Agenții DE Lucru Ai Instalațiilor Frigorifice

8. AGENȚII DE LUCRU AI INSTALAȚIILOR FRIGORIFICE

8.1 CLASIFICAREA AGENȚILOR FRIGORIFICI

Agenții frigorifici sunt substanțe omogene sau amestecuri de substanțe, ale căror proprietăți termodinamice trebuie să corespundă cerințelor impuse de schema și tipul instalației frigorifice, precum și de nivelul de temperatură al celor două surse de căldură, în special de cel al frigului produs.

Agenți frigorifici cu temperatură coborâtă de vaporizare la presiunea atmosferei normală sunt utilizați în instalațiile frigorifice cu comprimare mecanică de vapori; în funcție de această temperatură, denumită temperatură normală de vaporizare tsN se deosebesc trei categorii de agenți:

cu temperatură mai ridicată de vaporizare, situată între 0 °C și 60 °C utilizați mai ales în pompele de căldură;

cu temperatură medie de vaporizare, cuprinsă între -50 °C și 0 °C;

cu temperatură joasă de vaporizare, plasată între -l30 oC și -50 oC.

Aerul precum și alte gaze sau amestecuri de gaze având temperaturi joase de vaporizare, utilizate în instalațiile frigorifice cu comprimare de gaze, în cele turbionare precum și în instalațiile de lichefiere și separare a gazelor.

În instalațiile cu absorbție sunt utilizate soluții ale diferitelor substanțe. Apa utilizată în instalațiile cu jet de abur.

Condițiile pe care trebuie să le satisfacă un agent frigorific utilizat în instalațiile cu comprimare de vapori sunt următoarele:

– presiunea de vaporizare să fie superioară presiunii atmosferice, dar apropiată de aceasta, în scopul evitării infiltrării aerului în vaporizator; odată cu aerul pătrund și umezeala care contribuie la intensificarea procesului de coroziune;

– presiunea de condensare să fie redusă în vederea micșorării greutății compresorului, creșterii randamentului mecanic al acestuia și evitării pierderilor de agent;

puterea frigorifică specifică cât mai mare ceea ce reprezintă căldura preluată de l kg de agent în procesul de realizare a efectului frigorific prin vaporizare sau încălzire;

căldura specifică a lichidului frigorific cât mai redusă în vederea micșorării pierderii cauzate de ireversibilitatea procesului de laminare;

– volum specific al vaporilor aspirați cât mai redus, în cazul compresoarelor frigorifice cu piston, în vederea

micșorării dimensiunilor acestora și, respectiv, cât mai mare, în cazul turbocompresoarelor frigorifice pentru mărirea randamentului intern al procesului de comprimare;

viscozitate moderată pentru îmbunătățirea transferului de căldură și reducerea pierderilor de presiune, dar nu prea mică pentru a nu favoriza scăderile de agent frigorific;

insolubilitatea reciprocă a agentului frigorific și uleiului în cazul compresoarelor cu piston deoarece aceasta determină murdărirea suprafețelor de schimb de căldură ale condensatorului și vaporizatorului și reducerea puterii frigorifice a instalației;

să nu prezinte pericol de explozie, inflamabilitate și toxicitate;

stabilitate chimică și pasivitate la coroziune;

cost redus.

Agenții utilizați în instalațiile frigorifice cu comprimare de gaze trebuie să aibă o temperatură normală de vaporizare cât mai coborâtă pentru a nu se lichefia sau solidifica în instalație. Numărul gazelor care satisfac această condiție scade pe măsură ce temperatura Tf se reduce astfel că, sub 16 K rămâne numai heliul, în cazul gazelor prezintă importanță viscozitatea, conductivitatea termică, precum și dependența căldurii specifice de temperatură și presiune; aceasta din urmă trebuie să fie cât mai puțin pronunțată, în acest mod devine posibilă reducerea și uniformizarea diferențelor de temperatură necesare efectuării transferului de căldură în schimbătoarele de căldură și prin aceasta micșorarea pierderilor cauzate de ireversibilitatea acestui proces.

8.2 CARACTERISTICILE AGENȚILOR DE LUCRU AI INSTALAȚIILOR FRIGORIFICE CU COMPRIMARE DE VAPORI

În cele ce urmează se prezintă caracteristicile principalelor tipuri de agenți de lucru ai instalațiilor frigorifice.

Amoniacul, NHb, este utilizat pe scară largă în instalațiile frigorifice cu comprimare de vapori cu o treaptă și, respectiv, cu două trepte, precum și în cele cu absorbție pentru temperaturi de vaporizare to -75°C; temperatura nominală de vaporizare a amoniacului este tsN = – 33,35 oC. Printre avantajele NH3-ului se numără volumul specific mic la temperaturile de vaporizare uzuale, ușurința depistării scăpărilor de amoniac datorită mirosului, solubilitatea în ulei redusă, nu exercită acțiuni corosive asupra oțelului dar în prezența apei atacă zincul, cuprul ,bronzul și alte aliaje pe bază de cupru cu excepția bronzului fosforos. Dintre dezavantaje se menționează faptul că este toxic, exploziv și inflamabil la concentrații de 16,5 până la 26,8 % amoniac în aer. La temperatura de 260 oC amoniacul se descompune în azot și hidrogen.

Bioxidul de sulf, 862, este un gaz foarte toxic fiind utilizat numai în instalație ermetice la temperaturi de vaporizare t0 -75°C. Ca avantaje ale S02-ului se pot enumera: temperatura normală de vaporizare relativ ridicată (tsN = – 10,1°C) ceea ce permite menținerea unor presiuni reduse în condensator la temperaturile de condensare apropiate de temperatura mediului ambiant; neinflamabile, solubilitate redusă în ulei, neagresivitate în raport cu cuprul și aliajele sale.

Clorura de metil. CH3Cl, se situează între amoniac și bioxidul de sulf, fiind tot mai mult înlocuită de agenții frigorifici din grupa freonilor. Nu corodează oțelul și aliajele sale, dar în prezența aerului atacă zincul, aluminiul și magneziul.

Bioxidul de carbon, CO2, este utilizat în principal în instalațiile de producere a gheții uscate (zăpadă carbonică). Este neutru în raport cu metalele, neinflamabil, netoxic. Dezavantajul său constă în aceea că temperatura critică este relativ ridicată (tcr = + 31°C) la presiunea critică pcr = 75 at. Din acest motiv CO2 conduce la presiuni ridicate în condensator.

Freonii sunt utilizați pe scară largă în tehnica frigului datorită avantajelor pe care le prezintă și anume: nu sunt toxice, au o inflamabilitate redusă, sunt neexplozivi, prezintă neutralitate chimica. De asemenea, fiind caracterizați prin exponenți adiabatici mici (kfreon = 1,12…1,20 < kNH3= 1,3) freonii determină temperaturi de comprimare reduse.

Ca definiție, freonii reprezintă derivați dublu halogenați ai hidrocarburilor saturate (CmH2m+2) obținuți prin înlocuirea parțială sau completă a atomilor de hidrogen prin atomi de flour, clor sau brom. Prin urmare, formula generală a freonilor este:

CmHxFyCl2Bru unde x+y+z+u=2m+2

Notația prescurtată a freonilor este F – N sau R – N (refrigerent), N fiind numărul freonului format din două sau trei cifre care se stabilește după următoarele reguli:

la derivații fără atomi de hidrogen (x = 0) prima cifră (dacă N este format din 3 cifre) definesc hidrocarbura în modul următor:

l – pentru metan (CH4); 11 – pentru etan (C2H6);

21 – pentru propan (C3H8);

31 – pentru butan (C4H10).

În continuare, se scrie numărul atomilor de fluor (y); exemple freonul CF2C12 -difluordiclormetan: R -12 și freonul C2F4Cl2 – tetrafluordicloretan: R – 114;

la derivații cu atomi de hidrogen (x = 1,2 …) numărul acestor atomi se adaugă în felul următor: la derivații metanului la prima cifră, iar la ceilalți derivați, la cifra a doua; exemple: freonul CHFCl2 – monofluordiclormetan: R -21 și freonul C2H3F3 – trifluoretan: R -143;

la derivații cu atomi de brom (u = 1,2 …), după numărul principal se pune litera B după care se scrie numărul atomilor de brom (ex. freonul CF2Br2: R-12B2).

Se remarcă faptul că, la reducerea numărului atomilor de hidrogen scade inflamabilitatea și pericolul de explozie. La creșterea numărului atomilor de fluor scade toxicitatea și acțiunea corosivă.

Dezavantajele freonilor constau în viscozitatea lor foarte redusă care favorizează scăpările precum și solubilitatea reciprocă cu uleiul care se accentuează la mărirea presiunii și reducerea temperaturii freonului. Tot în categoria dezavantajelor se încadrează și faptul că freonii au o densitate mai ridicată ceea ce determină creșterea rezistențelor hidraulice la circulația lor prin conducte. Pentru limitarea acestor rezistențe se procedează la mărirea secțiunii de trecere prin conducte, supape etc. Astfel, diametrul conductei de freon -12 se impune a fi de două ori mai mare decât cel pentru NH3 în condițiile aceleiași puteri frigorifice. De asemenea, se remarcă faptul că freonii conduc la coeficienți de transfer de căldură sensibil mai mici decât în cazul amoniacului. Freonii atacă garniturile de cauciuc și se recomandă utilizarea unor materiale rezistente la acțiunea freonilor de tipul sevanitului sau a cauciucului freonorezistent. De regulă, apa nu se dizolvă în freoni. Pentru evitarea blocării secțiunilor de trecere se limitează procentul masic de apă la 0,004%.

Înlocuirea unui atom de clor cu un atom de fluor, în cazul freonilor obținuți din metan, etan, propan și butan, determină reducerea temperaturii normale de vaporizare cu ∆ts:

În continuare, se prezintă cei mai utilizați freoni:

freoni cu temperatură normală de vaporizare înaltă: – freonul-11, CFCl3, freonul-21, CHFCl2, freonul-114, CF2Cl – CF2C1;

freoni cu temperatură de vaporizare medie: freonul-12, CF2Cl2, freonul-22, CHF2Cl2, freonul -142, C2H3F2Cl, freonul-143. CH3 – CF3;

freoni cu temperatură de vaporizare joasă: freonul-13, CF3Cl, freonul-14, CF4, freonul-13Bl, CF3Br, freonul-500, freonul-502.

8.3 CARACTERISTICILE AGENȚILOR DE LUCRU AI INSTALAȚIILOR FRIGORIFICE CU COMPRIMARE TERMODINAMICĂ

Instalațiile frigorifice cu absorbție permit utilizarea acelor agenți de lucru pentru care există absorbanți corespunzători. Ținând seama de specificul acestor instalații care constă în realizarea succesivă a reacțiilor chimice de absorbție și, respectiv, de desorbție a agentului este necesară respectarea unor condiții suplimentare care constau din următoarele:

diferență mică de presiune între condensator și vaporizator în vederea reducerii consumului de energie necesară pentru pomparea soluției;

căldură de vaporizare cât mai mare pentru reducerea dimensiunilor schimbătoarelor de căldură și conductelor precum și a debitului de agent;

căldură de dizolvare cât mai mică a agentului de lucru cu absorbantul în cazul instalațiilor frigorifice și cât mai mare la instalațiile de pompare termice, ceea ce permite reducerea suprafețelor de încălzire a aparatelor;

căldură specifică mică a absorbantului pentru reducerea suprafeței de încălzire a schimbătorului de căldură;

diferență mare între temperaturile normale de vaporizare ale agentului de lucru și absorbantul ceea ce permite reducerea gradului de antrenare a absorbantului de către vaporii agentului de lucru și micșorarea dimensiunilor aparatelor de rectificare;

viteză de absorbție mare pentru reducerea dimensiunilor absorbitorului.

În etapa actuală sunt utilizați următorii agenți de lucru și absorbanți în instalațiile cu comprimare termochimică:

soluția hidroamoniacală compusă din agenți frigorifici – amoniacul (NH3) și absorbantul – apa (H2O) utilizată atât în instalațiile frigorifice pentru obținerea unor temperaturi de 0 … – 60°C cât și în cele de pompe de căldură; diferența temperaturilor normale de vaporizare ale apei și amoniacului fiind de 133 grd, în faza de vaporizare a soluției hidroamoniacale se află ambii componenți. Aceasta impune rectificarea soluției ceea ce determină reducerea coeficientului termic până la 0,5 … 0,7;

soluția de bromură de litiu compusă din agentul frigorific – apa (H2O) și absorbantul – bromură de litiu (LiBr) utilizată în instalațiile frigorifice la nivel de condiționare a aerului și răcire a apei pentru realizarea unor temperaturi de 0°C până la + 10 C. Diferența temperaturilor normale de vaporizare ale celor doi componenți fiind de circa 1165 grd, se constată că în faza de vapori a soluției de LiBr se află numai vapori de apă, ceea ce permite realizarea unor coeficienți termici ai instalației atingând valoarea l.

Se menționează faptul că, în cazul instalațiilor de pompe termice se utilizează în calitate de agent soluțiile de NaOH, KaOH și CaCl2, apa fiind agentul calorific.

8.4 AGENȚI PURTĂTORI DE FRIG

Pentru transportul frigului de la generatorul de frig la consumator sunt utilizați agenții purtători de frig care trebuie să satisfacă următoarele cerințe:

temperatură joasă de congelare;

viscozitate redusă pentru reducerea pierderilor hidraulice la circulația prin conducte;

căldură specifică mare pentru reducerea debitului de agent purtător de frig;

acțiune corosivă redusă în raport cu metalele feroase și neferoase;

stabilitate chimică;

toxicitate redusă, neinflamabilitate și lipsa pericolului de explozie.

În calitate de agenți purtători de frig la nivelul frigului moderat sunt utilizate saramurile, adică soluțiile de clorură de sodiu (NaCl) și clorură de calciu (CaCl2) în apă.

Temperatura de congelare a acestor soluții depinde de concentrația masică a sării în soluție. Evident, pentru ξ = 0 rezultă că temperatura de congelare este de 0°C. La creșterea concentrației această temperatură scade. La o anumită valoare critică ξ cr a concentrației, temperatura de congelare devine minimă. Mărirea în continuare a concentrației este însoțită de creșterea rapidă a temperaturii de congelare și atinge valoarea de 0°C. Trebuie menționat că, în cazul soluției de clorură de sodiu, temperatura minimă de congelare este de – 21,2°C la ξ cr = 0,231. În cazul soluției de clorură de calciu această temperatură este de – 55°C la ξ cr = 0,303. Legile de variație ale temperaturii de congelare în funcție de concentrația ξ pentru cele două soluții sunt arătate în figura 8.1.

Fig. 8.1 Influența concentrației asupra temperaturii de congelare a soluțiilor de NaCl (a) și CaCl2 (b)

Ca agenți purtători de frig pot fi utilizate lichidele antigel de tipul soluției de etilenglicol pentru temperaturi de – 75°C. De asemenea, se poate folosi freonul -30 pentru temperaturi de – 40 … – 90°C și chiar freonul -11 pentru temperaturi de – 105°C.

8.5 IMPORTANȚA UTILIZĂRII AGENȚILOR FRIGORIFICI NEPOLUANȚI

Utilizarea agenților de lucru de tipul clorofluorocarbonaților (CFC) a condus (datorită procesului de fabricare al acestora) la degradarea stratului protector de ozon al Terei, contribuind la procesul de global de încălzire prin efectul de seră. Astfel, odată ajuns în atmosferă un produs fluorocarbonat (având o durată de viață lungă) printr-un singur atom de cloridă poate distruge până la 100000 molecule de ozon.

Creșterea, în ultima perioadă, a necesarului de agenți frigorifici a condus la diminuarea cu 2 … 4 % a stratului de ozon (după datele NASA), fapt ce a impus luarea unor măsuri privind găsirea unor substituenți. Între aceștia, hidroclorofluoro-carbonații (HFC) și hydro floro alcanii (HFA) au dat rezultate considerate satisfăcătoare din punct de vedere a poluării mediului.

Standardele ASHARE 15/1992 (Safety Code for Mechanical Refrigeration) și ASHARE 34/1992R definesc condițiile de siguranță și limitele pentru utilizarea agenților frigorifici, stabilindu-se pentru aceștia limitele permise de expunere (allowable exposure Urnit – AEL) și valoarea pragului limită (threshold Urnit vahie – TLV).

În tabelul 8.1 se prezintă clasificarea unor agenți frigorifici în funcție de gradul lor de toxicitate și inflamabilitate.

Tabelul 8.1

Clasificarea agenților frigorifici din punct de vedere al inflamabilității și toxicității

*notă R-500 și R-502 sunt amestecuri azeotropice a doi refrigeranți (unul fiind CFC)

Sub presiunea restricțiilor legale, din ce în ce mai severe, privind poluarea mediului marile firme producătoare de agenți frigorifici (dintre care se remarcă grupul duPont) au obținut realizări remarcabile, concretizate în reducerea limitei permisibile de expunere de la 100 la 10 părți per milion (ppm). Înlocuitorii agenților frigorifici clasici sunt prezentați în tabelul 8.2.

Tabelul 8.2

Principalii agenți frigorifici clasici și substituenții lor

9. PROCESE ÎN INSTALAȚII FRIGORIFICE

CU COMPRIMARE MECANICĂ DE VAPORI

9.1 CLASIFICAREA INSTALAȚIILOR FRIGORIFICE CU VAPORI (IFV)

Obținerea unor temperaturi cuprinse în intervalul – 20 … – 90 °C se realizează in mod obișnuit cu ajutorul instalațiilor frigorifice cu vapori (IFV) care pot fi:

cu comprimare într-o singură treaptă;

cu comprimare în două trepte;

cu comprimare în trei trepte ;

în cascadă.

Cele mai simple instalații frigorifice, cu comprimare într-o singură treaptă, au fost și sunt utilizate pentru scăderea temperaturii până la -20 … -30 °C. În etapa actuală se remarcă tendința de a folosi aceste instalații pentru obținerea unor temperaturi mai joase, până la – 60 °C. În acest scop se recurge la perfecționarea ciclului prin subrăcirea avansată a agregatului înainte de laminare, supraîncălzirea vaporilor în compresor, introducerea schimbului de căldură regenerativ, îmbunătățirea construcției compresoarelor prin reducerea spațiului mort și utilizarea unor agenți frigorifici, precum freonul -502, cu caracteristici superioare.

Scăderea temperaturii de vaporizare sub -25…-35 °C impune trecerea la comprimarea în două trepte, iar sub – 60 °C instalația în două trepte devine neeconomică astfel încât este necesară trecerea la comprimarea în trei trepte sau în cascadă. În acest din urmă caz cele două, trei sau chiar cinci cascade ale instalației sunt parcurse de agenți frigorifici diferiți; astfel pentru instalația cu două cascade este uzuală utilizarea freonului -22 pentru cascada superioară și a freonului -13 pentru cea inferioară unde se obțin temperaturi de -70 … -90 oC.

Sfera largă de utilizare a instalațiilor frigorifice cu vapori se explică prin aceea că în cazul acestora agenții de lucru evoluează în domeniul vaporilor umezi ceea ce permite realizarea proceselor izotermice prin vaporizare la preluarea căldurii de la sursa rece și condensare la evacuarea căldurii către mediul ambiant, în acest mod devine posibilă reducerea pierderilor datorită ireversibilității transferului de căldură, între agent și cele două surse de căldură prin menținerea diferențelor de temperatură în limite accesibile. La aceasta se adaugă și faptul că, la schimbarea stării de agregare prin vaporizare și condensare, coeficienții de transfer de căldură au valori importante astfel că schimbătoarele de căldură pot fi dimensionate în condiții economice.

9.2 SCHEMA ȘI CICLUL TEORETICAL AL IFV CU DOUĂ TREPTE PENTRU FREONI

Schemele și ciclurile analizate anterior sunt utilizate, în principal, în cazul cu amoniac. În cazul utilizării freonilor aceste scheme prezintă unele particularități; o asemenea schemă precum și ciclul teoretic de funcționare al acesteia reprezentat în diagrama lg p-i, sunt arătate în figura 9.1.

Se remarcă faptul că, întrucât temperatura de comprimare (procesul 1-2) în Cp1 este mai redusă în cazul freonilor decât la amoniac, se recurge la răcirea intermediară cu apă de răcire în RI (procesul 2-3). În continuare, vaporii sunt răciți (procesul 3-4) prin adaos de vapori reci cu starea 10, proveniți din subrăcitorul Sr2. După comprimarea în Cp2, (procesul 4—5) și condensarea în Cd (procesul 5-5'-6), agentul este subrăcit în subrăcitorul Sr1 până la circa 0°C pe seama supraîncălzirii vaporilor (procesul l'-l) produși în Vp. În continuare, ei sunt subrăciți în Sr2 (procesul 7-8) după care o parte din lichid m2- m1 este laminat în ventilul VL' de la pc la p1 (procesul 8-9); restul debitului nii este laminat în ventilul VL de la pc la po (procesul 8-11). Prin vaporizarea în Vp (procesul 11-1') se realizează efectul frigorific qo.

Fig. 9.1 Schema (a) și ciclul teoretic (b) al IFV cu două trepte pentru freoni

Pe baza ciclului cu două trepte funcționează IFV cu freon -22 la temperaturi t0 de până la -80 °C.

9.3 PROCESE ÎN IFV CU TREI TREPTE DE COMPRIMARE

La temperaturi de vaporizare sub -60 0C, IFV cu două trepte devine neeconomică datorită rapoartelor mari de comprimare pe treaptă, fapt ce determină coeficienți de debit reduși. Pentru a elimina aceste dezavantaje se recurge la comprimarea în trei trepte. Schema de principiu și ciclul teoretic, reprezentat în diagrama lgp-i, al unei IFV cu trei trepte sunt prezentate în figura 9.3.

Fig .9.2 Schema (a) și ciclul teoretic al IFV cu trei trepte

Instalațiile IFV cu trei trepte de comprimare prezintă unele dezavantaje cum ar fi:

au o construcție complicată și sunt dificil de exploatat;

coeficienții de debit ai primei trepte și uneori ai celei de a doua trepte au valori reduse datorită presiunilor absolute mici;

uneori prima treaptă funcționează în condiții de depresiune atât la aspirație, cât și la refulare;

funcționarea compresorului cu piston al primei trepte la presiuni coborâte face ca încărcarea pieselor să fie redusă și deci neeconomică. Pentru îmbunătățirea economicității se recomandă utilizarea în primele două trepte a unor compresoare rotative.

Uzual, IFV cu trei trepte se folosesc pentru producerea zăpezii carbonice; în condițiile temperaturii de sublimare a CO2 de -78 °C presiunea de aspirație este cea atmosferică, iar cea de condensare, pentru tc = + 30 °C are valoarea de 7 Mpa.

9.4 PROCESE ÎN IFV ÎN CASCADĂ

Pentru reducerea dimensiunilor compresorului de joasă presiune se poate recurge la utilizarea unor agenți frigorifici cu presiuni de saturație mai ridicate la temperaturi de vaporizare joase (R-13, R-14, R-503). În această situație însă presiunile de condensare la temperatura apei de răcire sunt foarte ridicate și, pe de altă parte, condensarea devine imposibil de realizat datorită temperaturilor critice coborâte. Din aceste motive a fost necesară realizarea IFV în cascadă care lucrează cu doi sau mai mulți agenți frigorifici (fig. 9.3).

Fig. 9.3 Schema (a) și ciclul teoretic (b) al IFV în cascadă

Particularitatea acestei scheme IFV constă în prezența schimbătorului de căldură Vps-Cd1 în care are loc vaporizarea agentului din cascada superioară (procesul 4s-1s) pe seama căldurii cedate în procesul de condensare a agentului din cascada inferioară (procesul 2i-2i'-3i).

IFV în cascadă prezintă un dezavantaj determinat de faptul că în condiții de nefuncționare, în cascada inferioară, presiunea vaporilor formați crește foarte mult: astfel, în cazul lui R-13 presiunea vaporilor saturați este de 3,62 Mpa la +25 °C. Pentru a limita creșterea acestei presiuni se prevăd următoarele măsuri:

realizarea în condensatorul cascadei inferioare a unei presiuni reduse prin menținerea în funcționare a cascadei superioare;

instalarea unei butelii suplimentare rezistentă la presiune în care să se poată acumula agentul frigorific lichid de înaltă presiune din cascada inferioară;

introducerea în schema instalației a unui recipient de expansiune în care să se acumuleze vaporii agentului frigorific din cascada inferioară.

Studiile efectuate au evidențiat faptul că IFV în cascadă pot fi utilizate în următoarele domenii de temperaturi de vaporizare:

cu două cascade, pentru R-13 și R-22 la t0 = -40…-85 °C;

cu două cascade, pentru R-13 în două trepte și R-22 într-o treaptă la t0 = -80…-100°C;

cu trei cascade pentru R-14, R-13 și R-22: t0= -100…-135 °C.

10. IGIENIZAREA ÎN INDUSTRIA CĂRNII

Igienizarea cuprinde procesul de curățare și dezinfecție (sanitarizare) a zonelor de prelucrare a cărnii. Scopul igienizării este de a îndepărta resturile, de a reduce populația bacteriană și a distruge microorganismele generatoare de afecțiuni. Igienizarea este o componentă importantă și permanentă a activității de producție ea neluând practic sfârșit niciodată într-o întreprindere de procesare a cărnii.

10.1 ETAPELE IGIENIZĂRII

Etapele igienizării sunt: curățarea și dezinfecția, fiecare din ele având scopuri și necesități de realizare diferite.

Etapa de curățare constă în următoarele:

– pregătirea zonei pentru curățare. Se dezasamblează părțile lucrative ale echipamentului tehnologic și se plasează piesele componente pe o masă sau rastel. Se acoperă instalația electrică cu o folie de material plastic;

– curățarea fizică. Se colectează resturile de carne și grăsimi de pe echipamente și pardoseli și se depozitează într-un recipient;

– prespălarea. Se spală suprafețele murdare ale utilajelor, pereților și, în final, pardoseala, cu apă la 50…55 °C. Prespălarea se începe de la partea superioară a echipamentelor de procesare sau a pereților, cu evacuarea reziduurilor în jos, spre pardoseală. În timpul prespălării se va evita umectarea motoarelor electrice, a contactelor și cablurilor electrice. Prespălarea nu trebuie realizată cu apă fierbinte deoarece aceasta ar coagula proteinele pe echipamentele de procesare și nici cu apă rece, deoarece în acest caz nu se vor îndepărta grăsimile;

– curățarea chimică (spălarea chimică). Curățarea chimică (spălarea chimică) este operația de îndepărtare a murdăriei cu ajutorul unor substanțe chimice aflate în soluție, operația fiind favorizată de executarea concomitentă a unor operații fizice (frecare cu perii, tratarea cu ultrasunete, tratarea cu abur prin intermediul dispozitivelor de pulverizare);

Soluția de curățare trebuie să aibă temperatura de 50…55 °C și poate fi aplicată la suprafața de curățare prin intermediul măturilor și teului, în cazul pardoselilor, sau cu ajutorul aparatelor de stropire sub presiune care lucrează în sistem individual sau centralizat.

Substanța de curățare se poate aplica și sub formă de spumă sau gel. Durata de acțiune a substanței de curățare cu suprafața respectivă trebuie să fie de 5-20 min;

clătirea. Clătirea se face cu apă la 50…55 °C, prin stropirea suprafeței curățate în prealabil chimic, clătirea trebuind să fie executată până la îndepărtarea totală a substanței de curățare, componentă a soluției chimice (de spălare) folosită, respectiv 20 – 25 min;

controlul curățării. Acest control se face prin inspecția vizuală a tuturor suprafețelor și retușarea manuală acolo unde este necesar;

curățarea „bacteriologică" sau dezinfecția se realizează prin aplicarea unui dezinfectant pe toate suprafețele, în prealabil curățate chimic și clătite, în vederea distrugerii bacteriilor. Înainte de începerea lucrului, a doua zi, se execută o spălare intensă cu apă caldă (50…55 °C) și apă rece pentru îndepărtarea dezinfectantului.

10.2 AGENȚI DE CURĂȚARE

La curățarea chimică a murdăriei trebuie să avem în vedere ca soluția de curățare să realizeze:

umectarea depozitului de murdărie în vederea reducerii forțelor de atracție dintre depozit și suprafața de curățat;

dispersia depozitului de murdărie în soluția de curățare;

peptizarea substanțelor proteice și trecerea lor sub formă coloidală;

dizolvarea substanțelor solubile;

menținerea în suspensie a particulelor nesolubilizate;

saponificarea grăsimii.

Depozitele de murdărie, de pe echipamente, pereți, pardoseli din industria cărnii, sunt formate din proteine și grăsimi în care se pot găsi microorganisme, iar factorii care influențează curățarea (spălarea) chimică se referă la:

factori care determină gradul de acțiune al soluției de spălare aleasă;

factori dependenți de natura impurităților (depozitelor de murdărie);

factori care caracterizează suprafața supusă curățării (spălării chimice).

În prima categorie de factori se au în vedere: concentrația substanței de curățare în soluție, temperatura soluției, duritatea apei în care s-a solubilizat substanța de curățare, intensitatea acțiunii mecanice în timpul aplicării soluției de curățare, gradul de impurificare al soluției de curățare în timpul folosirii ei.

În cea de a doua categorie de factori se au în vedere: natura depozitului de murdărie, starea depozitului de murdărie, mărimea depozitului de murdărie.

În cea de a treia categorie de factori se au în vedere: felul suprafeței (sticlă, oțel inox, plastic, aluminiu), starea suprafeței (suprafață netedă și rugoasă).

Agenții de curățare, în mod ideal, trebuie să îndeplinească următoare condiții:

să aibă o capacitate de umectare mare;

să fie solubili în apă, iar după clătirea suprafețelor curățate, să
rămână urme de substanță de curățare;

să fie capabile să emulsioneze și să degreseze impuritățile în particular din ce în ce mai fine, să mențină particulele în suspensie (cele nesolubilizate) și să nu permită depunerea lor;

să aibă toxicitate cât mai redusă și să fie aprobate de organele sanitare;

să aibă efecte reduse (sau să fie fără efect) asupra instalației, și utilajului supuse operației de curățare chimică;

sa fie cât mai inodor;

să fie ieftin;

să fie manipulat ușor;

să poată fi regenerat;

să prezinte capacitate de solubilizare și de complexare a sărurilor de Ca2+ și Mg2+ din apa folosită și din impurități;

să nu fie sensibilă la variațiile de duritate ale apei folosite;

să aibă capacitate de dizolvare a sărurilor organice și să le mărească solubilitatea în apă;

să nu formeze depuneri pe suprafețele care au fost tratate cu soluții chimică de curățare;

să nu aibă capacitate de spumare prea mare;

să aibă și capacitate antiseptică;

să poată fi degradat pe cale biologică.

Agenții de curățare pot fi bazici și acizi. Acești agenți intră în constituția rețetelor care mai pot conține și substanțe neutre (sechestrante și emulgatori sau surfactanți).

Substanțe bazice de curățare. Sunt cele mai utilizate și au proprietatea de a peptoniza substanțele proteice și de a saponifica grăsimile și uleiurile. Cele mai importante substanțe bazice folosite la curățare sunt prezentate în continuare.

Soda caustică (NaOH), are capacitatea de a îndepărta crustele, de a dizolva depozitele proteice și de a saponifica grăsimile și uleiurile. NaOH are și un efect germicid care se amplifică o dată cu creșterea temperaturii soluției. NaOH acționează în principal prin ionii OH. Are acțiune corosivă asupra suprafețelor metalice (excepție oțelul inox), unde rămâne sub forma unei pelicule care se îndepărtează numai la o clătire foarte intensă și de durată. Are acțiune corosivă și asupra betoanelor. Se utilizează soluții de concentrație 1%. La dizolvarea NaOH trebuie să se folosească o apă cu duritate mică, deoarece în caz contrar în soluție se depune un sediment de culoare cenușie, rezistent.

Carbonatai de sodiu (soda calcinată) este ieftin dar acțiunea sa detergentă este mai redusă decât a NaOH. Soluția de carbonat de sodiu are capacitate de saponificare și peptizare, dar capacitatea de „umectare" și de dispersare a murdăriei este mai redusă. Soluția de carbonat de sodiu este mai puțin corosivă în comparație cu cea de NaOH și exercită și un efect antimicrobian. Se utilizează soluții cu concentrații de 5 – 6%.

Fosfații (fosfatul trisodic și polifosfații) acționează atât ca substanțe puternic alcaline dar și ca sechestranți. Au capacitate de umectare și de suspendare a murdăriei în soluție. Sunt puternic peptonizante, saponificante și emulsionante. Pot acționa sinergetic cu substanțele tensioactive anionice. Sunt compatibile și cu carbonații, silicații. Se utilizează în soluție 0,5% la temperatura de 50°C.

Silicații alcalini sunt caracterizați printr-o putere de penetrare mare a murdăriei (capacitate mare de umectare) și de menținere a murdăriei în suspensie. Deși sunt substanțe alcaline, silicații nu sunt substanțe corosive, din contră, silicații inhibă acțiunea alcaliilor față de anumite metale, în special aliuminiu, fiind adesea incluși în rețetele de detergenți alcalini. Cel mai adesea utilizat este silicatul de sodiu (Na2Si03). În rețetele de detergenți cu pH acid, silicatul poate deveni insolubil și deci precipită. Se utilizează în soluție 0,1%.

Substanțe acide de curățare. Sunt mai puțin utilizate decât cele bazice. Substanțele acide de curățare sunt foarte eficiente în îndepărtarea depozitelor minerale și proteice de pe echipamente. Temperatura și duritatea apei folosite influențează acțiunea acestor substanțe.

Principalele substanțe acide de curățare sunt prezentate în continuare.

HNO3 (acid azotic) se utilizează în soluție 0,5% pentru spălarea conductelor de inox în circuit închis, la temperatura de 60…70°C. HNO3 este foarte eficace în îndepărtarea depozitelor minerale și proteice. Are acțiune corosivă asupra multor metale. Cu aluminiul și metalele feroase formează o peliculă protectoare de oxizi. În prezență de hipocloriți, acidul azotic reacționează violent cu eliberare de clor gazos din hipoclorit.

H3PC4 (acidul fosforic) are o bună capacitate de îndepărtare a depozitelor minerale și proteice, nefiind corosiv pentru oțel inox, cauciuc. Poate fi utilizat și în amestec cu o substanță tensioactivă sau cu acidul azotic, în care caz amestecul are și acțiune bacteriostatică.

Se mai pot folosi ca substanțe acide de curățare acidul sulfuric și hipocloritul de sodiu, acesta din urmă fiind și un bun dezinfectant.

În condiții alcaline, capacitatea de oxidare a hipocloritului este utilă pentru solubilizarea filmelor proteice. Poate însă provoca coroziunea suprafețelor metalice.

Substanțe de curățare complexe (substanțe detergente). Aceste substanțe aparțin următoarelor categorii: agenți anionici, agenți cationici, agenți neionici și agenți amfolitici. Substanțele de curățare complexe sunt în general necorosive, având (unele din ele) și acțiune dezinfectantâ (agenții cationici de tipul sărurilor cuaternare de amoniu). Au o capacitate de „umectare" foarte bună și se pot folosi în amestec cu substanțe alcaline.

Îmbunătățirea acțiunii de curățare a diferitelor substanțe se realizează prin introducerea în rețetă a următoarelor substanțe:

umectanți (se folosesc substanțe cationic active);

emulgatori (se folosesc substanțele amfolitice);

antispumanți (se utilizează hidrocarburi cu lanț lung);

dispersanți (se utilizează carboximetilceluloza).

10.3 SUBSTANȚE PENTRU DEZINFECȚIE

După ce a fost îndepărtată murdăria, pe suprafețele curățate va fi aplicat un dezinfectant pentru distrugerea microorganismelor.

Substanțele dezinfectante trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

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

să nu imprime miros și gust produselor alimentare;

să nu fie periculoase de manipulat;

să nu aibă acțiune corosivă;

să fie solubile în apă;

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

să aibă efect bactericid cât mai mare;

să aibă o bună capacitate de pătrundere;

să fie cât mai ieftine.

Principalele substanțe dezinfectante sunt prezentați în continuare:

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

Compușii cu clor mai importanți sunt cei prezentați în continuare.

Clorul lichid se prezintă ca un lichid limpede de culoare galben-verzuie, care conține 99,5% clor activ și care se livrează în butelii de oțel sub presiune. Se recomandă la clorinarea apei cu folosirea aparaturii de clorinare.

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

Fosfatul de sodiu clorinat [(Na3PO4.11 H2O)4.NaOCl, NaCl] sub formă de pulbere este de asemenea o sursă de clor activ.

Dioxidul de clor (ClO2) este un gaz solubil în apă, fiind eficace la dezinfectarea apei. Se formează din NaCl02 și HCl:

5 NaClO2 + 4 HCl 4 ClO2 + 5 NaCl + 2 H2O

Produsul este netoxic, necorosiv și nu produce decolorâri.

Clorura de var este un amestec de hipoclorit de calciu, clorură de calciu și hidroxid de calciu. Acest amestec trebuie să conțină 20% clor activ. Se prezintă ca o pulbere amorfă, puțin solubilă în apă. Are o stabilitate redusă, dacă nu se păstrează în ambalaj de plastic, la întuneric și în loc uscat. Clorura de var este dezinfectant bun, eliminând cu ușurință clor cu efect bactericid, atunci când este pusă în mediu de aer umed. Dezavantajul clorurii de var este că are acțiune corosivă, decolorantă, irită mucoasele și imprimă miros străin produselor alimentare. Soluția de clorură de var conținând 5% clor activ se prepară cu 24 ore înainte de folosire pentru sedimentarea varului, iar după filtrare, soluția se folosește prin pulverizare.

Cloraminele sunt produși organici ai clorului. De regulă, se utilizează mono- și diclor-sulfamidele aromatice (cloramina T și dicloramina T). Cloraminele au o activitate bactericidă mai lentă deoarece clorul este eliberat mai lent din cloramine, ceea ce înseamnă o durată de contact mult mai mare cu suprafața ce urmează a fi dezinfectată. Cloraminele sunt mai stabile decât hipocloriții. Pentru creșterea eficacității lor bactericide. Cloraminele se utilizează în amestec cu clorura de amoniu (raport 1:1).

Compuși care eliberează oxigenul. Din această categorie fac parte acidul peracetic și peroxidul de hidrogen.

Acidul peracetic este insolubil în apă și complet biodegradabil. Este corosiv, cu miros iritant, nu formează spumă. În soluție nu este foarte stabil, reacționând cu materiile organice. Atacă materialele de cauciuc. Are efect antibacterian (inclusiv sporii) și antiviral.

Peroxidul de hidrogen are acțiune bactericidă și fungicidă. Acționează lent, fiind deci necesară o durată de contact mare cu suprafața ce se dezinfectează.

Substanțe dezinfectante neoxidante. În această categorie intră compușii cuaternari de amoniu și biguanidinele.

Compușii cuaternari de amoniu, pe lângă acțiunea de curățare, au și acțiune antimicrobiană, însă mult mai redusă în comparație cu dezinfectanții oxidanți. Nu sunt prea activi față de spori și sunt foarte puțin activi față de virusuri. La concentrații mai mari sunt activi față de drojdii și mucegaiuri. Nu sunt corosivi, dar pun probleme de decolorare.

Biguanidinele (derivați ai guanidinei) sunt atât agenți de curățare cât și dezinfectant. Nu sunt corosive dar pun probleme de decolorare. În soluție sunt afectate de murdăria de natură organică și de duritatea apei. Au acțiune antibacteriană față de bacteriile Gram negative și pozitive dar sunt ineficace față de spori și virusuri.

Compușii cu iod (iodoforii) acționează rapid, dar sunt mai scumpi decât compușii clorului. Compușii cu iod au un spectru larg de acțiune antimicrobianâ, dar sunt mai puțin eficace față de spori. Au acțiune iritantă asupra pielii, mucoaselor și colorează suprafețele plastice cu care vin în contact. Un compus utilizat este polivinilpirolidona complexată cu iod și cu alți agenți tensioactivi (agenți anionici, agenți cationici sau agenți neionici), în care caz se diminuează și acțiunile negative ale iodoforului respectiv. Se utilizează prin pulverizare.

Bromoclordimetilhidantina este, de asemenea, un bun dezinfectant, în soluție eliberând acid hipobromos și hipocloros, care la rândul lor eliberează brom și clor în stare gazoasă.

În cazuri speciale, pentru dezinfecția depozitelor etc. se pot utiliza și dezinfectanți gazoși cum ar fi: S02, HCN, CCl4 (tetraclorura de carbon), cloropitrina, oxidul de etilen, CH3Br. Folosirea acestor dezinfectanți necesită măsuri speciale cu referire la ermetizarea spațiilor, gazarea acestora de către echipe speciale dotate cu echipamente de protecție, în final depozitele respective trebuind să fie bine ventilate (aerisite).

Pentru dezinfecție se poate utiliza și apa fierbinte (77…83 °C), mai ales pentru dezinfecția ustensilelor (cuțite, masate, pânza ferăstraielor) a tăvilor de aluminiu și inox, pieselor componente ale utilajelor care vin în contact cu carnea (cuțite, site, șnecuri).

10.4 REGULI DE IGIENIZARE PENTRU PERSONAJUL OPERATIV

Activitățile desfășurate de angajații unității economice sunt foarte importante pentru controlul dezvoltării bacteriilor. Angajații trebuie să respecte următoarele cerințe generale:

să păstreze zonele de prelucrare a cărnii și de manipulare foarte curate;

să spele și să dezinfecteze frecvent ustensilele în timpul lucrului. Ei nu trebuie să lase ca ustensilele să vină în contact cu pardoseala, hainele murdare etc.;

să nu lase produsele să intre în contact cu suprafețele ce nu au fost igienizate. Carnea care a intrat în contact cu pardoseala sau cu alte suprafețe murdare trebuie spălată foarte bine sau aruncată;

să utilizeze numai cârpe de unică folosință pentru ștergerea mâinilor și ustensilelor;

să-și asigure curățenia corporală și a îmbrăcămintei în mod permanent;

să poarte capișon sau bereta curată pe cap pentru a evita o eventuală contaminare a produselor datorită căderii părului pe suprafața lor;

înainte de a intra în WC, trebuie să-și scoată șorțul, halatul, mănușile sau orice alte obiecte de îmbrăcăminte ce pot intra în contact cu produsele;

la părăsirea WC-ului trebuie să-și spele și să-și dezinfecteze mâinile;

personalul care lucrează cu materia primă nu trebuie să aibă acces în spațiile în care se manevrează produsele finite, pentru a se preveni contaminarea încrucișată;

persoanele care "suferă de afecțiuni contagioase nu trebuie să aibă acces în zonele de producție (persoane cu răni infectate, cu răceli, afecțiuni ale gâtului, ale pielii);

să nu fumeze în zonele în care se prelucrează carnea;

să păstreze îmbrăcămintea și obiectele personale tn vestiare, departe de orice zonă de producție.

CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE CONSERVARE A ALIMENTELOR

(după I.I.Nikitinski citat de Rotaru O. și col., 1997)

Tabelul