Depozitele de Cereale

2. DEPOZITE DE CEREALE

2.1. Schema de principiu a unui siloz de moară

Fiind sărace în apă, cerealele se pot păstra timp îndelungat, dar dacă nu se respectă anumite condiții de depozitare, ele se pot altera. Fiind țesuturi vii, continuă să respire și după recoltare, adică să absoarbă oxigen și să elibereze bioxid de carbon, apă și căldură, care dacă nu se pot degaja din masa produselor depozitate (depozitare în grămezi mari, magazii și silozuri umede, cu o ventilație defectuoasă), fac să crească temperatura și umiditatea, care duc la apariția fenomenului de încingere sau la germinare, mucegăire, fermentare și alte modificări nedorite. Creșterea temperaturii si umidității creează în același timp condiții favorabile pentru dezvoltarea microorganismelor care accelerează aceste procese.

In produsele încinse are loc o stimulare a activității enzimelor amilolitice, ducând la creșterea cantității de glucide simple și a proporției de dextrine. Prin creșterea activității enzimelor proprii la care se asociază activitatea enzimelor elaborate de bacterii, se produce degradarea glutenului și râncezirea grăsimilor. Ca urmare produsele își modifica proprietățile organoleptice: se închid la culoare, mirosul devine neplăcut, apare un gust acru sau amar etc.

Umiditatea si temperatura crescute, care intensifica activitatea enzimelor proprii duc la încolțirea semințelor. În timpul încolțirii crește foarte mult activitatea amilazelor, care hidrolizează o parte din amidon în dextrine și maltoză, iar proteazele active scindează o parte din proteine în albumoze, peptone și aminoacizi, ceea ce micșorează calitățile proteinelor (glutenului). In același timp prin hidroliza grăsimilor apar acizi grași și fosfați acizi care împreună cu produșii de fermentare a glucidelor măresc activitatea semințelor germinate. Făina rezultată din grâu germinat, datorită proceselor care au avut loc, nu mai corespunde condițiilor de panificație, iar pâinea preparată dintr-o astfel de făină este lipicioasă, lipsită de porozitate, reține multă apă, are gust acru, etc.

Cerealele cu umiditate mare, încinse și germinate, constituie medii favorabile dezvoltării mucegaiurilor, drojdiilor și bacteriilor. Mucegăirea și fermentarea înrăutățesc proprietățile organoleptice și de panificație. In plus, capacitatea unor ciuperci de a produce o serie de substanțe toxice cunoscute sub numele de micotoxine, prezintă un interes deosebit din punct de vedere medical. Astfel, este cunoscut de multă vreme ergotismul, cauzat de ciuperca Claviceps purpurea (Secale cornutum) care atacă secara, dar și alte cereale ca grâu, orz etc. In funcție de concentrația alcaloizilor poate provoca intoxicații acute manifestate prin colici abdominale, vărsături, convulsii etc. sau cronice (gangrena uscată a membrelor).

Cerealele pot fi atacate de diferiți paraziți animali: gărgărițe, gândaci, fluturi, acarieni sau vegetali; cărbunele (Ustilago carbo), mălura (Tilletia sp.), rugina brună (Puccinia recondita), rugina galbenă (Puccinia striiformis) etc., care deși nu sunt patogeni pentru om, pe de o parte impurifică produsele, iar pe de altă parte consumă în bună parte substanțele nutritive și micșorează astfel puterea de panificație a făinii.

Alterarea materiei de bază, făina, poate proveni și din cauza cerealelor necoapte sau încolțite sau din cauza umidității. In cazul cerealelor încolțite sub acțiunea diastazelor care se dezvoltă, amidonul este transformat în maltoză și dextrină care pot fermenta mai departe descompunându-se; glutenul se solubilizează pierzându-și elasticitatea. In cazul făinii umezite, amidonul suferă o serie de modificări trecând prin stadiul de zaharuri solubile, acid lactic și acid butiric când făina capătă un miros specific de făină aprinsă și un gust iute și amar.

In timpul coacerii pâinii, deoarece temperatura în interiorul aluatului nu depășește 96 – 98oC (deși cuptoarele sunt încălzite la 200 – 300oC), în pâine pot rămâne unele microorganisme termofile și sporii unor bacterii, ca de exemplu cele din genul Bacillus (B. subtilis, B. megaterium, B.mesentericus). Dacă pâinea este ținută la cald, sporii trec în forme vegetative care hidrolizează atât amidonul, cât și proteinele provocând așa numita „boala filantă“ a pâinii. Miezul se înmoaie, devine lipicios, cu miros respingător și la rupere se întinde sub forma unor filamente.

Pentru a preveni efectele negative menționate, este necesar ca recoltarea și depozitarea acestor produse să se facă în condiții corespunzătoare, inclusiv folosirea unor tratamente chimice pentru combaterea diferiților dăunători (paraziți animali sau vegetali). Aplicarea tratamentelor chimice, dacă nu este însă corect executată prezintă riscul remanenței acestor compuși pe produsele finite și deci riscul provocării unor intoxicații.

Depozitele de cereale de pe lângă mori constituie o condiție esențială pentru asigurarea continuității și calității procesului de prelucrare a cerealelor. Existența lor este impusă de crearea unor stocuri de cereale care să asigure funcționarea continuă a morii pe o perioadă mai mare de timp și de formarea de amestecuri (partide) tehnologice de materie primă, omogene calitativ, cu un regim tehnologic constant de prelucrare, în vederea obținerii unor produse finite uniforme și cat mai bune.

Depozitele de cereale sunt alcătuite din spații închise, de o anumită formă geometrică (cilindrică sau prismatică), denumite celule de siloz.

Schema de principiu a unui siloz de moara este prezentata în figura 2.1.

Respectând fluxul tehnologic (descărcarea, separarea corpurilor străine, evidența, depozitarea, amestecarea și dirijarea spre prelucrare) instalațiile existente într-un depozit de cereale (siloz) se pot clasifica în: instalații de descărcare; aparate de cântărire; instalații pentru separarea parțială a corpurilor străine; instalații de distribuire în celule sau ochiuri de magazie; instalații de evacuare din celule; instalații de dozare; instalații de transport pe verticală și pe orizontală.

Fig.3. Schemă de principiu a unui siloz de moară

1.buncar de recepție; 2.elevatoare cu cupe; 3.separator-aspirator; 4.cantar; 5.transportoare elicoidale; 6.conducte cu șuber; 7.celule de siloz; 8.aparate de procentaj

Silozurile de volum mare pentru cereale se execută din beton armat prevăzute cu fundație proprie, iar cele pentru făină atât din beton armat cât și din metal. La silozurile din beton armat zona cea mai periculoasă este cea superioară deoarece aici vaporii de apă pot condensa pe pereții celulelor parțial pline atunci când grosimea pereților este mai mică de 180 mm. Se recomandă ca forma celulelor să fie cilindrică pentru a evita transmiterea căldurii între celule.

La partea de jos buncărele și celulele sunt prevăzute cu o porțiune sub formă de trunchi de piramida sau trunchi de con cu baza mare la partea de sus, numita tremie. Orificiul de golire se prevede , de cele mai multe ori în partea de jos a tremiei, dar poate fi prevăzut și pe partea laterala a acesteia.

Comportarea în siloz a materialului depinde de geometria semințelor, umiditate, coeficienții de frecare internă și externă, tendința de aglomerare, tendința de aderare la pereți, proprietățile chimice, etc.

Deoarece, în general, descărcarea buncărelor are loc sub acțiunea greutății proprii a produsului respectiv, pentru ușurarea descărcării acestuia, unghiul de înclinare a pereților tremiei trebuie sa fie mai mare decât unghiul de frecare a produsului cu pereții acesteia. În general, în practică înclinarea pereților tremiei față de orizontală este de cel puțin 50 – 60o, [ ].

2.2. Dimensiunile orificiului de evacuare din celulele de siloz

Curgerea materialului din buncăr poate fi normală, atunci când se formează un curent central de material și o adâncitură conică la suprafața liberă (fig.2.2,a și b), și hidraulică (fig.2.2,c), atunci când întreaga masă de material se află în mișcare.

Fig.2.2. Tipuri de curgere a materialului din silozuri și buncăre

a,b.curgere normală; c.curgere hidraulică

Dimensiunile orificiului de evacuare a materialului din celule de siloz se aleg astfel încât să nu fie permisă formarea unei bolți deasupra orificiului care să împiedice scurgerea. Pentru evitarea bolților de material, raza hidraulică a orificiului de evacuare trebuie să fie mai mare decât valoarea rezultată prin calcul.

Astfel, valoarea razei hidraulice pentru care nu se mai formează bolți este:

(2.1)

unde: o este tensiunea tangențială inițială în material; o – unghiul de taluz natural al materialului; v – masa volumică a materialului din buncăr (tremie).

În practică, raza hidraulică se alege de 1,5 – 2 ori mai mare decât valoarea rezultată prin calcul.

Pentru determinarea dimensiuniii medii a orificiului de evacuare, se poate utiliza relația [Panțuru]:

(2.2)

în care: k’ =0,2 pentru secțiune circulară și pătrată: k’ = 1 pentru secțiune dreptunghiulară.

Valoarea tensiunii tangențiale o care intervine în relațiile de calcul se determină experimental măsurând înălțimea ho a taluzului vertical liber:

(2.3)

Pentru alegerea dimensiuniii medii a orificiului de evacuare, de secțiune circulară sau pătrată, literatura de specialitate [Manual ing – C.Banu] recomandă folosirea relației:

[m] (2.4)

în care: k1 este un coeficient experimental egal cu 2,6 pentru materiale nesortate și 2,4 pentru materiale sortate, iar – unghiul de frecare de alunecare extern al materialului; a’ – dimensiunea medie a particulelor de material.

2.3. Presiunea pe pereții celulei de siloz și pe organul de închidere

Se știe că masa de material dintr-un buncăr acționează atât asupra organului de închidere a gurii de descărcare cât și asupra pereților verticali.

Presiunea pe pereții celulei de siloz se poate determina utilizând fig.2.3, scriind ecuația de echilibru pentru un strat de material cu secțiune transversală egală cu a celulei și de înălțime dx:

(2.5)

unde: p = kq este presiunea pe peretele lateral al celulei de siloz (N/m2); A, L – aria, respectiv perimetrul, secțiunii transversale a celulei (m2, respctiv m); v – masa volumică a materialului (kg/m3); g –accelerația gravitațională; – coeficientul de frecare dintre material și pereții interiori ai celulei de siloz.

Coeficientul k reprezintă raportul dintre presiunea vericală și cea laterală, numit coeficient de mobilitate al materialului:

(2.6)

Din relația (2.5), reducând termenii asemenea se obține relația:

(2.7)

în care: R = A/L reprezintă raza hidraulică a secțiunii celulei de siloz (buncărului).

Separând termenii ecuației și integrând, rezultă:

(2.8)

Constanta de integrare C se determină din condițiile inițiale: x = 0 și p = 0, astfel că relația (2.8) devine:

(2.9)

Cunoscând presiunea verticală p, se determină presiunea pe pereții laterali ai celulei de siloz, pentru o înălțime h a materialului în interior:

(2.10)

Pentru majoritatea materialelor granulare, produsul k 0,18, astfel că presiunea verticală maximă este dată de relația:

(2.11)

iar presiunea pe pereții laterali va fi dată de relația:

(2.12)

Cea mai mare presiune verticală care se exercită asupra organului de închidere ia naștere la umplerea buncărului gol, fiind de circa 2 – 4 ori mai mare decât la descărcare. Pentru aceeași suprafață a gurii de descărcare (dreptunghiulară, pătrată, circulară) cea mai mare presiune verticală o preia dispozitivul de închidere pentru orificiul circular.

În tabelul 2.1 sunt prezentate valorile unghiului de frecare internă, coeficientul de mobilitate și coeficientul de frecare externă cu pereții celulei de siloz pentru principalele semințe de cereale.

Tabelul 2.1

Viteza de scurgere a materialului din buncăr este dată de relația:

unde: pv este presiunea verticală la nivelul gurii de descărcare; – masa volumică a materialului; – coeficient de scurgere ( = 0,55–0,65 pentru cereale; = 0,20–0,25 pentru materiale pulverulente).

2.4. Evacuarea materialelor din celulele de siloz

La evacuarea cerealelor din celulele de siloz, intervin o serie întreagă de probleme, datorită fenomenului de autosortare (autoseparare) care apare. Când evacuarea se face printr-un orificiu central, aflat la partea de jos a tremiei, deplasarea cerealelor apare ca o coloană de material care curge pe centrul celulei, fiind aprovizionată continuu de straturile superioare. Primele care intră în fluxul curgător sunt semințele aflate pe mijlocul celulei, fiind apoi urmate din semințele mai îndepărtate, deplasarea acestora fiind cu atât mai lentă cu cât ele sunt mai departe de centru și mai aproape de pereții laterali.

Pentru diminuarea fenomenului de autoseparare și de formare a bolților din material se pot folosi guri multiple de evacuare (fig.2.4,a), dispozitive piramidale pe fundul celulei (fig.2.4, b) sau alte procedee.

La evacuarea cerealelor din celulele de siloz se realizează, obligatoriu, dozarea acestora astfel încât fluxul tehnologic să fie încărcat corespunzător cu material.

Astfel, se pot folosi cântare automate cu cupă basculantă (cele mai utilizate), care funcționează pe principiul pârghiilor cu brațe egale, combinate cu dispozitive ce efectuează automat: încărcarea, oprirea alimentării, cântărirea, descărcarea și înregistrarea numărului de descărcări.

Fig.2.4. Dispozitive de evacuare din celulele de siloz

Datorită faptului că cerealele existente în celulele silozului sunt diferențiate atât calitativ cât și cantitativ, trimiterea lor la moară se face după ce se realizează un amestec în instalațiile de transport. Dozarea pentru amestec se face cu ajutorul aparatelor de procentaj montate între gurile de evacuare a celulelor și transportorul colectiv orizontal, care poate fi un transportor elicoidal sau un transportor cu lanț pentru cereale (redler).

Aparatele de procentaj execută dozarea volumetrică a cerealelor, extragerea acestora din celule făcându-se proporțional, astfel încât să se realizeze amestecuri omogene de cereale (partide de măciniș), care să aibă anumite proprietăți fizico-mecanice și tehnologice.

Partida (amestecul) de măciniș este constituită dintr-o cantitate de cereale, în care intră în amestec două sau mai multe calități de cereale și care va acoperi necesitățile de măciniș ale unității pe o perioadă de timp bine determinată (între 10 – 30 zile).

Aceasta este necesară deoarece loturile de cereale sosite în depozit, au indici de calitate ce variază în domenii foarte largi, în ce privește proprietățile fizico-mecanice și tehnologice, ele trebuind să fie depozitate separat, după mai multe criterii: specia, conținutul și importanța defectelor evidente, sticlozitatea, masa hectolitrică, conținutul de gluten, conținutul de umiditate, etc.

Din punct de vedere tehnologic, cerealele aduse la unitățile de morărit se împart în trei grupe:

– care pot fi măcinate singure și chiar pot servi pentru ameliorarea unor loturi mai slabe;

– care pot fi măcinate singure dar nu sunt apte pentru a fi folosite la ameliorarea loturilor mai slabe;

– care nu pot fi măcinate singure, datorita calităților tehnologice slabe.

Aparatul de procentaj execută o măsurare volumică a materialului extras din loturi diferite de cereale, în fig.2.5 fiind prezentate schemele constructive pentru un aparat de procentaj cu palete și camere de volume diferite (fig.2.5,a), respectiv pentru un aparat de procentaj cu clapetă reglabilă (fig.2.5,b).

Aparatul de procentaj de tip AP (fig.2.5,a) este format dintr-o carcasă cilindrică 10, în interiorul căreia se rotește tamburul dozator 6, care este împărțit transversal de aripioarele 7, iar longitudinal în mai multe camere (5-6), cu ajutorul unor discuri – pereți despărțitori 9, formând mai multe camere – alveole, a căror mărime este condiționată de distanța între discuri. Lățimea camerelor este astfel aleasă ca pe un rând să existe o anumită proporție față de celelalte rânduri, separate de discuri.

Deasupra fiecărui rând de alveole se află câte un șuber de dozare 5, cu care se închide sau se deschide accesul produsului spre camerele aparatului. Pentru anumite situații aparatul este prevăzut cu un șuber de ocolire 4, cu lățimea egală cu lungimea aparatului.

Fig.2.5. Schema constructivă a unui aparat de procentaj rotativ (a) și cu clapetă (b)

a: 1.racord alimentare; 2.canal de alimentare; 3.canal de ocolire; 4.suber de ocolire; 5.șuber; 6.tambur dozator; 7.aripioare; 8.camere – alveole de dozare; 9.discuri despărțitoare; 10.carcasă; 11.racord de evacuare; b: 1.vizor; 2.conductă; 3.capac; 4.conductă de desfundare; 5.carcasă; 6.ușă de vizitare și control; 7.racord de evacuare; 8.clapetă; 9.articulație fixă; 10.articulație mobilă; 11.piuliță; 12.șurub; 13.cap pătrat; 14.ac indicator; 15.cadran

Masa componentelor unui amestec de măciniș în procente, alcătuit din două componente, se poate calcula cu relațiile lui Rukosuev, [ ]:

lotul A:

lotul B:

unde: a este indicele mediu de calitate pe care trebuie să-l aibă amestecul de măciniș format; a1,2 – indicii de calitate ai loturilor care intră în componența amestecului de măciniș (i = 1, 2).

Participarea în amestecul de măciniș a celor două componente se poate stabili și printr-o metodă grafică (regula amestecurilor).

părți din lotul B

părți din lotul A

Cunoscând masa necesară pentru un anumit amestec tehnologic m, alcătuit din două componente, cu ajutorul participațiilor x1 și x2 ale

componentelor, se pot stabili masele corespunzătoare care conduc la amestecul cu indicele mediu de calitate a.

Dacă amestecul de măciniș este format din mai multe loturi componente, atunci metoda se aplică de mai multe ori succesiv, pentru determinarea indicelui de calitate al amestecului.