, în care se realizeaz ă un
studiu riguros atât a metodelor de m ărunțire, cât și a consumurilor energetice din timpul
mărunțirii legumelor și fructelor.
3.2. Obiectivele lucr ării
Obiectivul principal al cercet ărilor experimentale din cadrul acestei lucr ări de doctorat îl
reprezintă optimizarea energetic ă a procesului de m ărunț ire a legumelor și fructelor.
În vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercet ări a fost necesară parcurgerea
secvențială și rezolvarea mai multor obiective complementare , precum:
realizarea unui studiu asupra caracteristicelor legumelor și fructelor utilizate în
alimentație, precum și a propriet ăților, a procedeelor ș i tehnicilor de m ărunțire a acestora.
analiza stadiului actual al cercet ărilor și realizărilor în domeniul echipamentelor
pentru mărunțirea prin t ăiere a legumelor și fructelor;
efectuarea unor cercet ări teoretice asupra energiei investit ă în procesul de m ărunț ire,
a dependen ței dintre starea de eforturi și deforma țiile specifice în tim pul procesului de
mărunț ireprin tăiere a legumelor;
realizarea unui model matematic utilizând me toda elementului finit, care permite
studierea mecanismului de producere a opera ție i de tăiere și analiza nivelului for țelor de
rezistență în timpul procesului de t ăiere, cu scoaterea în eviden ță a factorilor care determin ă
desfășurarea procesului, stabilirea pentru fiecare a nivelului de influen ță;
întocmirea unei metodici pentru desf ășurarea cercet ării experimentale și stabilirea
obiectivelor specifice fiec ărei etape, cu luarea în considerare a factorilor caracteristici
procesului de t ăiere;
determinarea indicilor ca litativi ai legumelor și fructelor supuse cercet ărilor
experimentale;
22
stabilirea u
nor concluzii temeinice referitoare la influen ța dispozitivelor de m ărunț ire
asupra consumurilor energetice specifice și precizarea direc țiilor viitoare de cercetare legate de
această temă.
În baza obiectivelor complementare pentru rezolvarea cât mai deplin ă a obiectivului
principal, la un nivel științific corespunz ător cerințelor unei teze de doctorat, s-a conceput
schema general ă de studiu, prezentat ă în figura 3.1.
Fig. 3.1. Schema general ă de studiu a lucr ării de doctorat .
23
4. CERCET ĂRI TEORETICE PRIVI ND PROCESUL DE M ĂRUNȚIRE AL
LEGUMELOR ȘI FRUCTELOR
4.1 Procesul de m ărunț ire al fructelor ș i legumelor
Comportarea materialelor solide supuse m ărunțirii este foarte diferit ă, aceasta ca urmare a
influenței numero șilor factori implica ți în desfășurarea opera ției de mărunțire prin tăiere.
Cercetă rile experimentale au scos în eviden ță principalii factori de influen ță care trebuie
luați în considerare la explicarea modului de producere a m ărunțirii: natura materialului, starea
inițială (forma, dimensiunile geometrice) , structura (presiunea de turgscen ță din celule,
dimensiunea și geometria celulelor, grosimea și forma pere ților celulelor, prezen ța fibrelor sau a
bulelor), modul de aplicare și natura for ței aplicate, valoarea, viteza și durata de aplicare a
efortului.
Organul de t ăiere are forma unei pene a carei muchie t ăietoare și suprafe țe laterale
interacționează cu materialul supus opera ției de tăiere. Pentru realizarea opera ției de tăiere,
muchia tă ietoare a cu țitului este presat ă pe suprafaț a materialului, în zona de contact aceasta
deformându-se corespunz ător, în masa de material se dezvolt ă o stare specială de eforturi,
caracterizată de valoarea efortu rilor unita
re normale σ și tangențiale τ. Eforturile unitare normale
produc o îndesare a elementelor structurale ale ma terialului solicitat, iar eforturile unitare
tangențiale tind să deplaseze relativ aceste elemente. Deform ărilor produse de aceste eforturi, li
se opun for țele interne de leg ătură. Existența fazelor lichid ă și gazoasă intracelular ă, produce în
masa corpului o modificare a distribuț iei eforturilor σ și τ, deoarece aceste faze nu preiau decât
eforturi normale.
În momentul în care într-un punct de cont act al masei materialului cu lama cu țitului,
valoarea efortului unitar tangen țial depășește valoarea rezisten ței la forfecare, are loc distrugerea
integrității materialului, lama t ăietoare p ătrunzând în masa de material, având loc t ăierea.
Caracterul t ăierii este dependent de caracteristica structural-morfologic ă a materialului.
Pe măsură ce forț a de acțiune crește, corespunză tor crește și deformarea materialului
solicitat și starea de tensiune din masa acestuia.
După pătrun derea în material, fe țele laterale ale t ăișului cuțitului preseaz ă pe suprafeț ele
nou create, provocând ac țiunea de despicare. Între suprafe țele penei și suprafețele nou create
acționează forțe de frecare care se opun deplas ări cuțitului, în func ție de grosimea feliei prezint ă
o anumită rigiditate fapt pentru care aceas ta se încovoaie mai mult sau mai pu țin. În masa feliei
pot să apară fisuri, care cauzeaz ă pierderea integrit ății fizice. Suprafa ța nou obținută în masa de
bază a materialului este neregulat ă putând prezenta adâncituri, a c ăror adâncime este dependent ă
de direcția de propagare a fisurilor în zona de cedare.
Acționând asupra materialului cu o for ță de compresiune, în masa acestuia se dezvolt ă o
stare de eforturi și ca urmare suprafa ța lui se va deforma.
Procesul de m ărunțire prin tăiere poate fi divizat în dou ă etape:
o primă etapă, în care sub ac țiunea f orței cu care ac ționează muchia t ăietoare se produce
comprimarea și deformarea elastic ă a suprafeț ei materialului și țesutului celular al acestuia. În
modelele elaborate de Pitt (1982) și Pitt și Chen (1983), solicitarea prin comprimare determin ă
extensie lateral ă a celulelor, datorit ă incompresibilităț ii fluidului intracelular, în ipoteza c ă acesta
nu se deplasează în afara celulei, volumul celulei r ămânând constant în timpul deform ării, ea
determină o solicitare mult mai intens ă a pereților celulelor care sunt orientate transversal în
raport cu direc ția forț ei decât a celor or ientate pe direc ția de acțiune a forț ei. În planul de
observație transversal pe direc ția de deformare, celulele situate în acest plan î și majoreaz ă
dimensiunea, fapt confirmat de observa țiile experimentale ale lui Zdunek și Ulmeda (2006),
efectuate pe cartofi și morcovi prin utilizarea unui mi croscop confocal cu laser.
Țesutul celular al merelor difer ă de cel al cartofilor și morcovilor prin num ărul mult mai
mare de spa ții intracelulare, cu aproximativ 20%. În cazul merelor, spa țiile sunt umplute cu gaz
care este u șor compresibil. În timpul deforma ției, celulele vecine pot expanda liber în aceste
24
spații și, în acest caz, volum
ul spațiilor libere se reduce. De aceea, în planul transversal 2D al
deformării dimensiunea celulelor cre ște, iar dimensiunea spa țiior descre ște [Căsăndroiu, 2009].
a doua etap ă, în care for ța depășește valoarea critic ă, când se atinge o valoare de maxim
și materialul se va deforma plastic, țesutul celular este distrus și se produce eliberarea suculului
celular, se distruge inte gritatea materialului, cu țitul pătrunzând în masa materialului.
În funcție de structura morfologic ă a materialului t ăierea se realizeaz ă cu sau f ără
producerea de fisuri în masa de material. Fisurile se propag ă rapid ș i se ramific ă, pe direc ția de
deplasare a cu țitului, suprafeț ele nou ob ținute având o forma neregulat ă.
Valoarea efortului investit în prima faz ă depinde de starea iniț ială a materialului
(umiditatea), iar pentru cea de a doua faz ă depinde de structura nativ ă a materialului.
4.1.2. Mecanismul de producere al opera ției de m ărunțire prin t ăiere a legumelor și
fructe
lor
Efectul aparent în acest caz depinde și de viteza de deformare, ceea ce înseamn ă că debitul
de fluid care p ărăsește celulele este crucial.
În figura 4.9 se prezint ă graficul de variaț ie a forței F, pe care o întâmpin ă cuțitul înregistrat
de maș ina de testare în timpul opera ției de tăiere, la o viteză constată de străpungere a
materialului fibros cu un cu țit de lățime b cu ascu țire unilateral ă și cu un unghi de ascu țire egal
cu β, care are un t ăiș rectiliniu normal, care se deplaseaz ă cu o vitez ă constantă va (tăiere prin
despicare, fig. 4.11, a):
Fig. 4.9. Graficul de varia ție a forței F înregistrate de un dispozitiv de testare în timpul opera ției de
tăiere: zona I – cuț itul pătrunde în material; zona II – t ăierea se stabilizeaz ă; zona III – cu țitul iese din
material. [Dowgiallo, 2005]
Aceast ă forță este compusă din următoarele componente: F e este forța consumată pentru
deformarea plastic ă și elastică, Ff este forț a care dep ășește forț a de frecare, iar F d este forța de
dezintegrare consumat ă de către tă ișul cuțitului în structura materialului.
Valoarea for ței Ft, care este egal ă cu zero ( Ft = 0) în momentul în care t ăișul cuțitului intr ă
în contact cu materialul, cre ște la o valoare maxim ă care se referă la stabilizarea parametrilor
(condițiilor) de tăiere [Dowgiallo, 2005].
Organul de t ăiere se prezint ă sub forma unei prisme cu suprafa ță plană, cu dispunere
verticală față de produsul supus prelucr ării.
25
Muchia tăietoare sau tă ișul cuțitului (fig. 4.10, a) este generat ă prin intersec ția celor dou ă
plane ale suprafe țelor înclinate și teoretic reprezint ă o linie dreapt ă. Unghiul β dintre cele dou ă
plane este definit ca unghi de ascu țire. Gradul de ascu țire al tăișului este determinat de diametrul
δ al cercului care poate fi însc ris în profilul lamei (fig. 4.10, b). Din punct de vedere al modului
de ascuțire, cuțitele sunt cu ascu țire unilateral ă (pe o față), bilateral ă simetrică (pe două fețe)
când exist ă un plan longitudinal de simetrie, suprafe țele care genereaz ă tăișul sunt înclinate cu un
același unghi fa ță de acesta și asimetric ă, când față de planul de simetr ie longitudinal suprafe țele
care genereaz ă tăișul sunt înclinate cu unghiuri de valori diferite.
În condiții reale, dup ă prelucrarea cu di scuri abrazive t ăișul se prezint ă ca o muchie
neuniform ă cu microbavuri, proeminen țe și adâncituri (fig. 4.10, c). Valoarea unghiului de
ascuțire imprim ă rigiditatea cu țitului și rezistența la tăiere [Ciobanu, 2011].
Fig. 4.10. Parametrii geometrici ș i constructivi ai muchiei t ăietoare a cu țitului .
[Ciobanu, 2011]
În raport cu materialul care se taie, cu țitul poate executa, mi șcări pe două direcț ii: normal ă
și transversal ă (fig. 4.11). Viteza pe direc ția normală este definit ă ca viteza de avans va a
cuțitului în masa produs ului, iar cea pe direc ție transversal ă este definit ă ca viteza val de
alunecare pe direc ție transversal ă, în raport cu mi șcarea de avans. Suma vectorială a acestor dou ă
viteze reprezintă viteza absolut ă de tăiere (fig. 4.11, b):
, v v val a t (4.13)
valoarea vitezei absolute fiind determinat ă cu relația:
. v v v2
al2
a t (4.14)
Fig. 4.11. Metode de t ăiere cu cu țitul: a – tăiere prin despicare ; b – tăiere cu alunecare
[Ciobanu, 2011]
26
Raportul celor dou ă viteze caracteristice se nume ște coeficient de alunecare și se determin ă
prin expresia:
K v va al tg / . (4.15)
Unghiul φ (unghiul de alunecare) poate lua valori în in tervalul (0…90°), iar coeficientul K
în intervalul (0 … ∞). Raportul vitezelor va și val și mărimile corespunz ătoare φ ș K determin ă
caracterul procesului de t ăiere, indicatorii dinamici și energetici ai acestuia și calitatea suprafe ței
de tăiere.
4.1.2. Modelarea matematică a procesului de t ăiere
Când val = 0, φ = 0 ș i K = 0, tăișul cuțitului înainteaz ă cu viteza va pe normala la suprafa ța
materialului (fig. 4.11). Un asemenea proces se nume ște tăiere prin despicare.
Când v al > 0 procesul de t ăiere se defineș te ca tăiere prin alunecare.
În funcție de natura materialului, opera ția de tăiere se poate realiza în mod diferit: cu
formare de a șchii, în cazul materialel or dure sau turgescente și fără formare de a șchii, în cazul
materialelor cu propriet ăți de elasticitate preponderente.
După caracterul înc ărcării, procesele de divizare în frac țiuni, fără formare de a șchii, se
clasifică în statice și dinamice. În cazul regimului static va și forț a de avans Fa sunt constante.
Vitezele tangen țiale val și forț a Fa pot fi constante (lineare, periferice) sau variabile (oscilatorii).
În procesul de t ăiere cu deplasarea cu țitului pe direc ție normal ă, se disting două etape: o
primă etapă în care tă ișul presează asupra materialului, când asupra t ăișului cuțitului se creeaz ă
tensiuni normale de contact care prin valoarea lor produc distrugerea integrit ății materialului, și o
a doua etap ă în care cu țitul pătrunde în interiorul materi alului, moment în care fa ța înclinată a lui
deformeaz ă materialul, împingându-l în lateral prin efectul de pan ă, pe o direc ție perpendiculară
pe direcția de deplasare, fapt ce creeaz ă în material o stare de tensiuni, care se manifestă diferit
în funcție de natura materialului supus operaț iei de tă iere.
Din punct de vedere al structurii interne, materialele vegetale sunt materiale neomogene și
aniizotrope, motiv pentru acre pe diferite direc ții, propriet ățile fizico-mecanice prezintă o largă
variabilitate.
Studiul teoretic se realizeaz ă în baza urm ătoarelor ipoteze simplificatoare: materialul este
un mediu elastic omogen ș i izotrop, care posed ă o capacitate nelimitat ă de a se deforma pe
direcție transversală , proporțională cu grosimea cu țitului; materialul t ăiat se află în contact
permanent cu t ăișul și cu suprafe țele înclinate ale cu țitului; starea de tensiune generat ă în
material este propor țională cu deforma țiile. În baza acestor aproxim ări pentru studiu solicit ărilor
și deforma țiilor care apar în masa materialul ui se poate considera ca aplicabil ă legea lui Hooke.
Fig. 4.12. Schema procesului de t ăiere executat de către cu țit
[Mikecz 1985]
27
În momentul iniț ial, prin atingerea suprafe ței materialului de c ătre tăișul cuțitului, în
material apar tensiuni de contact concentrate în zona de contact cu t ăișul cuțitului. La atingerea
valorilor limit ă ale tensiunilor, structura materialului se distruge dup ă învingerea de c ătre tă iș a
forțelor moleculare de coeziune, acesta începe s ă se deplaseze în adâncime, afundându-se în
material. For ța concentrat ă Ft care acționează asupra tăișului cuțitului, la care integritatea
materialului se distruge, se determin ă cu relația:
,l Fc t (4.16)
în care: σc este tensiunea admisibil ă de contact, în Pa; δ – grosimea tă ișului, în m; l –
lungimea activ ă a tăișului, în m.
Cu cât este mai mare δ, cu atât mai mare este for ța de separare. M ărimea σc caracterizează
rezistența materialului la separarea lui în p ărți. Literatura de special itate nu dispune de valori
practice pentru tensiunile de contact, caracteristice diferitelor materiale, fapt pentru care valoarea
forței Ft se determin ă pe cale experimental ă în funcție de materialul procesat ș i de unghiul de
ascuțire a tă ișului. În general, rela ția empiric ă are forma:
, (4.17) l B Fm
t
în care: B este un coeficient care depinde de categoria materialului studiat; l – lungimea
muchiei t ăietoare a cu țitului, în m; m – exponent.
Din momentul intr ării cuțitului în material, faț a înclinat ă a lui deformeaz ă materialul,
împingându-l în lateral prin efectul de pan ă, pe o direcț ie perpendiculară pe direcția de deplasare
(fig. 4.12). Pentru o p ătrundere elementar ă dh a cuțitului în material, aces ta este deformat pe
direcție transversală cu valoarea dx, între cele dou ă existând dependen ța:
tg dh dx (4.18)
Valoarea curent ă absolută dx a deforma ției pe direc ție transversal ă este propor țională cu
grosimea b a lamei cu țitului (penei), iar deforma ția curentă relativă se determină cu relația:
,Ldx (4.19)
unde L este lungimea ini țială a materialului pe direc ție transversal ă, în m.
Deoarece grosimea cu țitului b este mică în compara ție cu lungimea ini țială L a materialului
care va fi deformat, de aceea pentru determinarea valorii efortului unitar care caracterizeaz ă
starea de tensiune din material, se poate folosi legea lui Hooke :
, ELdxE (4.20)
unde E este modulul de el asticitate, în Pa.
Efortul unitar maxim max, generat de p ătrunderea cu țitului la adâncimea H, când
deformarea pe direc ție transversal ă a materialului este egal ă cu lățimea b a cuțitului, se determin ă
prin:
. ELb
max (4.21)
Având în vedere faptul c ă distribu ția eforturilor unitare pe suprafa ța înclinată cu unghiul
este liniar ă, forța rezultantă N a eforturilor unitare , normal ă pe suprafa ța cuțitului, aplicată în
centrul de mas ă al distribu ției, se determin ă din epura tensiunilor și suprafața de contact a
supafeței laterale, prin rela ția:.
28
, lcosHELb
21l AB21Nmax (4.22)
Forța de frecare dintre material și suprafa ța înclinată cu unghiul a cuțitului este:
, N T2 ( 4 . 2 3 )
unde µ este coeficientul de frecare dintre material și cuțit.
Rezultanta celor dou ă forțe care ac ționează pe suprafa ța înclinat ă cu unghiul , se
determină cu relația:
4cos cos4sin
N 1 N FR
(4.24)
Conform schemei prezentat ă în figura 4.12, for ța FH normală pe direc ția de deplasare a
cuțitului, se determin ă prin relaț ia:
, sin N sin F FR H 1 (4.25)
iar forț a F V paralelă cu direc ția de deplasare a cu țitului, se determin ă prin rela ția
cos N cos F FR V 1 (4.26)
Pe fața laterală posterioar ă a cuțitului, deforma ția materialului se consider ă că este nul ă, ca
urmare a rigidit ății suportului cu țitului, deplas ării cuțitului în masa de ma terial i se opune for ța
de frecare:
sin N F TH 11 (4.27)
Forța întâmpinată de cuțit în procesul de t ăiere, conform schemei prezentat ă în figura 4.12,
se determin ă în baza ecua țiilor de echilibru a cu țitului:
. T F F FV t 1 0 (4.28)
Primul termen al ecua ției reprezintă partea util ă a forței de tăiere, orientată pentru
învingerea for țelor moleculare de coeziune. Ceilalț i doi termeni sunt pierderi neproductive
pentru deforma țiile laterale a materialului și pentru învingerea frecărilor.
,coscosN sin cos N l Fk k 21 10
în care dac ă se introduce rela ția (4.22) devine:
,cos coscosl H ELbl Fk 2121
0 (4.29)
Așa cum rezult ă din rela ția (4.29), for ța necesar ă pentru separarea materialului este
dependent ă de propriet ățile de material σk, și E, de caracteristic ile constructive ale cu țitului δ,
b, H .i și de caracteristicile dimensionale ale materialului care este supus opera ției de tăiere L
și l.
Pentru determinarea valorii unghiului de ascu țire pentru care din punct de vedere teoretic
se obț ine valoarea minim ă a forței de tăiere, se anuleaz ă derivata expresiei (4.29), ob ținîndu-se
soluția: = φ .
Pentru tăierea materialelor rezistente, cu elasticitate redus ă, se folosesc cu țite cu o grosime
însemnată, cu un unghi de ascu țire β = 30 … 40°. Grosimea cu țitului se determin ă din condi țiile
29
de rezisten ță. În cazul unui unghi mare de ascu țire, creș te rezisten ța cuțitului în zona sub form ă
de pană. Aceast ă metodă de tăiere este utilizat ă în cazul în care nu se impun condi ții speciale
pentru calitatea suprafe ței de tăiere [Ciobanu, 2011].
La alegerea mecanismului procesului de m ărunțire și deci a tipului de mașini de m ărunțit,
este necesar a se avea în vedere st ările de solicitare dezvoltate de acestea, temperaturile și
condițiile de mediu ambiant [Bic ă, 2004].
Fructele și legumele proaspete sunt stru cturi celulare în care pere ții celulari sunt biologic
activ, iar ace știa nu con țin aer, ci un citosol (partea apoas ă a citoplasmei care umple celulele)
format din ap ă și săruri dizolvate. Fructele și legumele proaspete con țin o membran ă
intracelular ă, semipermeabilă, ce men ține o presiune intern ă (turgescen ță) mai mare ca presiunea
atmosferic ă, realizându-se o precomprimare a pere ților.
În principiu, propriet ățile fizice ale produselor alimentare pot fi determinate cu ajutorul
acelorași metode utilizate pentru corpurile solide, precum: întindere, comprimare, torsiune, teste
de fluaj și de relaxare etc. Vor exista diferen țe între rezultatele ob ținute, deoarece multe dintre
produsele alimentare sunt moi, și nu este doar dificil s ă se realizeze prinderea lor pentru
efectuarea testelor de tensionare, dar acestea se pot fi sura sub propria lor greutate.
Comportamentul poa te fi dependent și de sectorul timp. Produsele alimentare sunt mult mai
sensibile la conț inutul de ap ă, um iditatea și temperatura exterioar ă, spre deosebire de materialele
solide.
4.2 Cercetarea teoretic ă a procesului de m ărunțire prin simulare numeric ă
4.2.1 Rolul și locul analizei cu elem ente finite în aplicaț iile inginere ști
Pentru studiul teoretic al comport ării unui produs cu o anumită structură la acțiunea unor
solicitări exterioare, se parcurg urm ătoarele etape: modelare, simulare și analiză, a rezultatelor
obținute.
Prin utilizarea tehnicii de calcul moderne și a unor programe specializate de lucru (metoda
elementelor finite etc.), poate fi previzionat ă numai în cadrul unor aproxima ții dependente de
acuratețea metodelor analitice și de volumul și pertinen ța datelor disponibile, care sunt rezultatul
unor activit ăți specifice de studiu pe materiale.
Tehnicile legate de modelarea și simularea computerizat ă rezolvă în mod rapid și eficient
această problem ă, jucând un rol tot mai importat în ultimul timp în ingineria modern ă.
Analiza unei structuri reale pres upune parcurgerea unor etape esen țiale:
structura real ă se identific ă, prin folosirea unor ipoteze simplificatoare, cu un model fizic
primar, denumit „model conceptual”;
modelul conceptual serve ște la formularea unui model matematic alc ătuit dintr-un set de
ecuaț ii, care urmeaz ă a fi rezolvate;
rezultatele ob ținute sunt interpretate și dacă există motive întemeiate acestea pot fi
validate.
Modelul se define ște ca un sistem intuitiv, cu complexitate redus ă, prin care se reprezint ă
pe baza unor legi cunoscute, un sist em complex, în vederea realiz ării unui studiu mai facil asupra
unor fenomene sau procese caracter istice sistemului luat în studiu. Modelul matematic al unui
proces sau sistem, este alc ătuit dintr-un sistem de ecua ții algebrice diferen țiale sau integrale care
descriu, din punct de vedere teoretic, desf ășurarea fenomenelor caracteristice procesului sau
sistemului. El reprezint ă un instrument utilizat pentru a descrie și explica comportarea sistemului
real pe baza unor ipoteze simplifi catoare, prin care se neglijeaz ă o serie de aspecte considerate ca
fiind neesen țiale momentului respectiv.
Rezolvarea aproximativ ă a problemelor la limită a unui proces descris de ecua ții
diferențiale cu derivate par țiale s-a canalizat pe trei direc ții numerice principale:
metoda diferenț elor finite ;
metoda elementelor finit e;
metoda elementului de frontier ă.
30
4.3. Simularea procesului de t ăiere utilizând metoda elementelor finite (mef)
4.3.1 Obiectivele și etapele simul ării
Simularea 3D a sistemului de t ăiere are ca obiective prin cipale simularea comport ării
produselor vegetale, în timpul procesului de t ăiere. Prima faz ă a acestei modelări o reprezint ă
generarea modelului geometric urmat ă apoi de generarea modelulu i discretizat. Între aceste dou ă
faze se aplic ă ipotezele simplificatore cu ajutorul c ărora modelul va putea fi rulat.
Majoritatea cercetătorilor în domeniul simul ării proceselor alimentare utilizeaz ă modele
matematice liniare, din motive de eficien ță a calculului. Simularea cu ajutorul metodei cu
elemente finite poate acoperi, numeric, multe fenomene pentru acela și model, și de asemenea,
pot da indicii asupra mecanismului de îndepărtare a materialului.
Aceste modele nu sunt capabile s ă ofere predic ții realiste ale deforma țiilor finite ale
țesuturilor deoarece deform ările se presupun a fi infinitezimale. Este asumat ă, de asemenea,
liniaritatea r ăspunsului materialului. Prin urmare, în astfel de modele este re ținut principiul
suprapunerii efectelor [Miller și alții, 2007].
Scopul cercet ării teoretice este de a modela și simula deformarea neliniar ă a materialelor
pentru aplica ții care necesit ă interacțiuni în timp real. Un studiu prin simulare al procesului de
tăiere trebuie s ă prezică domeniul de deformare în cadrul e șantionului, astfel încât s ă poată fi
afișat utilizatorilor, și nivelul for țelor interne (tensiunilor), astfel încât for țele de reac ție care
acționează pe instrumentele de tăiere s ă poate fi calculate și transmise în timp real.
Simularea tă ierii produselor vegetale utilizând met oda elementelor finite, ca orice program
de simulare asistată de calculator, implic ă parcurgerea urm ătoarelor etape:
etapa de preprocesare;
etapa de procesare;
etapa de postprocesare.
Etapa de preprocesare implică parcurgerea urm ătorilor pa și:
se alege tipul de analiz ă utilizată în vederea ob ținerii simulării;
se construie ște modelul geometric al sistemului, fi e cu ajutorul programului respectiv
fie cu un alt program specializ at în modelare geometric ă și apoi modelul se importă în programul
utilizat;
se definesc propriet ățile materialelor prin introducerea constantelor de material. Astfel
dacă materialul se reg ăsește în biblioteca programului, el se poate selecta din bibliotec ă și
automat se atribuie toate propriet ățile acestuia. În caz c ă materialul nu se reg ăsește în bibliotec ă
și se cunosc propriet ățile acestuia, el se poate ad ăuga de către utilizator în bibliotecă și folosit în
continuare;
se aleg tipurile de elem ente, care vor fi utilizate și pentru fiecare subdomeniu se
definesc tipurile de elemente utilizate pentru discretizare precum și valorile constantelor reale.
Acest pas intervine atun ci când domeniul problemei s-a divizat în mai multe subdomenii ce sunt
realizate din materiale diferite și care se discretizeaz ă cu ajutorul elementelor finite diferite;
se stabilesc parametrii re țelei de discretizare și tipul de re țea care se va utiliza;
se realizeaz ă discretizarea domeniului sistemului, opera ție numit ă discretizare
(„meshing”). Faza de generare a modelului discretizat reprezint ă împărțirea formei geometrice a
acestuia cu ajutorul elementelor finite, în tr-un domeniu discretizat. Alegerea tipurilor
elementelor finite utilizate la discretizare este o etap ă importat ă ce implic ă calcularea
dimensiunilor maxime ale elementelor.
Etapa de procesare presupune parcurgerea urm ătoarelor etape:
alegerea regimului anal izei: static sau sta ționar, armonic sau sinusoidal, nesta ționar sau
tranzitoriu;
punerea condi țiilor la limita elementelor finite („bundary condition”) și definirea
sarcinilor aplicate cu propriet ățile lor (frecven ță, putere, etc. );
31
alegerea metodei numerice de rezolvare a sistemului de ecua ții în func ție de tipul
sistemului de ecuaț ii – liniare sau neliniare.
stabilirea num ărului maxim de itera ții și a criteriului de convergen ță. Se selecteaz ă
mărimile pentru care se stocheaz ă valorile în vederea post procesării.
Etapa de postprocesare se caracterizeaz ă prin urm ătoarele:
realizarea unor reprezentări grafice ale m ărimilor selectate pentru stocare în etapa
precedent ă și se efectueaz ă listarea valorilor acestora;
pentru unele m ărimi, rezultatele sunt raportate atât la noduri și se numesc soluții nodale
cât și la elementele finite și se numesc soluții elementale;
prezentarea grafic ă se face sub form ă de contururi, fiecare contur având o anumit ă
culoare și cuprinde regiunea modelului geometric, în care m ărimea respectiv ă are o anumit ă
valoare, precizat ă într-o legend ă cromatic ă;
programul permite ca utilizatorul s ă aleagă numărul de contururi. Precizia de
reprezentare este cu atât mai bun ă cu cât se alege un num ăr mai mare de contururi, îns ă claritatea
figurii scade [Ciobanu, 2011].
4.3.2. Dezvoltarea unui model continuu al condi țiilor de tăiere
Relația dintre proprietăț ile mecanice și structura celular ă a produselor vegetale este de mare
interes din punct de vedere a redu cerii pierderilor datorate fisur ării sau ruperii și a creșterii a
eficienței procesului de t ăiere (reducerea energiei investite, cre șterea cantităț ii de produse
procesate).
Materialele de origine vegetal ă se comport ă în trei moduri diferite, ca r ăspuns la tensiunile
create de for țe exterioare: comportament el astic (deformare recuperabil ă), comportament vâsco-
elastic (deformare dependent ă de timp, par țial recuperabil ă) și comportament plastic (deformare
nerecuperabil ă).
Într-un material cu structur ă celulară, acestea sunt manifest ări ale deform ării peretelui
celular, curgerii fluidului printre celule, și propagarea fisurii. În circumstanț ele adecvate,
materialul pere ților celulari se poate comporta în fiecare dintre aceste r ăspunsuri mecanice,
[Thiel, 1998].
Presupunând c ă acț iunea de t ăiere este continu ă, se poate dezvolta un model continuu al
condițiilor de tăiere.
Tăierea ortogonal ă – presupune c ă tăișul organului de t ăiere este aș ezat într-o pozi ție
perpendicular ă pe direc ția lu
crului mecanic sau deplas ării instrumentului de t ăiat, forțele care
acționează sunt con ținute într-un singur plan, star ea de tensiune putând fi studiat ă în sistemul 2D.
Cercul de for țe al lui Merchant este o metod ă de calculare a diferitelor for țe implicate în
procesul de t ăiere. Aceasta va fi explicat ă în primul rând cu ajutorul diagramelor de vectori,
urmate la rândul de câteva formule.
Procedura de realizare a diagramei cercului de for țe Merchant (utilizând
tehnici/instrumente de redactare) este urm ătoarea:
1. Se configureaz ă axa x-y ce con ține forțele, și originea în centrul paginii. Scala trebuie s ă
fie suficient ă pentru a include ambele for țe măsurate. For ța de tăiere (F c) este desenată orizontal,
și forț a tangențială (F t) este poziț ionată vertical. (Toate aceste forț e vor fi în cadranul inferior din
stânga). (Not ă: sunt esen țiale hîrtia milimetric ă și egalitatea scalei x și y).
2. Desenarea pe rezultanta R a for țelor F c și F t.
3. Se localizeaz ă centrul R, și se deseneaz ă un cerc care înconjoar ă vectorul R. Dac ă este
realizat corect, to ți cei 3 vectori vor fi con ținuți în întregime în acest cerc.
4. Se deseneaz ă în instrumenetul de tăiere în cadranul din dreapta sus, având grij ă să se
poziționeze corect unghiul de degajare (a) fa ță de axa vertical ă.
5. Se extinde linia de la fa ța de tăiere a cu țitului (la acela și unghi de degajare) prin cerc.
Acest fapt ne ofer ă vectorul de frecare (F).
32
6. Acum
poate fi desenat ă o linie pornind din cap ătul vectorului de frecare la cap ătul
vectorului rezultant (R). A cesta este vectorul normal (N). De asemenea, se adaugă un unghi de
frecare (t) între vectorii R și N. Ca și observa ție, se poate nota faptul c ă orice vector poate fi
descompus în mai mulț i componen ți. Prin urmare, matematic, R = F c + F t = F + N.
7. În continuarea vom folosi grosimea așchiei comparat ă cu adâncimea de tăiere pentru a
găsi forța de forfecare. Pentru realizarea acestui lucru, a șchia este desenat ă înainte și după tăiere.
Înainte de desenare, se selecteaz ă un factor de multiplicare (ex. 200 ori) pentru ambele valori. Se
desenează o linie de alimentare (t 1) paralelă cu axa orizontal ă. Apoi, se deseneaz ă grosimea
așchiei cu o linie paralel ă cu fața instrumentului de tăiere.
8. Se deseneaz ă un vector de la origine la intersec ția celor dou ă linii ale a șchiilor, oprindu-
se la cerc. Rezultatul va fi vectorul for ței de forfecare (F s) . De asemenea, se m ăsoară unghiul
forței de forfecare dintre F s și F c.
9. În final se adaug ă Forța de forfecare normală (F n) de la vectorul F s la vectorul R.
10. Se utilizează o scal ă și un raportor pentru a m ăsura toate distan țele (forțele) și
unghiurile. Diagrama rezultat ă este prezentat ă în figura ….
Fig. 4.13. Cercul for țelor de tăiere elaborat de Merchant
4.3.3 Rezolvarea numeric ă a procesului de t ăiere a produselor vegetale
Aceast ă analiză permite determinarea tensiunilor, deforma țiilor și a forțelor din structura
cuțitul de tăiere, datorate sarcinilor care rezult ă din opera ția de tăiere. Starea de înc ărcare care
poate fi aplicată în analiză este caracterizat ă de forțe exterioare concentrate sau distribuite dup ă o
lege impusă, aplicate pe t ăișul și suprafețele de lucru ale cu țitului.
În studiul realizat cu elemente finite, conceptul de baz ă îl constituie analiza structurii
modelului geometric, care este un ansamblu de elemente discrete, conectate împreun ă printr-un
număr finit de noduri. Opera ția de creare a unei astfel de reț ele de este cunoscut ă ca discretizare.
Pentru geometrii în sistemul 2D generatorul de discretizare împarte subdomeniile în re țele
de elemente geometrice de form ă triunghiular ă sau patrulater ă. În cazurile în care conturul
modelului geometric este curb, aceste elemente reprezint ă aproxim ări cât mai apropiate ale
formei geometrice originale. Laturile triunghiurilor și patrulaterelor port ă denumirea de muchiile
rețelei de discretizare iar vâ rfurile lor sunt noduri ele re țelei. Muchiile discretiz ării nu pot s ă
conțină noduri în interior. În mod similar, limitele reprezent ării geometrice sunt împ ărțite
aproximativ cu ajutorul muchiilor elementelor și se numesc elemente de frontier ă ce trebuie s ă
fie conforme cu elementele din subdomeniile adiacente. Dac ă există puncte izolate în geometrie
acestea devin noduri ale re țelei de discretizare.
33
Fig. 4.14. Modelul geometric considerat al corpurilor analizate
Pentru obiecte sau ansambluri geometrice în spa țiul 3D, generatorul de discretizare
partiționează subdomeniile cu ajutorul elementelor tetraedrice, hexaedrice sau sub form ă de
prismă a căror fe țe, muchii și noduri se numesc fe țe, muchii și noduri ale re țelei de discretizare.
Limitele sunt discretizate în el emente triunghiulare sau patrulater e. Laturile corpului geometric
sunt împărțite în elemente de margine. Deoarece în acest caz de simulare se studiaz ă un
ansamblu geometric 3D, de mari dimensiuni nu se poate utiliza o discretizare oarecare a
subdomeniilor deoarece solu ția nu va converge.
Tăierea produselor vegetalelor este un proces cu deforma ții mari care implic ă deforma ții
plastice severe ale materialului într-o zon ă restrâns ă, și încorporeaz ă multe fenomene
semnificative, cum ar fi, ruperea materialului, lipirea și frecarea cu alun ecare sau localizarea
eforturilor. Aceste condi ții fac simularea aces tui proces o sarcină dificil ă. Problema primelor
lucrări din domeniu a fost de a g ăsi un algoritm adecvat pentru modelarea separă rii materialului
la vârful cu țitului. Majoritatea lucr ărilor s-au bazat pe un punct de vedere Lagrangian în care
rețeaua de elemente finite este ata șată și se mișcă împreun ă cu materialul în spa țiu. Pentru a
simula despicarea, cu țitul se mi șcă în probă dealungul unei „linii de desp ărțire” definite în
prealabil, iar nodurile reț elei din fa ța uneltei de t ăiere sunt desp ărțite în dou ă atunci când criteriul
de separare este îndeplinit. Cu alte cuvinte, complexitatea simul ărilor cu metoda elemetului finit
(FEM) va cre ște în mod semnificativ atunci când natura dinamic ă a procesului de t ăiere este
inclusă în simulare. Fig. … arată configura ția procesului de t ăiere simulat.
Fig. 4.15. Configura ția procesului de t ăiere simulat (Statistica reț elei) [Ipate, 2012]
34
Se utilizeaz ă un algoritm eficient de calcul numeric pentru deformarea țesuturilor moi
(produse vegetale), cu aplica ții la simularea t ăierii în timp real. Algoritmul se bazeaz ă pe metoda
elementului finit folosind formularea Lagrangian ă, pentru cazul în care eforturile și deforma țiile
sunt măsurate în raport cu configura ția original ă. S-a folosit o metodă implicit ă, deoarece
răspunsul la pasul de timp curent depinde nu doar informa țiile anterioare, dar și de informa țiile
curente; itera țiile sunt necesare într-un singur pas de timp. Algoritmul este capabil s ă manipuleze
neliniaritățile materialului sau geometrice. Pent ru analiza sistemului, forma general ă a ecuaț iei
de echilibru dinamic este:
, F D K D C D M
( 1 )
unde: { D} este vectorul deplas ărilor nodale; { } – vectorul vitezelor nodurilor; { } –
D
D
vectorul accelera țiilor nodurilor; { F} – vectorul forț elor externe nodale; [ M] – matricea maselor;
[C] – matricea de amortizare; [K ] – matricea de rigiditate.
Analiza de stabilitate a algoritmului sugereaz ă că, datorită rigidității mult mai mici a
țesuturilor moi decât cea a materialului de t ăiere, este posibil ca din punct de vedere al ordinului
de mărime pașii timpului de integrare s ă fie mai mare decât cel folosit de obicei în simul ările
inginerești.
Modulul “Transient Structural” rezolv ă ecuaț ia de mai sus folosind urm ătorul algoritm:
; ] ) 1 ( [1 1 n n n n D D D Dt
( 2 )
. ] ) 2 1 ( 2 [21
12
1 n n n n n D D D D Dt t
( 3 )
Parametrii γ și β sunt ale și pentru a controla caracteristi cile algoritmului, cum ar fi
corectitudinea, stabilitatea numeric ă, etc. Exemplele numerice confirm ă acuratețea și eficiența
algoritmului LED propus. Parametrii materialelor și de tăiere sunt ale și să reprezinte condi țiile
procesului de t ăiere cât mai realist. Ace ști parametri sunt selecta ți într-un mod care s ă permită
comparaț ia rezultatelor simularii te oretice cu rezultatele cercet ărilor experimentale, și sunt
prezentați în tabelul 4.1.
Tabel.4.1.
Proprietățile materialului vegetal (morcovului) analizat
Obiect Material Densitate
[kg m-3] Modulul lui Young
[MPa] Coeficientul lui Poisson
[ ] Modulul volumetric
[MPa] Modulul de forfecare
[MPa]
Morcov Morcov 1140 1.35 0.29 1.0714 0.52326
Cuțit
Suport Inox 7850 2.e+005 0.3 1.66e+005 76923
Cuțitul este idealizat ca un corp relativ rigid, cu un modul de elasticitate foarte mare și un
unghi de ascu țire de 15°, cu o curbur ă de colț ce reprezintă raza de curbur ă a muchiei de tă iere.
În această simulare, a fost luată în considerare o raz ă de curbur ă de 0,25 mm a muchiei
cuțitului. Proba de morcov este un elipsoid trunchiat cu raz ă maximă de 15,5 mm ș i o lungime de
52 mm.
Această geometrie a probei este aleas ă pentru putea fi simulată tăierea într-o configura ție
ortogonal ă. Instrumentul de t ăiere și proba sunt modelate ca obiecte deformabile, iar la interfa ța
acestora sunt introduse elemente de contact pentru a reprezenta limita de demarca ție dintre ele.
Aceste elemente previn penetrarea și transmiterea for țelor între suprafe țele celor dou ă
corpuri. Pentru a reprezenta alun ecarea sau lipirea fragmentelor pe fe țele organului de t ăiere este
aplicat un model al vitezei dependente de frecare.
Odată cu avansul cu țitului în produsul prelucrat în cursul t ăierii, elementele din apropierea
vârfului sunt strivite ș i puternic distorsionate, deoarece instrumentul p ătrunde în ele. Acest lucru
35
creează problem
e majore de convergen ță, și, în cazul în care nu este prevenit, solu ția va fi
abandonat ă prematur [ Ipate, 2012].
În cadrul etapei de procesare se alege în primul rând regimul utilizat în cadrul analizei,
fiind aleas ă o analiză în regim tranzitoriu. Pentru mode le cu multe grade de libertate, ca și cazul
acestei simul ări, metodele directe de rezolvare a sistemului de ecua ții necesită în general foarte
multă memorie.
În etapa de postprocesare realizeaz ă reprezentă rile grafice ale m ărimilor selectate pentru
stocare în faza precedent ă, și listarea valorilor acestora.
Prezentarea grafic ă se face sub form ă de elemente de contur. Fiecare element de contur are
o anumit ă culoare și cuprinde regiunea modelu lui geometric în care m ărimea urm ărită, are
valoarea precizat ă în legenda cromatică , ataș ată reprezent ării grafice.
Figura 4.16. prezintă conturul deforma ției echivalente elastice estimate; imaginea de
ansamblu (fig. 4, a) în planul de t ăiere XY (fig. 4,b). La unghiuri mai mari de forfecare, sunt
produse fragmente mai groase, în timp ce la unghiuri mai mici, fragmentele devin mai sub țiri.
Variaț ia unghiului plan de forfecare în timpul t ăierii este discutat în lucr ări anterioare. Wu
(1986) a formulat oscila ția unghiului plan de forfecare și a dezvoltat un model dinamic al for ței
de tăiere ținând cont de ech ilibrul de for țe în zonele primare și secundare de deformare plastic ă.
a.
b.
Fig. 4.16. Conturul estimat al deformaț iei elastice echivalente: vedere de ansamblu (a); plan de
tăiere XY (b)
Utilizarea metodei de simulare cu ajutorul elementului finit, a fost implementată cu
pachetul software disponibil comercial ANSYS 14. Simul ările s-au axat pe t ăierea morcovilor, în
scopul de a ob ține un model cuprinz ător, care poate estima în mod real efectele diver șilor
parametri de t ăiere asupra stabilităț ii procesului. Rezultatele au fost comparate cu datele
măsurate experimental.
Dacă se compară magnitudinile for ței de tă iere, măsurate în experimente, se pot obseva
aceleași valori relative, ca și în cazul valorilor estimate prin simulare. Pentru plasticit ăți mici și
moderate, efectul v ătămărilor procesului de t ăiere este adesea neglijabil. Acest lucru poate
conduce la concluzia c ă software-ul ANSYS 14, este capabil s ă estimeze valorile relative ale
forței de tăiere cu o precizie bun ă.
5. CERCETAREA EXPERIMENTAL Ă PRIVIND PROCESUL DE
MĂRUNȚIRE A LEGUMELOR ȘI FRUCTELOR
5.1 Obiectivele cercet ărilor experimentale
Cercetarea experimental ă reprezint ă unul din modurile princi pale de abordare a
problemelor de investigare științifică fundamental ă sau aplicativ ă. În general, în cercetarea
științifică trebuie s ă existe o unitate indisolubil ă între studiile teoretice și cercetarea
experimental ă, prin aceasta solu ționându-se problemele științifice pe căile cele mai scurte și mai
puțin costisitoare. Studiile teoret ice permit stabilirea interdependen ței dintre diferi ți parametri ai
36
proceselor tehnice, a legilor care s
tau la baza fenomenelor, utilizând aparatul matematic și
realizările din domeniul științelor fundamentale (fizica, chimia, biologia, etc).
Cercetă rile experimentale urm ăresc, pe de o parte verificarea adevă rului ipotezelor și
teoriilor care au stat la baza studiilor referi toare la procesele cercetate, iar pe de alt ă parte, permit
investigarea unor fenomene pentru care nu se pot ob ține rezultate cu ap licabilitate practic ă pe
cale teoretic ă, datorită complexit ății acestora sau necunoa șterii în suficient ă măsură a legilor care
determină evoluț ia fenomenului cercetat.
Toate cercet ările experimentale presupun m ăsurarea unor m ărimi fizice, în regim static sau
dinamic, folosind aparatură și mijloace de m ăsurare adecvate, prelucrarea datelor ob ținute și în
final, stabilirea concluziilor pe baza c ărora se paote trece la valorificarea rezultatelor. [Drunek,
2010].
Valoarea rezultatelor cercet ării experimentale depinde de conceperea unei metodici de
cercetare corecte, de alegerea celor mai potrivite mijloace de investigare și tehnici de m ăsurare,
de buna organizare a etapelor cercet ării și de culegerea datelor, precum și de modul de prelucrare
și interpretare a acestora.
Obiectivul principal al cercetării experimentale din aceast ă lucrare a constat în optimizarea
procesului de m ărunț ire a legumelor și fructelor.
În vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercet ări a fost necesar ă parcurgerea
secvențială și rezolvarea mai multor obiective complementare , precum:
întocmirea unei metodici complete și raționale pentru cercetarea experimental ă, cu
luarea în considerare a caracteristicilor echipamentelor tehnice;
determinarea indicilor calitativi ai materiilor prime supuse cercet ărilor
experimentale;
determinarea influen ței vitezei de lucru asupra cons umului de energie în timpul
procesului de m ărunț ire a legumelor și fructelor, utilizându-se valori diferite ale vitezei de
solicitare a produselor, și anume de 200 și 300 mm/min;
determinarea influen ței umidit ății asupra procesului de m ărunț ire, urmărindu-se
consumul de energie în timpul acestui proces;
determinarea influen ței parametrilor constructivi și funcționali ai organului de t ăiere
asupra consumului de energie, în timpul procesului de m ărunț ire a legumelor și fructelor
(unghiul de ascu țire, modul de ascu țire și unghiul de t ăiere).
compararea valorilor cons umurilor de energie (for țelor de rezisten ță maxime) obț inute
la tăierea acelora și produse cu caracteristici fizice asem ănătoare utilizând acela și tip de cu țit.
5.2. Obiectul cercet ării experimentale
Cercetă rile experimentale s-au desf ășurat în cadrul Universităț ii Transilvania din Bra șov,
Facultatea de Alimenta ție și Turism, în laboratorul de Opera ții și Utilaje din Industria
Alimentar ă. Obiectul principal al acestuia l-au constituit legumele r ădăcinoase – morcovi, în stare
proaspătă și deshidratat ă, rădăcină de pătrunjel și păstârnac.
a.
b.
c.
Fig. 5.1. Produsele vegetale utilizate în cadrul cercetărilor experimentale:
a) morcovi; b) p ătrunjel r ădăcină; c) păstârnac.
37
5.3. Metodica cercetă rii experimentale
În vederea atingerii obiectivului general al cercetă rilor experimentale, precum și a
obiectivelor conexe, specificate în subcapito lul 5.1, s-a conceput o metodica general ă de
cercetare, prezentată în figura 5.2.
Fig. 5.2. Metodica cercet ării experimentale
În cadrul metodicii cercet ărilor experimentale sunt precizate: obiectul cercet ării
experimentale, materialele supuse test ării și parametrii de stare ai acestora, condi țiile în care se
desfășoară cercetările experimentale și parametrii urm ăriți.
Pentru asigurarea unei calit ăți înalte a rezultatelor cercetă rilor experimentale, întregul
complex al lucr ărilor de încercare s-a executat pe faza unui program de desf ășurare a cercetă rii
experimentale, în care s-a stabilit planificarea și strategia desf ășurării lucrărilor de cercetare.
În cadru programului de încerc ări s-au selectat și evidențiat factorii de influen ță asupra
operației de mărunțire prin tă iere, în vederea stabilirii interdependen ței și a nivelului lor de
acțiune.
Conform programului de desf ășurare a lucrurilor de cercetare experimental ă, acestea s-au
desfășurat în mai multe secven țe, pentru fiecare din acestea fiindu-i proprie un anumit nivel al
factorilor de influen ță urmăriți umiditatea produsului preluc rat, parametr ii constructivi și
funcționali ai organelo r de lucru etc).
5. 4. Acțiuni preliminare cercet ărilor experimentale
Pentru reu șita cercet ărilor experimentale a fost necesar s ă se organizeze în am ănunțime
fiecare ac țiune, s-a analizat legisla ției referitoare la restric țiile privind desf ășurarea acestora, s-au
38
ales și echip
amentele și aparatele de m ăsură și control, și locațiile în care s-au efectuat cercet ările
experimentale în condi ții dirijate, f ără a fi influen țate de factori perturbatori.
Fig. 5.3. Schema de lucru privind ac țiunile preliminare cercet ărilor experimentale [Ciobanu, 2011]
Acțiunile preliminare cercet ărilor experimentale desf ășurate în cadrul acestei lucr ări de
doctorat s-au desf ășurat urm ărind schema sintetic ă prezentat ă în figura 5.3.
Controlul de conformitate cu standardele de calitate este unul din elementele de baz ă
indispensabile, care asigur ă o funcționare corect ă a organiz ării comune de pia ță a sectorului de
legume și fructe.
Conceptul de calitate pentru legume și fructe este o no țiune complex ă, care poate fi
analizată sub următoarele aspecte: agronomic, co mercial, organoleptic, nutri țional și sanitar. În
cadrul standardelor de calitate a legumelor și fructelor proaspete, conceptul de calitate este
determinat de aspectul comercial al produsel or proaspete prezentate la vânzare, prin
caracteristicile vizuale (prospe țime, calibru, form ă și culoare) și de condiț ionare (sortare,
ambalare, etichetare și prezentare) ale acestora. Ca urmare , prevederile acestor standarde de
calitate, care se numesc și standarde de comercializare, asigur ă uniformitatea clasific ării
legumelor și fructelor proaspete, în func ție de caracteristicile come rciale ale acestor produse,
printr-un sistem unic de evaluare, f ăcând abstrac ție de tehnologiile de cultur ă și zonele de
producție.
5.5. Aparatura utilizat ă la cercetarea experimental ă
În cadrul cercet ărilor experimentale pentru m ăsurarea parametrilor func ționali ai
echipamentelor pentru m ărunțirea produselor vegetale , s-au utilizat urm ătoarele echipamente:
echipament de testare a material elor Z 5.0 Zwick-Roell, balan ță termică, șubler electronic etc.
5.5.1. Echipamentul de te stare a materialelor
În cadrul cercet ării experimentale, pentru solicitarea în condi ții controlate a boabelor de
grâu și porumb, s-a utilizat echipamentul universa l de testare a materialelor Z 5.0 produs de
39
firma Zwick-Roell, Germania (fig. 5. 4.), care a fost echipat cu cuț ite cu caracteristici
geometrice diferite, real izate în cadrul activit ății de preg ătire a tezei de doctorat.
Echipamentul este conectat la un calculator, comunicarea cu acesta realizându-se prin
softul "Test Expert", soft care asigur ă selectarea condi țiilor de desf ășurare a experimentului și
stocarea în sistemul s ău de operare Windows a valorilor ob ținute în urma încerc ărilor
experimentale,fapt ce permite analiza ulterioar ă a acestora. Toate datele înregistrate de softul
echipamentului se pot exporta în programul Microsoft Excel.
Cu ajutorul acestui echipament s-au efectuat determin ări privind rla tă iere folosind
dispozitivul de m ăsurare cu celula tensometric ă (fig. 5.4).
Fig. 5.4 . Echipamentul pentru testarea ma terialelor Zwick/Roell 5.0 kN .
Echipamentul este compus din cadrul 1 pe car e este montat un mecanism de prindere a cu țitului 3,
un panou de control 2 și un suport 4 pentru a șezarea produselor supuse determină rilor experimentale.
Pentru cercet ările experimentale efectuate în cadru l tezei de doctorat au fost special
realizate o serie de dispozitive de t ăiere, cu caracteristici c onstructive diferite, precum și un
dispozitivul de a șezare a materialului supus prelucr ării (fig. 5.9 ), destinate încerc ărilor.
Cuțitele realizate cu scopul realiz ării cercet ărilor experimentale au urm ătoarele
caracteristici: cu t ăiș ascuțit unilateral, cu unghiurile de ascu țire de 15°, 30° și 45° (fig. 5.5); cu
tăiș ascuțit bilateral simetric, cu unghiurile de ascu țire de 15°, 30° și 45° (fig. 5.6) ; cuțite cu tă iș
înclinat, cu unghiurile de 10°, 15°, 20° și 30°, cu unghiul de ascu țire de 30° (fig. 5.7).
Dispozitivul pentru tă ierea legumelor și fructelor este alc ătuit dintr-un suport ataș at celulei
tensometrice pe care se pozi ționează cuțitele utilizate în cadrul cercet ărilor experimentale fixat
pe consola mobilă a echipamentului Zwick/Roell . Cu ajutorul celulei de înc ărcare se determin ă
tensiunea, deforma ția produsului ș i energia consumat ă în tim pul procesului de t ăiere.
Fig. 5.5. Cu țite cu tăiș bilateral cu unghiuri de ascu țire de 15°, 30° ș i 45°
40
Fig. 5.6. Cu țite cu tăiș înclinat cu diferite unghiuri, ascu țite unilateral, cu unghiul de ascu țire de 30°.
Fig. 5.7. Cu țite cu tăiș înclinat cu diferite unghiuri, cu ascu țire bilateral ă cu unghiul de ascu țire de 30°.
Dispozitivul de pozi ționare a legumelor și fructelor nu permite rotirea acestora în timpul
operației de tă iere, acest lucru fiind necesar pe ntru eliminarea erorilor de m ăsurare a parametrilor
urmăriți.
Prisma a fost astfel proiectat ă încât să permită așezarea mai multor tipuri de legume și
fructe cu dimensiuni și forme variabile. În mijlocul prismei a fost prev ăzut un canal care asigur ă
trecerea cu țitului de t ăiere astfel încât t ăierea produsului s ă fie completă . Dimensiunile acestui
canal permit utilizarea tuturor tipurilor de cu țite proiectate pentru efectuarea cercet ărilor
experimentale.
a. b.
Fig. 5.9. Caracteristicile dimensionale ale di spozitivului de fixare a legumelor ș i fructelor
în timpul test ării: a) reprezentare grafic ă; b) prezentarea dispozitivului
41
Pe m
onitorul calculatorului realizarea unei determin ări poate fi definit ă prin două ferestre
și anume una prin impunerea unor parametrii, și cealaltă prin definirea modului de vizualizare a
rezultatelor (grafice, tabele). Te stul poate fi realizat numai dup ă ce toți parametrii de testare au
fost introdu și corect în memoria calculatorului.
5.5.4. Ș ubler electronic Erba
Șublerul electronic este un instrument de m ăsurare, construitt în tehnica digital ă, fiind
alcătuit dintr-o riglă gradată și un sistem electronic cu afi șare numerică (fig. 5.13).
Fig. 5.13 . Șubler electronic
5.5.5. Etuv ă cu ventila ție forț ată Precisa Air Concept 60 (fig. 5.14)
Caracteristici:
Capacitate 58 litri
Număr de rafturi (standard) 1
Gama de temperatur ă: ambient +5 .250 șC
Uniformitate maxim ă la 105°C +/- 1.2°C
Fluctuație maximă temperatur ă +/- 0.2°C
Dimensiuni externe W x D x H : 522 x 540 x 640 mm
Dimensiuni interne W x D x H : 400 x 370 x 390 mm
Interior confec ționat din o țel inox 304
Exterior acoperit cu vopsele epoxidice
5.5.6. Termohigrometrul testo 608-H2 (fig. 5.15)
Termohigrometru cu alarm ă prezentat în figura 5.15, este un instrument pentru m ăsurarea
profesional ă a umidității, punctului de rou ă și temperaturii din anumite incinte, precum: depozite
(ex. hârtie, lemn, cereale, fructe, legume), sere, muzee, biblioteci, produc ție etc.
Fig. 5.14. Etuv ă cu ventilaț ie forțată
Precisa Air Concept 60 Fig. 5.15. Termohigrometrul testo 608-H2
[www.testline.ro]
42
5.6. Desfășurarea cercet ărilor experimentale
Cercetă rile experimentale privind rezisten ța la tă iere au fost realizate cu ajutorul
echipamentului pentru testarea materialelor Zwick/Roell 5.0 kN, la care s-au ata șat pe rând
cuțitele de tă iere cu diferite caracteristici geometrice și funcționale (fig. 5.14). În cadrul
cercetărilor experimentale a fost analizat ă forța de rezisten ță la tă ierea transversală a morcovilor
proaspeț i din soiul Nantes, morcovilor deshidrata ți parț ial, ră dăcinii de pătrunjel și de păstârnac.
Fig. 5.16. Schema de desfăș urare a cercet ărilor experimentale în cazul morcovilor
proaspeți.
Având în vedere procesul complex de so licitare a produselor în procesul de t ăiere, pentru
evidențierea modului de solicitare, cercet ările experimentale au fost ef ectuate cu cele patru seturi
de cuțite realizate în acest scop.
Scoaterea în eviden ță a influen ței vitezei de aplicare a solicit ării, pentru fi ecare dintre
dimensiunile feliei de material t ăiate menț ionate mai sus, s-au folosit diferite viteze de lucru și
anume de 200 mm/min ș i de 300 mm/min.
Pentru fiecare categorie de legum ă rădăcinoasă, tip de cu țit, valori a vitezei de t ăiere, s-a
realizat un num ăr de 10 determin ări, pentru analiza și interpretarea datelor cercet ărilor
experimentale utilizându-s e media celor 10 determin ări.
Pentru toate legumele r ădăcinoase luate în studiu s-a folosit aceea și schemă pentru
desfășurarea cercet ărilor experimentale.
5.7. Prelucrarea, analiza și interpretarea rezultatelor cercet ării experimentale
5.7.1. Interpretarea rezultatelor cercet ărilor experimentale efectua te asupra procesului de
tăiere a morcovilor proaspe ți
5.7.1.1. Interpretarea rezultatelor cercet ărilor experimentale cu privire la influen ța vitezei de
tăiere
În cazul morcovilor proaspe ți, pentru viteza de tă iere de 200 mm/min, gr aficele realizate cu
ajutorul datelor ob ținute experimental, eviden țiază faptul că utilizând cu țitele cu tă iș drept, se
obțin forțe de tăiere mai mici pentru cu țitele cu tăiș cu ascuțire unilateral ă, spre deosebire de cele
cu tăiș cu ascuțire bilaterală , în special pentru cu țitul cu unghiul de ascu țire de 45° pentru care se
obține forț a cea mai mare (52.62 N).
Forța cea mai mic ă a fost ob ținută pentru cu țitul cu tăiș cu ascuțire unilateral ă cu unghiul
de ascuțire de 15°, având valoarea de 23.48 N.
43
Rezulta
tele obținute în urma determin ărilor experimentale pentru t ăierea morcovilor
proaspeț i, utilizând viteza de 300 mm/min, arat ă faptul că în cazul cu țitelor cu t ăiș drept, au fost
înregistrate for țe mai mari pentru cu țitele cu tă iș cu ascuțire bilateral ă (cam cu 10 unităț i mai
mari decât cele ob ținute pentru cu țitele cu tăiș cu ascuțire unilateral ă). De asemenea, și în cazul
cuțitelor cu t ăiș înclinat, valori mai mari ale for ței de tăiere au fost ob ținute pentru cu țitele cu tăiș
cu ascuțire bilateral ă.
Graficul din figura 5.16 eviden țiază faptul că viteza are o influen ță asupra procesului de
tăiere, astfel încît odat ă cu creș terea vitezei de t ăiere, scade forț a necesară tăierii produsului,
având o varia ție invers propor țională.
În
cazul cuțitelor cu t ăiș unilateral acest ă creștere a vitezei de lucru înseamn ă diminuarea
forței de tăiere cu 42,61% (pentru cuț itele cu unghiul de ascuț ire de 15°).
24,4834,9845,76
14,0521,5432,66
01020304050Forța medie de
rezisten ță [N]
v=200 mm/min v=300 mm/minGraficul for țelor de rezisten ță obținute la t ăierea morcovilor
proaspe ți utilizând cu țite cu tăiș drept cu ascu țire unilaterală
Unghi de ascu țire de 15
Unghi de ascu țire de 30
Unghi de ascu țire de 45
Fig. 5.16. Graficul for țelor de rezisten ță obținute la tăierea morcovilor proaspe ți utilizând cu țite cu tăiș
drept cu ascu țire unilateral ă, la viteze de 200 mm/min și 300 mm/min
Pentru cu țitele cu tăiș bilateral, cre șterea vitezei de lucru de la 200 mm/min la 300 mm/min
reprezintă o diminuare a for ței de tăiere de aproximativ 18,68% (pentru cu țitele cu unghiul de
ascuțire de 15°).
24,5335,3652,69
19,9531,8543,92
0102030405060Forța medie de
rezisten ță [N]
v=200 mm/min v=300 mm/min Graficul for țelor de rezisten ță obținute la t ăierea morcovilor
proaspe ți utilizând cu țite cu tăiș drept cu ascu țire bilateral ă
Unghi de ascu țire de 15
Unghi de ascu țire de 30
Unghi de ascu țire de 45
Fig. 5.17. Graficul for țelor de rezisten ță obținute la tăierea morcovilor proaspe ți utilizând cu țite cu tăiș
drept cu ascu țire bilateral ă, la viteze de 200 mm/min și 300 mm/min
44
26,61
22,0526,33 27,15 26,58
21,820,42
16,34
051015202530Forța medie de t ăiere
[N]
v=200 mm/min v=300 mm/minGraficul for țelor de rezisten ță obținute la t ăierea morcovilor
proaspeț i utilizând cu țite cu tăiș înclinat cu ascu țire unilateral ă
Unghi de t ăiere de 10
Unghi de t ăiere de 15
Unghi de t ăiere de 20
Unghi de t ăiere de 30
Fig 5.18. Graficul for țelor de rezisten ță obținute la tă ierea morcovilor proaspe ți utilizând cu țite cu tăiș
înclinat cu ascu țire unilateral ă, la viteze de 200 mm/min și 300 mm/min
30,38
27,8437,73
27,5528,49
23,7521,1720,27
0510152025303540Forța medie de t ăiere
[N]
v=200 mm/min v=300 mm/minGraficul for țelor de rezisten ță obținute la t ăierea morcovilor
proaspe ți utilizând cu țite cu tăiș înclinat cu ascu țire bilateral ă
Unghi de t ăiere de 10
Unghi de t ăiere de 15
Unghi de t ăiere de 20
Unghi de t ăiere de 30
Fig.5.19. Graficul for țelor de rezisten ță obținute la tă ierea morcovilor proaspe ți utilizând cu țite cu tăiș
înclinat cu ascu țire bilateral ă, la viteze de 200 mm/min și 300 mm/min
5.7.1.2. Interpretarea rezultatelor cercetărilor experimentale cu privire la influen ța stratului
de material t ăiat (dimensiunea feliei)
Graficul for țelor de rezisten ță la tăierea morcovilor proaspe ți
utilizând cu țite cu tăiș drept cu ascu țire unilaterală
0102030405060
15 30 45
Unghi de ascu țire [grade]Forța medie de t ăiere
[N]Dimensiune felie 2,5 – 3 mm
Dimensiune felie 4,5 – 5 mm
Dimensiune felie 8,5 – 9 mm
Fig 5.20. Graficul for țelor de tăiere pentru cu țite cu tăiș drept cu ascu țire unilateral ă în cazul t ăierii
morcovilor proaspe ți, viteza de t ăiere fiind 200 mm/min, pentru diferite dimensiuni ale feliei.
45
Graficul for țelor de rezisten ță la tăierea morcovilor proaspe ți
utilizând cu țite cu tăiș drept cu ascu țire bilaterală
010203040506070
15 30 45
Unghi de ascuț ire [grade]Forța medie de t ăiere
[N]Dimensiune felie 2,5 – 3 mm
Dimensiune felie 4,5 – 5 mm
Dimensiune felie 8,5 – 9 mm
Fig. 5.21. Graficul for țelor de tăiere pentru cu țite cu tăiș drept cu ascu țire bilateral ă în cazul t ăierii
morcovilor proaspe ți, viteza de t ăiere fiind 200 mm/min, pentru dif erite dimensiuni ale feliei.
Aceste grafice (fig. 5.20 și fig. 5.21) arat ă faptul că forța de tăiere variaz ă în funcție de
unghiului de ascu țire al tă ișului cuțitului, și anume, cre ște o dată cu creș terea acestuia. De
asemenea, variaz ă și în funcție de grosimea feliei t ăiate, crescând o dat ă cu creșterea grosimii
feliei tăiate, lucru ce era de a șteptat, prezentând interes procentajul de cre ștere a forței de tăiere,
funcție de acești parametrii.
5.7.2. Interpretarea rezultatelor cercet ărilor experimentale efectua te asupra procesului de
tăiere a materialelor vegeta le cu privire la influen ța unghiului de ascu țire a cuțitelor
Graficul for țelor de rezisten ță obținute la t ăierea produselor vegetale
utilizând cu țite cu tăiș drept cu ascu țire unilateral ă
020406080100120
15 30 45
Unghi de ascuțire [grade] Forța medie de t ăiere
[N]Morcov propasp ăt, v=200 mm/min
Morcov proasp ăt, v=300 mm/min
Morcovi deshidrata ți
Pătrunjel rădăcină
Păstârnac
Fig. 5.24. Graficul for țelor de rezisten ță obținute la tăierea produselor vegetale utilizând cu țite cu tăiș
drept cu ascu țire unilateral ă
Analizând graficele din figurile 5.24 și 5.25 se constat ă faptul că la tăierea produselor
vegetale utilizând cu țitele cu tăiș drept, cele mai reduse valori ale for ței de tăiere au fost ob ținute
în cazul morcovilor proaspe ți, viteza de tă iere fiind de 300 mm/min utilizând cu țitul cu unghiul
de ascuțire de 15° . Valori asem ănătoare au fost ob ținute și în cazul morcovilor deshidrataț i,
valori mai ridicate au fost ob ținute pentru ră dăcina de pă trunjel, iar cele mai crescute valori ale
forței de tă iere fiind ob ținute la tăierea păstârnacului, utilizând un cu țit cu unghi de ascu țire de
45°, atât în cazul utiliz ării cuțitelor cu ascu țire unilateral ă, cât și a celor cu ascu țire bilateral ă.
46
Graficul for țelor de rezisten ță obținute la t ăierea produselor vegetale
utilizând cu țite cu tăiș drept cu ascu țire bilateral ă
020406080100120
15 30 45
Unghi de ascu țire [grade]Forța medie de t ăiere
[N]Morcov proasp ăt, v = 200 mm/min
Morcov proasp ăt, v = 300 mm/min
Morcovi deshidrata ți, v = 200 mm/min
Rădăcină de pă trunjel, v = 200 mm/min
Păstârnac, v = 200 mm/min
Fig. 5.25. Graficul for țelor de rezisten ță obținute la tăierea produselor vegetale utilizând cu țite cu tăiș
drept cu ascu țire unilateral ă
5.7.3. Interpretarea rezultatelor cercet ărilor experimentale efectua te asupra procesului de
tăiere a materialelor vegeta le cu privire la influen ța unghiului de t ăiere a cu țitelor
Graficul for țelor de rezisten ță obținute la t ăierea produselor vegetale
utilizând cu țite cu tăiș înclinat cu ascu țire unilateral ă
020406080100
10 15 20 30
Unghiul de t ăiere [grade]Forța medie de t ăiere
[N]Morcovi proaspeț i, v = 200 mm/min
Morcovi proaspeț i, v = 300 mm/min
Morcovi deshidrata ți, v = 200 mm/min
Pătrunjel rădăcină, v = 200 mm/min
Păstârnac, v = 200 mm/min
Fig. 5.26. Graficul for țelor de rezisten ță obținute la tăierea produselor vegetale utilizând cu țite cu tăiș
înclinat cu ascu țire unilateral ă
Graficul for țelor de rezisten ță obținute la t ăierea produselor vegetale
utilizând cu țite cu tăiș înclinat cu ascu țire bilateral ă
01020304050607080
10 15 20 30
Unghiul de t ăiere [grade]Forța medie de t ăiere
[N]Morcovi proaspe ți, v = 200 mm/min
Morcovi proaspe ți, v = 300 mm/min
Morcovi deshidrata ți, v = 200 mm/min
Pătrunjel rădăcină, v = 200 mm/min
Păstârnac, v = 200 mm/min
Fig. 5.27. Graficul for țelor de rezisten ță obținute la tăierea produselor vegetale utilizând cu țite cu tăiș
înclinat cu ascu țire bilateral ă
47
Analizând g
raficele din figurile 5.26 și 5.27 se constat ă faptul că la tăierea produselor
vegetale utilizând cu țitele cu t ăiș înclinat, cele mai reduse valori ale for ței de tăiere au fost
obținute în cazul morcovilor proaspe ți, viteza de tă iere fiind de 300 mm/min utilizând cu țitul cu
unghiul de t ăiere de 30° . Valori asem ănătoare au fost ob ținute și în cazul morcovilor proaspe ți,
viteza de tă iere fiind de 200 mm/min, valori mai ridicate au fost ob ținute pentru morcovii
deshidrata ți și pentru r ădăcina de pătrunjel, iar cele mai crescute valori ale for ței de tăiere fiind
obținute la t ăierea păstârnacului, utilizând un cu țit cu unghi de ascu țire de 10°, atât în cazul
utilizării cuțitelor cu ascu țire unilateral ă, cât și a celor cu ascu țire bilateral ă.
6. CONCLUZII FINALE. CONTRIBU ȚII ORIGINALE. DISEMINAREA
REZULTATELOR. DIRECTII VIITOARE DE CERCETARE
6.1. Concluzii generale
Pe întreg mapamondul se cultiv ă și se consum ă produse vegetale, suprafe țele ocupate fiind
diferite în funcț ie de relief, clim ă, sol și nivelul de dezvoltare economic ă, existând zone
geografice cu o preocupare permanent ă pentru a asigura un consum ridicat de legume.
Fructele și legumele proasp ăt tăiate reprezint ă un segment convenabil cu o rapid ă
dezvoltare. Propriet ățile texturale sunt parametr ii cheie în produsele proasp ăt tăiate, iar
schimbările atributelor texturale s unt adesea factorul ce limiteaz ă valabilitatea produselor.
Proprietățile texturale ale fructelor proasp ăt tăiate sunt într-o anumită măsură legate de cele ale
fructelor întregi utilizate ca materie prim ă pentru procesare.
Termenul de t ăiere este de obicei rezervat pentru opera țiile din care rezult ă particule cu
formă destul de regulat ă (cuburi, felii, juliene), în timp ce m ărunțire este utilizat pentru t ăierea
aleatoare.
În tehnologiile alimentare de foarte multe ori este necesar a se proceda la reducerea
dimensiunilor geometrice ale elemtelor structurale ale unor produse agro alimentare (fructe,
tuberculi, ră dăcinoase etc.). În industria alimentar ă, necesitatea opera ției de mărunțire rezultă din
faptul că produsele prim
are agroalimentare sunt rareori folosite în forma și dimensiunea lor
inițială, fiind necesar a fi aduse prin m ărunțire la mărimea și forma corespunz ătoare condiț iilor
de utilizare într-un anumit proces tehnologic sau pentru comercializare. În timpul desf ășurării
procesului de m ărunțire trebuie s ă se previn ă ca materialul prelucrat s ă sufere modific ări de
compoziție și de structur ă.
6.2. Concluzii privind cercet ările teoretice și experimentale
Operația de mărunțire are drept scop reducerea dimensiunilor geometrice ale unor entit ăți
prin distrugerea integrităț ii fizice ini țiale ca rezultat a ac țiunii asupra lor a unor for țe exterioare.
Procedeele de realizare a opera ției de mărunțire se aleg și în funcție de urm ătoarele dou ă aspecte:
caracteristicile fizice ale materialului și de dimensiunile ini țiale ș i finale ale entit ăților fizice.
Procedeul de realizare a opera ției de tă iere se alege în func ție de caracteristicile fizice ale
materialului, de dimensiunile iniț iale și finale ale elementelor structurale ale produselor
agroalimentare. Pentru un material dat se va alege acel procedeu de t ăiere care necesit ă cel mai
redus consum de energie și care asigur ă un maxim ritm de procesare. În cadrul procesului de
tăiere suprafeț ele organelor active ale echipamentelor tehni ce pot solicita elementele structurale
în mod individual sau colectiv. Rezisten ța la tă iere este o proprietate proprie fiec ărui produs
agroalimentar.
Produsele alimentare prezint ă diferite propriet ăți structurale și mecanice. Acestea percep
forța de tăiere în diferite moduri. Este un lucru cunos cut faptul c ă atunci când un produs este
tăiat, acesta se va deforma în ainte de a se distruge. Dac ă deformarea produsului pe partea
inf
erioară a lamei de t ăiat este plastic ă, dar după tăiere produsul r ămâne presat și nu-și recapă
forma anterioră va pierde aspectul co mercial (atractivitatea fa ță de consumatori).
Comportarea materialelor solide supuse m ărunțirii este foarte diferit ă, aceasta ca urmare a
influenței numeroș ilor factori implica ți în realizarea opera ției de mărunțire.
48
Utilizarea metodei de simulare cu ajutorul elementului finit, a fost implementată cu
pachetul software disponibil comercial ANSYS 14. Simul ările s-au axat pe t ăierea morcovilor, în
scopul de a ob ține un model cuprinz ător, care poate estima în mod real efectele diver șilor
parametri de t ăiere asupra stabilităț ii procesului. Rezultatele au fost comparate cu datele
măsurate experimental.
Dacă se compară magnitudinile for ței de tă iere, măsurate în experimente, se pot obseva
aceleași valori relative, ca și în cazul valorilor estimate prin simulare. Pentru plasticit ăți mici și
moderate, efectul v ătămărilor procesului de t ăiere este adesea neglijabil. Acest lucru poate
conduce la concluzia c ă software-ul ANSYS 14, este capabil s ă estimeze valorile relative ale
forței de tăiere cu o precizie bun ă.
Cercetă rile experimentale au scos în eviden ță principalii factori de influen ță care trebuie
luați în considerare la explicarea modului de producere a m ărunțirii: natura materialului, starea
inițială (forma, granulometria etc.), structura, modul de aplicare și natura forț ei aplicate,
valoarea, viteza și durata de aplicare a efortului, natura for țelor aplicate.
Datorit ă numărului mare de factori de influen ță, nu exist ă încă o bază teoretică
satisfăcătoare pentru mecanismul m ărunțirii (tăierii).
Gradul de utilizare a en ergiei ar fi maxim dacă ruperea materialului s-ar produce la
valoarea forț ei care este aplicat ă în momentul începerii ruperii.
Analiza dependenț ei forță – deformare este un pas foarte important în expl icarea m odului în
care se iniț iează și propagă fi surile în interiorul unui material constituit dintr-un mediu
discontinuu și neomogen
6.3. Contribu ții personale
1. Efectuarea unei sinteze asupra stadiului actual și perspectivelor referitoare la
tehnologiile și echipamentele de m ărunțire prin t ăiere a legumelor și fructelor, pe baza unei
metodici de cercetare adecvate pentru definirea necesit ății temei de doctorat.
2. Efectuarea cercet ărilor experimentale pentru determinarea for ței maxime de t ăiere
(consumului de energie) în timpul procesului de t ăiere a diferite materii vegetale cu ajutorul
echipamentului Zwick/Roell Z 5.0 kN.
3. Prelucrarea, analiza și interpretarea rezultatelor ob ținute, care contri buie la aprofundarea
cunoș tințelor din acest domeniu.
4. Determinarea influen ței vitezei de m ărunțire prin tă iere asupra for ței maxime necesare
în timpul acestui proces, utilizându-se dou ă viteze diferite de m ărunțire, și anume de 200 și 300
mm/min, în cazul procesului de m ărunțire prin tă iere a morcovilor proaspe ți.
5. Determinarea influen ței umidit ății asupra procesului de m ărunțire prin tă iere,
urmărindu-se for ța maximă de tăiere din timpul m ărunțirii anumitor produse vegetale cu diferite
umidități.
6. Elaborarea modelelor matematice utilizând metoda elementului finit, care permite
determinarea for ței de tăiere maxime și a deforma țiilor ce apar în timpul procesului de t ăiere, cu
precizarea factorilor care influen țează acest proces și implicit, a celor care pot conduce la
diminuarea lor.
7. Compararea rezultat elor datelor cercet ărilor teoretice și experimentale pentru
verificarea corectitudinii modelelor matematice.
6.4. Direcții viitoare de cercetare
Ca direcț ii viitoare de cercetare pot fi men ționate continuarea cercet ărilor experimentale
utilizând pentru realiz area procesului de tă iere, cuțite cu unghiuri diferite decât cele utilizate
până în prezent; proiectarea unor dispozitive de t ăiere pe baza rezultatelor cercet ărilor
experimentale ob ținute pân ă în prezent; cercetarea influen ței asupra rezisten ței la tăiere altor
produse agroalimentare decât cele utilizate.
49
BIBLIOGRAFIE SELECTIV Ă
1. AGRAWAL, K. R., LUCAS, P. W., The mechanics of the first bite, Proceedings of
the Royal Society B, vol. 270, p. 1277–1282, 2003;
2. ATKINS, T., The Science and Engineering of Cutti ng – The Mechanics and Process of
Separating, Scratching and Puncturing Biomaterials, Metals and Non-metals, Elsevier, 2009;
3. BARRETT, D.M., BEAULIEU J.C., SHEWFELT R., Color, Flavor, Texture, and
Nutritional Quality of Fresh-Cut Fruits and Ve getables: Desirable Levels, Instrumental and
Sensory Measurement, and the Effects of Processing, *Department of Food Science &
Technology, University of California, Davis, CA, **USDA – ARS Southern Regional Research
Center, New Orleans, LA, ***Department of Food Science & Technology, University of
Georgia, Athens, GA, 2010;
4. BARRY-RYAN, C., O’BEIRNE, D., Quality and shelf-life of freshcut carrot slices as
affected by slicing method, Journal of Food Science, vol. 63, p. 851 – 856, 1998;
5. BANU, C., Manualul inginerului de industrie alimentar ă, Editura Tehnic ă, București,
vol. I și II, 2000;
6. BECEANU, D., Nutritive, nutraceutical, medicinal and energetic value of fruits and
vegetables, Cercetă ri Agronomice în Moldova, vol. XL I , nr. 4 (136), p. 65-81, 2008;
7. BELLOSO, O.M., SOLIVA-FORTUNY, R., Advances in fresh – cut fruits and
vegetables processing, CRC Press, 2011;
8. BERK, Z., Food Process Engineering and Technology, Elsevier, 2009;
9. BICĂ, C.M., Exploziile datorate pulberilo r din industria alimentar ă, Editura
Universității Transilvania, Braș ov, 2004;
10. BROCKLEHURST, T.F., ZAMAN-WONG, C.M., LUND, M. B: A note on
microbiology of retail packs of prepared salad vegetables , J Appl Bacteriol, vol. 63, p. 409–415,
1987;
11. CARLIN, F. et al., Microbiological spoilage of fres h, ready-to-use grated carrots , Sci
Alim 9, p. 371–386, 1989;
12. CĂSĂNDROIU, T., IV ĂNESCU, D., Experimental research on texture homogeneity
firmness of the pulp apples , INMATEH, vol. 27, nr. 1, p. 131-138, 2009;
13. CHAKRAVERTY, A., Handbook of postharvest technology cereals fruits vegetables
tea and spices books in soils plants and the environment, volume 93 , MARCEL DEKKER, INC.
NEW YORK, 2003;
14. CIOBANU, M.I., Studii privind optimizarea energetică a sistemelor tehnice utilizate
pentru executarea procesului de m ărunț ire a cerealelor, Universitatea Transilvania, Bra șov,
2011;
15. CIULICĂ, L.G ., The influence of maturity degree of vegetables on their cutting
resistance force, The 4 th International Conference Comput ational mechanics and Virtual
Engineering, Lux Libris Publishing House, p. 194-198, 2011;
16. DOWGIALLO, A., Cutting force of fibrous materials, Journal of Food Engineering 6, p.
57–61, 2005;
17. DRUNEK, J., Cercetarea experimental ă a echipamentelor pentru preg ătirea patului
germinativ în sere, Brașov, 2010;
18. DUȚĂ , A., Ingineria sistemului legumicol , Editura Universitaria , Craiova, vol. II, 2005;
19. GORAL, D., KLUZA, F., Cutting test application to gene ral assessment of vegetable
texture changes caused by freezing, University of Life Sciences in Lublin, Department of
Refrigeration and Food Industry Energetics, 44 Dos´wiadczalna, 20-280 Lublin, Poland, 2007;
20. GROVU, M., Curs Metoda elementelor finite (MEF) – fundamente , traducere
Introduction to Finite Element Methods, 2002;
50
21. HANIF, R., IQBAL, Z., IQBAL, M., HANIF, S., RASHEED, M.: Use of vegetables as
nutritional food: role in human health , Journal of Agricultural a nd Biological Science, Asian
Research Publishing Network (ARPN), p. 18 – 22, 2006;
22. HEREDIA, A., JIMENE Z, A., GUILLEN, R., Composition of plant cell walls , Review.
Z. Lebensm Unters Forch 200, p. 24 – 31, 1995;
23. HODIȘAN, N., TIMAR, A.: Materii prime vegetale – condi ționarea, păstrarea și
expertiza calit ății, Editura Universit ății din Oradea, Oradea, 2010;
24. HOLT, J. E., SCHOORL, D., Fracture in potatoes and apples . Journal of Materials
Science , vol. 18, p. 2017–2028, 1983;
25. LANG, Z., The influence of mass and ve locity on the maximum allowable impact
energy of apples, J. Agric. Engng. Res. 57, 1994;
26. LEJA, M., MARECZEK, A., WOJC IECHOWSKA, R., ROZEK, S., Phenolic
metabolism in root slices of selected carrot cultivars, Acta Physiologiae Plantarum, vol. 19, No.
3, p. 319-325, 1997;
27. MAIER, I. : Cultura legumelor , Editura Agro-Silvica, Bucuresti, 1969;
28. MENESATTI, P., PAGLIA G., Non-linear multiple regression models to estimate the
drop damage index of fruit , Biosystems Engin eering 83(3), 2002;
29. MILLER, K., JOLDES, G., LANCE, D., WITTEK, A., Total Lagrangian explicit
dynamics finite element algorithm for computing soft tiss ue deformation, Commun. Numer.
Meth. Engng., 23, p.121–134, 2007;
30. NEDEFF, V., Ma șini și instalații pentru industria alimentar ă, Editura Universit ății din
Bacău, vol. I, 1997;
31. NIRMAL K. SINHA., Handbook of vegetables and vegetable processing , Blackwell
Publishing Ltd., 2121 State Avenue, Ames, Iowa 50014-8300, USA, 2011;
32. PANAINTE, M., Cercetări privind optimizarea procesului de m ărunț ire a produselor
agroalimentare, Iași, 2008;
33. POP, M., Merceologie alimentar ă – suport de curs , Universitatea „Petre Andrei” din
Iași, 2006;
34. POTTER, N. N, HOTCHKISS, J.H., Food science, Fifth Edition , Chapman and Hall,
New Work, 1995;
35. REDDY, R. N., Agricultural Process Engineering, Gene-Tech Books, New Delhi,
2010;
36. ROBINSON, D. S.: Food biochemistry and nutritional value, Longman scientific and
technical publisher, NewYork, USA, 1990;
37. RUS, Fl., Bazele opera țiilor din industria alimentar ă, Editura Universit ății
Transilvania, Braș ov, 2001;
38. SINIGAGLIA, M., ALBENZIO, M., CORBO, M. R .: Influence of process operations
on shelf-life and microbial population of fresh-cut vegetables, Journal of Industrial Microbiology
& Biotechnology (23), p. 484–488, 1999;
39. TATSUMI, Y., WATADA, A. E., WERGIN, W. P.: Scanning electron microscopy of
carrot stick surface to determine cause of white translucent appearance , Journal of Food
Science , vol 56 (5), p. 1357–1359, 1991;
40. THIEL, B. L., DONALD, A. M., In situ Mechanical Testing of Fully Hydrated Carrots
(Daucus carota) in the Environmental SEM, Annals of Botany, vol. 82, p. 727 -733, 1998;
41. WATADA, A. E., KO, N. P., MINOTT, D. A.: Factors affecting quality of fresh-cut
horticultural products, Postharvest Biol. and Technol, vol. 9, p.115–125, 1996;
42. *** http://www.kronengmbh.de ;
51
Curriculum Vitae
Informații
personale
Nume / Prenume CIULICĂ, Laura Georgiana
Adresă Str. L.C. Babeș , nr. 19, bl. 22, sc. D, et. 4, ap. 20, Bra șov, jud. Braș ov
Telefon 0720315625
E-mail laura_georgiana1@yahoo.com
Naționalitate Român ă
Data nașterii 02.07.1985
Educație și formare
Perioada 1 octombrie 2009 – prezent
Calificare / diploma
obținută Doctorand
Numele institu ției de
învăță mânt Universitatea Transilvania Bra șov, Facultatea de Alimenta ție și Turism
Perioada 1 octombrie 2009 – iunie 2011
Calificare / Diploma
obținută Diplomă de Master, Specializarea Eco-biotehnologii și echipamente în
alimentație și agricultur ă
Numele institu ției de
învăță mânt Universitatea Transilvania Bra șov, Facultatea de Alimenta ție și Turism
Perioada 1 octombrie 2004 – iunie 2009
Calificare / Diploma
obținută Inginer diplomat, Specializare Utilaje și Instalații de proces în Industria
Alimentar ă
Numele institu ției de
învățământ Universitatea Transilvania Bra șov, Facultatea de Inginerie Mecanic ă
Limba(i) matern ă(e) Română
Limba(i) str ăină(e)
cunoscută(e)
Autoevaluare În țelegere Vorbire Scriere
Nivel european Ascultare Citire Participare la
conversație Discurs
oral Exprimare în
scris
Engleză bine bine bine bine bine
52
Curriculum Vitae
Informații
personale
Name CIULICĂ, Laura Georgiana
Address Str. L.C. Babeș , nr. 19, bl. 22, sc. D, et. 4, ap. 20, Bra șov, jud. Braș ov
Telephone 0720315625
E-mail laura_georgiana1@yahoo.com
Naționality Român ă
Birth date 02.07.1985
Education and
formation
Dates 1 Octomber 2009 – present
Qualification Ph.D. Student
Education institution Transilvania University of Bra șov
Dates 1 Octomber 2009 – June 2011
Qualification Master degree
Education institution Transilvania University of Bra șov, Food and Tourism Faculty
Dates 1 Octomber 2004 – June 2009
Qualification Diplomat engineer
Education institution Transilvania University of Bra șov, Mechanical Engineering Faculty
Mother tongue (s) Romanian
Other language (s)
Self – assessment Understanding Speaking Writing
European level Listening Reading Spoken
interaction Spoken
production Written expression
English good good good good good
53
LUCRĂRI elaborate de autor în domeniul tezei de doctorat
1. Ciulică, L.G ., Rus, Fl., Marinuc, M., Particularities of Root Vegetables Grinding , Proceeding
of the International Conference BIOATLAS 2010 Transilvania Univ ersity of Brasov, Romania,
Nr. 1 (18), vol. 6, p. 40-43, 2010, ISSN 1844-8577; 2.
Ciulică, L.G ., Marinuc, M., Experimental Regarding Cutting Resistance of Root Vegetables,
Proceeding of the International Conference BIOA TLAS 2010 Transilvania University of Brasov,
Romania, Nr.1 (18), vol. 6, p. 44-47, 2010, ISSN 1844-8577; 3.
Ciulică, L.G., Marinuc, M., C ăpățână, I., Experimental Research Regarding the Influence of
Cutting Angle Setting Over the Spe
cific Cutting Resistance of the Vegetables, 3rd International
Conference Advanced Composite Materials Engineering COMAT, 27- 29 October 2010,
Brașov, România, vol. 3, 2010, p. 37-40, ISSN 1844-9336;
4. Ciulică, L.G ., Rus, Fl., Marinuc, M., Research regarding stress analysis occurring in the
vegetab
les cutting process, The 4 th International Conference Co mputational mechanics and
Virtual Engineering, Lux Libris Publishing House , p. 199-203, 2011;
5. Ciulică, L.G ., Rus, Fl.: The influence of maturity degr ee of vegetables on their cutting
resistance force, The 4 th International Conference Comput ational mechanics and Virtual
Engineering, Lux Libris Publishing House, p. 194-198, 2011;
6. Ciulică, L.G ., Research regarding fresh cut fruit and vegetable texture , Journal of
EcoAgriTourism
, Nr. 1, vol. 7, p. 50-53, ISSN 1844-8577;
7. Ciulică, L.G., Rus, Fl., The influence of the knife constr uctive and functional parameters on
the process of cutting vegetables, Buletin of the Transilvania University of Brasov, Series II:
Forestry – Wood Industry – Agricu ltural Food Engineering, vol. 4 (53), Nr. 2, 2011, p. 105- 110,
ISSN 2065-2135; 8.
Ciulică, L.G., Rus, Fl., Experimental regarding the determination of the optimum cutting
angle using a single edged knife, Buletin of the Transilvania University of Brasov, Series II:
Forestry – Wood Industry – Agricu ltural Food Engineering, vol. 5 (54), Nr. 1, 2012, p., ISSN
2065-2135; 9.
Ciulică, L.G ., Experimental research regarding the resistance force of vegetable products in
the cutting process using di fferent type of knives, Proceeding of the Inte rnational Conference
BIOATLAS 2012 Transilvania University of Brasov, Romania, p. 99 – 102, 2012;
10. Ciulică, L.G ., Experimental research regarding the cutting resistance force of certain
varieties of patatoes, Proceeding of the International C onference BIOATLAS 2012 Transilvania
University of Brasov, Romania, p. 103 – 107, 2012;
11. Ipate, G., Ciulică, L:G ., Rus, Fl., Numerical modeling and simulation of cutting vegetable
products , Inmateh 2012;
Lucră ri prezentate în cadrul preg ătirii școlii doctorale:
1. Ciulică L.G.: Stadiul actual al echipamentelor pentru m ărunț irea legumelor și fructelor,
referat nr. 1, Universitatea Transilvania Bra șov, 2010.
2. Ciulică L.G.: Cercetări teoretice prin modelare matematic ă a procesului de m ărunț ire a
legumelor și fructelor în vederea optimiz ării energetice, referat nr. 2, Universitatea Transilvania
Brașov, 2012.
3. Ciulic ă L.G.: Cercetări experimentale privind influen ța caracteristicilor constructive și
functionale ale echipamentelor tehnice și a propriet ăților fizico-mecanice ale materialelor
asupra energeticii opera ției de mărunțire, referat nr. 3, Universitatea Transilvania Bra șov, 2012.
54
55Cercetări privind optimizarea procesului de m ărunțire a legumelor
și fructelor
REZUMAT
Conducător științi f i c , D o c t o r a n d ,
Prof. univ. Dr. Ing. Florean RUS Laura Georgiana CIULIC Ă
Mărunțirea este una din cele mai r ăspândite operaț ii unitare atât în industria alimentar ă
cât și în industriile farmaceutice, cosm etice, miniere, industria lian ților etc., de aici rezultând
importanța deosebit ă care i se acord ă.
Din cercet ările efectuate de diver și autori se constat ă că influența cea mai mare asupra
consumului de energie total al procesului de m ărunțire prin tăiere o are mecanismul de producere
a operației de tăiere propriu-zisă , precum și parametrii constructivi – func ționali ai dispozitivelor
de tăiere, și nu în ultimul rând propriet ățile structo-texturale ale produselor supuse m ărunțirii
prin tăiere. Astfel, s-au c ăutat și se caută soluții viabile pentru reducerea acestuia, constatându-se
faptul că nu există suficiente informa ții cu privire la cea mai eficient ă modalitate de realizare a
operației de mărunțire prin tăiere. Cu privire la acest subiect literatura de specialitate furnizeaz ă
doar informa ții referitoare la realizarea opera ției de mărunțire prin strivire, neg ăsindu-se în
prezent suficiente informa ții referitoare la m ărunțirea prin t ăiere a legumelor și fructelor.
Din aceste motive cercetarea mecanismulu i de producere a procesului de m ărunțire prin
tăiere a legumelor și fructelor a devenit o necesitate și o preocupare de ma re actualitate, orice
reducere a acestora transformându-se într-un avantaj pe pia ța concuren țială.
În acest context se înscrie și tema prezentei lucr ări de doctorat, în care se realizeaz ă un
studiu riguros atât a metodelor de m ărunțire, cât și a consumurilor energetice din timpul
mărunțirii legumelor și fructelor.
Research on optimization of cutting process of vegetables and fruits
ABSTRACT
The cutting process is one of the larger underlying operation, in food and pharmaceutical
industries , cosmetics, mining , and hence the great importance it is given .
Theoretical research undertaken in this paper show that the greatest influence on final
energy consumption by cutting process has even energy consumption during the cutting
operation itself, the constructive -functional parameters of cutting devices, and not least structo –
textural properties of the products subject to the cutting process . Thus, were sought and still
searching for sustainable solutions to reduce energy consumption, ascertaining that there is
i
nsufficient information on the most effective way to perform the cutting operation . On this topic
literature provides only information about the performing the grinding operation by crushing,
now is not finding enough information regarding the cutting process of vegetables and fruits.
For these reasons the study of the mechanism cutting process of fruits and vegetables,
becam
e a necessity and a great concern, any reduction in their turning into a competitive market
advantage .
In this context, join the theme of this PhD, which rigorous study the methods of cutting
process, and energy consumption during this cutting process of vegetables and fruits.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Investește în oameni [607049] (ID: 607049)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.