”ION IONESCU DE LA BRAD„ DIN IAȘI FACULTATEA DE AGRICULTURA SPECIALIZAREA PROTEC ȚIA CONSUMATORULUI ȘI A MEDIULUI LUCRARE DE LICENȚ Ă Absolvent… [627756]

UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ
”ION IONESCU DE LA BRAD„ DIN IAȘI
FACULTATEA DE AGRICULTURA
SPECIALIZAREA PROTEC ȚIA CONSUMATORULUI ȘI A MEDIULUI

LUCRARE DE LICENȚ Ă

Absolvent: [anonimizat] 2020

2
UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ
”ION IONESCU DE LA BRAD„ DIN IAȘI
FACULTATEA DE AGRICULTURA
SPECIALIZAREA PROTEC ȚIA CONSUMATORULUI ȘI A MEDIULUI

INSTALAȚIE FRIGORIFICĂ CU ACUMULARE DE
GHEAȚĂ PENTRU RĂCIREA LAPTELUI LA
RECEPȚIE

Absolvent: [anonimizat] 2020

3

4
Cuprins

Lista de figuri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 5
Lista tabele ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 6
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 7
PARTEA I CONSIDERAȚII GENERALE ………………………….. ………………………….. ……………. 8
CAPITOLUL 1 PROCEDEE DE RĂCIRE A LAPTELUI ………………………….. …………………… 9
1.1 Noțiuni generale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 9
1.2 Necesitatea răciri laptelui ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 9
1.3 Metode de răcire a laptelui ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 12
CAPITOLUL 2 PRODUCEREA FRIGULUI ARTIFICIAL ………………………….. ………………. 25
2.1 Instalația frigorifica cu comprimare mecanică de vapori ………………………….. ……………….. 25
2.2 Instalație frigorifica cu absorbție ………………………….. ………………………….. ……………………. 26
PARTEA A -II-A CONTRIBUȚII PROPRII ………………………….. ………………………….. ………… 28
CAPI TOLUL 3 PRINCIPIUL RĂCIRII PRIN ACUMULARE DE GHEAȚĂ ………………….. 29
3.1 Necesitate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 29
3.2 Principiul de calcul al lungimii țevilor vaporizatorului ………………………….. …………………. 30
3.2.1 Acumularea frigului prin depunerea gheții ………………………….. ………………………….. .. 31
3.2.2 Luarea în primire a puterii frigorifice de la consumatorii permanenți ……………………. 31
3.2.3 Preluarea puterii frigorifice nominale in perioada de suprasarcina ………………………… 31
3.2.4 Topirea gheții in perioada de suprasarcina ………………………….. ………………………….. … 31
CAPITOLUL 4 CALCULUL INSTALAȚIEI FRIGORIFICE CU ACUMULARE DE
GHEAȚĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 34
4.1 Prezentarea soluției de răcire cu acumulare de gheață ………………………….. …………………… 34
4.2 Descrierea soluției propuse ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 36
4.2.1 Stabilirea sarcinii frigorifice corespunzătoare vârfului de sarcină …………………………. 37
4.2.2 Stabilirea puterii fri gorifice pentru regimul permanent ………………………….. …………… 37
4.2.3 Stabilirea duratei necesare pentru acumularea gheții ………………………….. ………………. 37
4.3 Dimensionarea instalației ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 38
4.4 Alegerea răcitoarelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 41
4.5 Para metrii de funcționare a instalației frigorifice ………………………….. ………………………….. 43
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 47
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 48

5
Lista de figuri
Capitolul 1
Fig.1.1 Timpul necesar formării a un milion de bacterii/ml în funcție de temperatura de stocare
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 10
Fig.1.2 Bazin de racire cu apă ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 12
Fig.1.3 Prerăcirea laptelui cu apă rece, cu schimbător de căldură cu plăci …………………………. 13
Fig.1.4 Bazin cu apă și gheață pentru răcirea laptelui ………………………….. …………………………. 14
Fig.1.5 Răcirea laptelui cu ajutorul conurilor metalice ………………………….. ……………………….. 14
Fig.1.6 Prerăcirea laptelui cu apă rece, cu schimbător de căldură cu țevi concentrice …………. 15
Fig.1.7 Tanc pentru răcirea laptelui cu gheață și apă ………………………….. ………………………….. 15
Fig.1.8 Răcirea continuă a laptelui ………………………….. ………………………….. ………………………. 16
Fig.1.9 Răcitor tronconic pentru lapte ………………………….. ………………………….. …………………. 17
Fig.1.10 Răcitor plan -tubular ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 18
Fig.1.11 Principiul de funcționare al schimbătorului de căldură cu plăci ………………………….. . 18
Fig.1.12 Circulația agenților de lucru printr -un schimbător cu plăci ………………………….. …….. 19
Fig.1.13 Schimbător de căldură multitubular ………………………….. ………………………….. ………… 20
Fig.1.14 Tanc izoterm cu cămașă de răcire ………………………….. ………………………….. …………… 21
Fig.1.15 Tanc pentru lapte, cu răcire directă ………………………….. ………………………….. …………. 22
Fig.1.16 Prerăcirea laptelui înainte de introducerea în tancul izoterm ………………………….. …… 22
Fig.1.17 Răcirea tancului prin stropire cu apă rece ………………………….. ………………………….. … 23
Fig.1.18 Sistem de răcire laptelui în bidon ………………………….. ………………………….. ……………. 24
Capitolul 2
Fig.2.1 Schema de functionare a instalatiei frigorifice cu comprimare de vapori ……………….. 25
Fig.2 2 Ciclul de funcționare al instalației frigorifice ………………………….. …………………………. 26
Fig.2 3 Schema de funcționare a instalației frigorifice cu absorbție ………………………….. ……… 27
Fig.3 4 Colectorul de vapori al acumulatorului de gheață ………………………….. …………………… 32
Capitolul 3
Fig.3.1 Variația în timp a necesarului de frig ………………………….. ………………………….. ………… 30
Fig.3 2 Vaporizator cu acumulare de gheață ………………………….. ………………………….. …………. 32
Fig.3.3 Vaporizator cu acumulare de gheață, dublu ………………………….. ………………………….. .. 32
Fig.3. 4 Colec torul de vapori al acumulatorului de gheață ………………………………………………….32
Capitolul 4
Fig.4 1 Variația în timp a necesarului de frig ………………………….. ………………………….. ………… 34
Fig.4 2 Diagrama de funcționare a instalației frigorifice cu acumulare de gheață ……………….. 35
Fig.4 3 Schema instalației ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 36

6
Fig.4 4 Interfața grafică a catalogului electronic ………………………….. ………………………….. ……. 41
Fig.4 5 Introducerea datelor pentru alegerea răcitorului ………………………….. ……………………… 42
Fig.4 6 Lista unităților de răcire compatibile ………………………….. ………………………….. ………… 43
Fig.4 7 Ciclul de functinare al instalației ………………………….. ………………………….. ……………….. 1

Lista tabele
Capitolul 1
Tabel 1.1 Corelația dintre temperatură și durata fazei bactericide ………………………….. ………… 10
Tabel 1.2 Parametri de răcire pentru lapte ………………………….. ………………………….. ……………. 11
Capitolul 4
Tabel 4.1 Parametri ciclului de funcționare ………………………….. ………………………….. ………….. 44

7

INTRODUCERE

Nevoia obținerii temperaturilor joase a apărut încă din vremuri antice, în scopul
conservării produselor alimentare și a răcirii acestora; drept metoda se folosea gheata sau
zăpadă, adunate iarna și depozitate în locuri răcoroase precum ar fi peșteri sau pivnițe izolate
termic. Se mai f oloseau și de acțiunea curenților de aer creați în mod natural sau cu ajutorul
unor evantaie pentru evaporarea forțata a apei.
Frigul artificial este utilizat pe scară largă cel mai preponderent în industria alimentară
deoarece are acțiune conservantă asu pra produselor cu un grad de perisabilitate ridicat. În
sectorul agroalimentar frigul are variate forme de utilizare, de la procesarea și depozitarea
produselor perisabile până la comercializarea acestora.
Menținerea laptelui la temperatura scăzută imediat după muls conduce la prelungirea
fazei bactericide; astfel, o temperatura de 4℃, asigură o prelungire a perioadei bactericide de
până la 24 ore, iar temperaturile mai mici de 4℃ conduc la o perioadă de conservare de 48 ore.
În cadrul acestei lucrări se pr opune o soluție de răcire a laptelui la recepție, cu ajutorul
unui sistem cu acumularea de gheață, variantă care permite reducerea puterii frigorifice a
instalației . Apa glacială produsă în cadrul acestui sistem este utilizată și pentru răcirea a două
spații frigorifice, destinate păstrării produselor lactate.

8

PARTEA I
CONSIDERAȚII
GENERALE

9

CAPITOLUL 1 PROCEDEE DE RĂCIRE A LAPTELUI
1.1 Noțiuni generale
Procesarea primara a laptelui include mai multe operații de răcire și de încălzire , pentru
care se utilizează echipamente tehnice variate.
Laptele este utilizat ca și materie prima pentru obținerea industriala a laptelui de consum,
a produselor lactate (lapte de băut, iaurt, chefir),a untului, a brânzeturilor , a conservelor de lapte,
a smântânii .
Refrigerarea reprezintă răcirea și conservarea prin frig a alimentelor la temperaturi mai
mari decât pun ctul de congelare, având drept ca și caracteristica fundamentală absența gheții în
produs.
Scopul principal al refrigerării este acela de a încetini activitatea microorganismelor,
întârziind astfel procesele de alterare a alimentelor; alimentele își menți n pentru o perioadă
relativ scurtă de timp calitățile , astfel încât acestea să fie potrivite pentru un consum/prelucrare
imediată ;
1.2 Necesitatea răciri laptelui
Laptele proaspăt, provenit de la o v аcă sănătoasă, iese din uger la o temperatură de
aprox imativ 37 ℃ și practic nu conține bаcterii. Imediat după recoltare, bacteriile provenind de
pe uger, de pe mâinile mulgătorului, din particulele de praf și picăturile de apă din aer, din paie,
sol etc. găsesc condiții de temperatură favorabile dezvoltării ( temperaturi de 32 -35℃), urmarea
fiind înrăutățirea calității laptelui prin acidifiere.
Ca urmare, l аptele trebuie protejat contra infecției imediat ce este recoltat, atât prin
asigurarea unor măsuri corespunzătoare de igienă pe timpul mulsului, dar și prin răcirea
acestuia .
Temperatura scăzută în primele ore după muls conduce la prelungirea fazei bactericide.
Laptele materie primă poate fi livrat la temperaturi de 30 ℃ în situația în care acesta ajunge la
fabrica de procesare în maxim 2 -3 ore. Temperat ura de refrigerare(4℃), asigură o prelungire a
perioadei b аctericide de 24 ore, iar temperaturile mai mici de 4℃ conduc la o perioadă de
conservare de 48 ore.

10
Din Fig. 1.1 se observă că temperaturile scăzute împiedică dezvoltarea bacteriilor din
lapte :

Laptele proaspăt extras conține substanțe bactericide care îl protejează împotriva acțiunii
microorganismelor pentru o anumită durată de timp;
Răcirea laptelui asigură și prelungirea fazei bactericide, dezvoltarea bacteriilor fiind
astfel împiedicată. Tabelul 1.1 prezintă corelația existentă între temperatură și durata fazei
bactericide.
Tabel 1.1
Corelația dintre temperatură și durata fazei bactericide
Temperatura (℃) Durata fazei bactericide
30 maxim 3 ore
25 maxim 6 ore
10 maxim 24 ore
5 maxim 36 ore
0 maxim 48 ore
Fig.1.1 Timpul necesar formării a un milion de bacterii/ml în
funcție de temperatura de stocare

11
Tabel 1.2
Parametri de răcire pentru lapte

Produsul Locul
aplicării
frigului Momentul
începerii
răcirii Durata
maximă a
răcirii Temperatura
finală a
laptelui(℃) Durata
maximă de
depozitare,la
temperatura
finală
Lapte crud Fermă
sau
centru de
colectare Imediat
după
mulgere
sau
colectare 4 ore 10-12 4-5 ore
Lapte crud Fermă
sau
centru de
colectare Imediat
după
mulgere
sau
colectare 3 ore 4-5 1-2 zile
Lapte crud Fermă
sau
centru de
colectare Imediat
după
mulgere
sau
colectare 3 ore 0 6-7 zile
Lapte
pasteurizat Fabrică Imediat
după
pasteurizare 2-3 ore 0-1 7-8 zile

12
1.3 Metode de răcire a laptelui
Răcirea laptelui se realizează în cadrul fermei, imediat după recoltare și continuă pe tot
parcursul lanțului tehnologic, până la începerea prelucrării, prin depozitarea laptelui în tancuri
izoterme.

Răcirea cu apă folosește apa curentă din râuri, având o temperatură de 10 -120℃,
acumulată în bazine de răcire (Fig. 1.2 ). Apa intră în bazin prin racor dul (1), iar nivelul apei în
bazin este menținut constant prin intermediul conductei de supraplin (5).
Temperatura laptelui din bidoanele răcite astfel este cu 2 -30℃ mai mare decât
temperatura apei Răcirea preliminară laptelui (în cadrul fermei) se poate r ealiza:
• continuu, la transvazarea din vasul de colectare al instalației de muls în tancul
în care este se realizează depozitarea;
• discontinuu, în bidoanele cu ajutorul cărora laptele va fi transportat la centrul de
colectare sau în tancul izoterm, prevăzu t cu instalație de răcire.
Principalele metode de răcire preliminară a laptelui sunt:
• cu apă rece;
• cu apă rece și gheață ;
• cu gheață ;
• cu instalații frigorifice.
Răcirea cu apă se poate folosi și pentru răcirea laptelui, înainte de depozitarea acestuia
în tancul izoterm (fără răcitor propriu ).
1
2 3 4 5
1-racord pentru intrarea apei; 2-grătare din lemn; 3-orificiu pentru evacuarea apei; 4-conducte de
scurgere; 5-conductă de supraplin . Fig.1. 2 Bazin de racire cu apă

13
În acest caz (Fig.1.3) se folosește un schimbător de căldură cu plăci (2), la care, printr –
un circuit trece apa rece, iar prin al doilea circuit trece lapt ele ce trebuie prerăcit.
Astfel, la intrarea în tancul izoterm (3), laptele are o temperatură de 12 -14℃, iar sarcina
frigorifică a instalației de răcire a tancului este diminuată. Apa caldă care iese din schimbătorul
de căldură poate fi utilizată în cadrul fermei (de exemplu pentru adăparea vacilor).

Răcirea cu gheață și apă presupune introducerea gheții în bazinul în care se găsește apa,
temperatura acesteia fiind de 6…8 ℃; se asigură condiții mai favorabile pentru răcirea laptelui
(temperatură mai scăzută decât în cazul răcirii doar cu apă rece).
Bazinele în care are loc răcirea au o adâncime de aproximativ 0,7 m, fiind construite d in
beton sau tablă și izolate termic.
Bazinul este racordat la rețeaua de apă printr -o conductă de alimentare ce se deschide în
apropierea fundului bazinului.
Bidoanele cu lapte se așază pe grătare din lemn, fiind răcite de curentul de apă. În fig.
1.4 este prezentată construcția unui bazin de răcire cu apă și gheață ; se observă că laptele trece
întâi printr -un răcitor cilindric închis (3), unde este răcit cu gheață , după care este repartizat prin
conducte către fiecare bidon.

1
2
3
Fig.1.3 Prerăcirea laptelui cu apă rece, cu schimbător
de căldură cu plăc i
1-recipientul de colectare al instalației de muls; 2-schimbător de căldură cu plăci;
3-tanc izoterm

14

O altă variantă a acestei metode presupune utilizarea unor piese metalice tronconice (fig.
1.5), care sunt introduse în bidoanele cu lapte (1); piesele (2) care sunt umplute cu gheață și
ocupă aproximativ o treime din volumul bidonului, asigurând răcirea l aptelui, pe timpul
transportului, de la 30 ℃ la 5…10 ℃.
Gheața este produsă și încărcată în recipientele tronconic e la centrul de colectare a
laptelui. În fig. 1.5 este prezentată schema de principiu a unui tanc destinat răcirii laptelui care
folosește apă și gheață pentru răcire; apa este răcită de gheață în rezervorul (4) și apoi este
introdusă prin conducta (3) în cămașa de răcire (1) a tancului.
Sistemul de răcire din fig. 1.6 folosește un schimbător de căldură cu țevi concentrice (4)
pentru prerăcirea laptelui înainte de colectarea acestuia în tancul (6).

Fig.1.4 Bazin cu apă și gheață pentru răcirea
laptelui
1
2
3
4
5
1-vas basculant pentr u măsurarea laptelui;2 -filtru;3 -răcitor cilindric închis;4 –
conductă de distribuție;5 -apă cu gheață.

Fig.1.5 Răcirea laptelui cu ajutorul
conurilor me talice
1-bidon cu lapte;
2-piesă metalică tronconică;
3-gheață;
4-bazin cu apă rece.

15
Laptele circula prin conducta interioara a schimbatorului, catre tancul de colectare (6),
iar apa rece circula prin spatiul dintre conducta interioara si cea exterioara, in contracurent cu
laptele; p e masura ce laptele avanseaza catre tanc, acesta se raceste, in timp ce apa care circula
prin camasa exterioara se incalzeste.

1-cămașă de răcire;2 -agitator;3 -conductă;4 -rezervor pentru gheață și apă.
1
2
3
4
Fig.1.7 Tanc pentru răcirea laptelui cu gheață și ap ă
1
3
2
5
4
6
alimentare
apă rece
ieșire apă caldă
Fig.1.6 Prerăcirea laptelui cu apă rece, cu schimbător de căldură
cu țevi concentrice
1-recipientul de colectare al instalației de muls;2 -pompă pentru lapte;3 -conductă pentru lapte
cald;4 -schimbător de căldură;5 -conductă pentru lapte rece;6 -tanc pentru stocarea laptelui

16
Răcirea continuă a laptelui se realizează prin trecerea acestuia printr -un schimbător de
căldură, la transvazarea din recipientul de colectare al instalației de muls (1) către tancul de
stocare (4).
Prin cel de al doilea circuit al schimbătorului de căldură circulă fie agentul intermediar
răcit, fie chiar agentul frigorific din instalația frigorifică.
Depozitarea laptelui crud r ăcit, se face in tancuri izoterme de mare capacitate instalate
in încăperi speciale, în secția de recepție a firmei sau în aer liber, pe platforme speciale
construite. Tancurile de recepție laptele un design modern, construcția este simpla sieste ușor
de curățat
1- tancul de colectare al instalației de muls; 2-pompă; 3-schimbător de căldură; 4-tanc pentru
stocarea laptelui

Răcirea laptelui, imediat după recepție este o operație facultativa, ca re se practica in
cazul in care laptele nu este prelucrat imediat. Pentru răcire , se utilizează schimbătoarele de
căldura cu placi, răcite cu apa -ghea ță, a căror capacitate este corelata cu capacitatea de recepție .
Temperatura de răcire este de 2 -4șC

1
2
3
4
Fig.1.8 Răcirea continuă a laptelui

17
Schimbătoarele de căldură utiliz аte pot fi realizate după diverse soluții constructive. În
fig. 1.9 este prezentată construcția unui răcitor conic [18]; laptele intră prin racordul (1), aflat la
partea superioară a răcitorului și este distribuit sub formă de peliculă de către t аlerul (2) pe
suprafa ța exterioară a țevilor (3). Prin interiorul țevilor circulă agentul de răcire, care asigură
răcirea laptelui aflat în contact cu țevile reci. Laptele rece este colectat la partea inferioară, în
vasul de colectare (4).

1-racord intrare lapte; 2-taler; 3-cond ucte; 4-vas de colectare a laptelui

În fig. 1.10 este prezentată construcția unui răcitor plan -tubular, ce asigură răcirea
laptelui în două trepte: în prima treaptă (3) laptele este răcit cu apă rece, iar în a doua treaptă (4)
răcirea se realizează cu agent intermediar, răcit cu ajutorul unei instalații frigorifice.
Răcirea laptel ui care intră prin racordul (1) se realizează atunci când acesta curge peste
conductele ce formează cele două trepte de răcire.
Schimbătoarele de căldură cu plăci au avantajul unei compactități ridicate și al eficienței
mari de răcire. În principiu, un sch imbător de căldură cu plăci este format din plăcile metalice
( fig. 1.12), realizate prin ambutisare, astfel încât să se creeze canale pentru circulația fluidelor.
lapte cald
1
2
ieșire agent
răcire
3
intrare agent răcire
lapte rece
4
Fig.1.9 Răcitor tronconic pentru lapte

18
Prin canalele (2), formate pe o față a unei plăci din pachet circulă agentul primar, în timp ce prin
canalele (3), formate pe cealaltă față a plăcii, circulă agentul secundar.
1-racord intrare lapte; 2-peretele lateral al răcitorului; 3-prima treaptă de răcire; 4-a doua treaptă
de răcire; 5-vas de colectare a laptelui.

1-placă metalică;2 -canale pentru circulația agentului primar;3 -canale pentru circulația agentului
secundar.
Grosimea unei plăci este de 0,4 -0,8 mm, aceasta fiind prevăzută cu garnituri, care asigură
etanșeitatea traseelor agenților și circulația alternativă a acestora între plăci (fig. 1.13).
lapte cald

apă rece (4 -8 ℃)
ieșire saramură

saramura( -5℃)

lapte rece
5
4
3
2
1
Fig.1.10 Răcitor plan -tubular
2
3
1
Fig.1.11 Principiul de funcționare al schimbătorului de căldură cu plăci

19
Diametrele canalelor prin care circulă agenții sunt cuprinse, în genera l, între 1,5 și 11 mm, în
funcție de presiunea de lucru (diametre mari la presiuni de lucru mici) și de natura fluidelor.
Garniturile sunt elemente care limitează presiunile și temperaturile maxime în
schimbătoarele de căldură în plăci; din acest motiv, în unele cazuri se utilizează garnituri duble.
Profilul plăcii are o importantă deosebită: acesta trebuie să asigure o curgere turbulentă
a fluidelor prin can аle, pentru obținerea unui coeficient mare al transferului convectiv de
căldură; în același timp trebuie asigurată o distribuție cât mai uniformă a fluidelor pe întreaga
suprafa ță a plăcilor, dar și prezenta unor puncte de sprijin între suprafețele metalice ale plăcilor
alăturate, astfel încât aparatul să aibă o rigiditate corespunzătoare.
1-placă; 2-garnitură;3 -circulația agentului primar;4 -circulația agentului secundar.

1
2
3
4
3
4
4
Fig.1.12 Circulația agenților de lucru printr -un schimbător cu plăc i

20
Răcitoarele multitubulare (fig. 1.13) sunt formate dintr -o manta exterioară (6), în interiorul
căreia se găsesc țevile (3) prin care circulă laptele; agentul de răcite circulă pe la exteriorul
conductelor, prin spațiul din manta.

1, 4- racorduri pentru lapte;2,7 – racorduri pentru agentul de răcire;3 – țevi5-șicane;
6-manta

Tancurile izoterme se utilizează în unitățile producătoare mari, unde se produc cantități
mari de lapte. Laptele este ulterior transvazat cu ajutorul unei pompe din tancul izoterm în
cisterna care asigură colectarea laptelui.
Tancurile izoterme pot fi:
• tancuri care au doar izolație termică și sunt destinate pentru păstrarea laptelui
deja răcit ;
• tancuri cu cămașă de răcire și instalație frigorifică proprie, care realizează și
răcirea laptelui din interior.
Tancurile ce au doar izolație termică se folosesc pentru depozitarea, pentru o perioadă
relativă scurtă, a laptelui care a fost deja răcit. Izolația termică a tancului trebuie să conducă la
o creștere a temperaturii laptelui din interior cu cel mult 3℃ în 24 de ore, la o temperatură a
mediului ambiant de 25℃ [15].
Tancurile din a doua categorie (fig. 1.15) sunt prevăzute cu o cămașă de răcire (3 ), în
care sunt amplasate conductele prin care circulă agentul de răcire; întregul recipient este izolat
1
2
3
4
7
6
5
Fig.1.13 Schimbător de căldură multitubular

21
termic cu ajutorul izolației (5), iar agitatorul (6) are rolul de a uniformiza temperatura în masa
de lapte, prin agitarea acestuia.

1-motor electric de antrenare ;2-reductor ;3-cămașă de răcire ;4-conducte pentru agentul de
răcire ;5-izolație termică ;6-agitator cu palete

La alte variante constructive rezervorul are pereți dubli, iar prin spațiul dintre pereți
circulă agentul de răcire. Fig. 1.16 prezintă o vedere generală a unui astfel de tanc, prevăzut cu
instalație frigorifică proprie, ce realizează răcirea directă a lapt elui.
Pentru reducerea consumului de energie al instalației frigorifice ce asigură răcirea
tancului se apelează la soluția prerăcirii laptelui cu apă;
În acest caz răcirea tancului izoterm(6) se realizează indirect, de către un agent
intermediar, care est e preluat din bazinul (8); agentul intermediar este răcit cu ajutorul instalației
frigorifice (7).
Laptele este supus unei prime faze de răcire în schimbătorul de căldură (2), în acest scop
folosindu -se apă rece (conducta de alimentare 3). În schimbătorul de căldură (5) laptele este
răcit a doua oară de către agentul intermediar, preluat din tancul (8); agentul intermediar din
acest tanc este răcit de vaporizatorul instalației frigorifice (7). Același agent intermediar de
răcire circulă și prin cămașa de răcire a tancului izoterm (6), asigurând astfel menținerea laptelui
la temperatură scăzută.

Fig.1.14 Tanc izoterm cu cămașă de răcire

22

1, 4-conducte pentru circulația laptelui; 2, 5-schimbătoare de căldură cu plăci; 3-alimentare cu
apă rece; 6-tanc izoterm; 7 -instalație frigorifică; 8 -tanc pentru agent intermediar de răcire; 9 –
conducte pentru alimentarea cămășii de răcire a tancului izoterm.

Fig.1.15 Tanc pentru lapte, cu răcire directă
1
2
3
4
1-tanc;2 -agitator;3 -capac;4 -instalația
frigorifică

1
2
3
4
5
6
a
9
8
7
a
Fig.1.16 Prerăcirea laptelui înainte de introducerea în tancul izoterm

23
În fig. 1.17 este prezentată o variantă constructivă în care tancul pentru lapte (1) este răcit
prin pulverizarea asupra părții inferioare a acestuia a agentului de răcire (apă sau soluție de apă
și clorură de calciu), de către rampele de pulverizare (4). Agentul este răcit în bazinul (6), în
care se găsește și vaporizatorul instalației frigorifice, condensatorul și compresorul fiind
încorporate în unitatea de condensare (7). Pompa (5) trimite agentul de răcire către rampele de
pulverizare.

1-tanc depozitare ;2-pompă pentru lapte ;3-agitator ;4-rampă de pulverizare ;5-pompă
pentru agentul de răcire ;6-rezervor pentru agentul de răcire, cu vaporizator
7-unitate de condensare

În cazul răcirii laptelui în bidoane, cu ajutorul unei instalații frigorifice, pe gura
bidonului (fig. 1.18) se montează un capac (1), în care este fixată o conductă prin care circulă
agentul de răcire.
Această conductă pătrunde în masa de lapte din bidon și asigură astfel răcirea acestuia.
Legătura între capacul (1) și instalația frigorifică (4) se realizează prin racorduri flexibile, care
permit montarea și demontarea capacului.
7
6
5
4
3
2
1

Fig.1.17 Răcirea tancului prin stropire cu apă rece

24
Există și sisteme de răcire a bidoanelor în care a fost colectat laptele care presupun
introducerea acestora într -un bazin în care se găsește agent de răcire intermediar, agent care este
răcit de către vaporizatorul unei instalații frigorifice.
1-capac ;2-bidon ;3-conductă pentru răcire ;4-instalație frigorifică

1
2
3
2
1
4
Fig.1.18 Sistem de răcire laptelui în bidon

25

CAPITOLUL 2 PRODUCEREA FRIGULUI ARTIFICIAL

2.1 Instalația frigorifica cu comprimare mecanică de vapori
Acest tip de instalație își realizează funcționarea pe principiul preluării căldurii de la
spațiul care trebuie răcit prin evaporarea agentului frigorific la temperatură și presiune reduse;
pentru ca agentul să treacă din nou în stare lichidă, acesta trebuie să se condenseze, la o
temperatură m ai mare decât cea a mediului înconjurător, astfel încât căldura latentă de evaporare
să fie cedată către mediul înconjurător. În acest scop, presiunea din condensator trebuie să fie
semnificativ mai mare decât cea din vaporizator.
Având în vedere aceste cerințe, schema de principiu a unei instalații frigorifice cu
comprimare de vapori (fig. 2.1) conține următoarele elemente: vaporizatorul, compresorul,
condensatorul, ventilul de laminare.

Fig.2.1 Schema de functionare a instalatiei
frigorifice cu comprimare de vapori

V- vaporizator;
C- compresor;
K- condensator;
VL- ventil de laminare .
Cu ajutorul diagramelor ciclului instalației frigorifice (fig. 2.2) se poate explica
funcționarea acestei instalații .
Astfel, în vaporizatorul (V, fig. 2.1) are loc evaporarea age ntului frigorific, care trece din
stare lichidă în stare gazoasă, la presiune și temperatură joase (T 0, p0, fig. 2.2). Procesul de
evaporare (4 -1, fig. 2.2) are loc la presiune și temperatură constante și se face cu preluarea
căldurii latente de evaporare q 0 de la spațiul care trebuie răcit.
În vaporizator intră un amestec de vapori și agent f rigorific în stare lichidă (punctul 4)
și iese agent frigorific î n stare gazoasă (punctul 1).

26
În compresor are loc creșterea presiunii agentului frigorific gazos, de la p 0 la p k; procesul
de comprimare (1 -2) este politropic, iar compresorul consumă lucrul mecanic specific l c pentru
a realiza comprimarea gazului.
Agentu l frigorific gazos, refulat de către compresor, întră în condensatorul (K, fig. 2.1).
Fig.2 2 Ciclul de funcționare al instalației frigorifice
Temperatura agentului frigorific la ieșirea din compresor (t ref) este mai mare decât
temperatura de condensare t k corespunzătoare presiunii p k, astfel încât, în prima parte a
condensatorului, are loc răcirea gazului de la t ref la tk (procesul 2 -2'). În contin uare, de la 2' la 3,
are loc condensarea , la presiune și temperatură constante, proces în care agentul cedează
mediului înconjurător căldura latentă de condensare q și trece din stare gazoasă (punctul 2') în
stare lichidă (punctul 3).
În ventilul de laminare (VL, fig. 2.1) presiunea agentului fri gorific scade de la valoarea
din condensator (p k) la valoarea din vaporizator (p 0). Procesul de scădere a presiunii în ventilul
de laminare (3 -4) are loc la entalpie constantă.
2.2 Instalație frigorifica cu absorbție
Instalațiile frigorifice cu absorbție folosesc ca fluid de lucru un amestec format din două
componente: agent frigorific și absorbant.
Agentul frigorific trebuie să poată fi absorbit de către absorbant, iar temperaturile de
fierbere ale celor două componente trebuie să fie semnificativ diferi te (mai mică pentru agent și
mai mare pentru absorbant).
Pentru instalațiile frigorifice destinate obținerii temperaturilor scăzute se folosesc, în mod
obișnuit , amoniacul ca agent frigorific și apa ca absorbant.
Schema de principiu a unei instalații frigorifice cu absorbție este prezentată în fig. 2.3.
Aceasta funcționează astfel :
Agentul frigorific începe să se vaporizeze în vaporizator (V), absorbind o cantitate de
căldură Q 0 la o treaptă termică redusă, din spațiul ce urmează a fi răcit sau de la un ag ent
intermediar. După formarea vaporilor de amoniac aceștia se propagă în absorbitorul (A) și se
solubilizează în apă. Qa este cantitatea de căldură evacuată odată cu apa de răcire. După ce se
i lgp T
s

27
formează o solutie concentrată în amoniac, aceasta este preluat ă de pompa(P) și transmisă către
generatorul de vapori(G). În urma călduri primite din exterior Q g, se realizează desorbția
agentului frigorific( amonicacul revine în stare de vapori deoarece căldura degajată nu este
deajuns pentru vaporizarea apei).

Fig.2 3 Schema de funcționare a instalației frigorifice cu absorbție
A- Absorbitor
V- Vaporizator
G- Generator de vapori
C-Condensator
VL 1, VL 2- Ventile de laminare

28

PARTEA A -II-A
CONTRIBUȚII
PROPRII

29

CAPITOLUL 3 PRINCIPIUL RĂCIRII PRIN ACUMULARE DE
GHEAȚĂ
3.1 Necesitate

Bazele științifice privind tehnica frigului încep cu anul 1756, când William Cullen,
medic și fizician, transformă o cantitate mică de apa în fază solidă, sub formă de gheață , prin
evaporare sub un clopot vidat cu ajutorul unei pompe de vid.
În sectorul agroalimentar frigul artificial are multiple utilizări la procesarea, depozitarea
și comercial izarea produselor alimentare perisabile. Realizarea unor operații unitare, din fluxul
tehnologic de conservarea, fabricare și comerciali zare a unor astfel de produse alimentare, nu ar
fi posibilă fără a utilizarea frigului artificial.
Aceste aspecte au f ost subliniate și în cadrul Congresul mondial al alimentației organizat
de Organizației Națiunilor Unite pentru Agricultură și Alimentație (FAO) la Roma în noiembrie
1996, unde s -a evidențiat rolul frigului artificial în alimentația mondială, prin patru mo duri
concrete de folosire, și anume: diminuarea pierderilor de produse agricole după recoltare
(depozitare, procesare etc), îmbunătățirea igienei alimentare; o mai bună aprovizionare cu
produse alimentare a aglomerărilor urbane și dezvoltarea unui comerț global pentru produse
necesare hranei omului.
Exista situații in care instalațiile frigorifice sunt solicitate sa facă fata schimbări bruște
ale necesitați de frig, pe o perioada de 24 de ore. Situațiile in care puterea frigorifica necesara
prezinta vârfuri de sarcina, pentru perioade scurte de timp sunt cel mai des întâlnite .
Vârfuri le de sarcina apar dat fiind faptul de particularități le tehnologiilor de fabricație
respective.
In industria alimentara situații asemănătoare pot apărea la fabricile de bere s au de
prelucrare a laptelui.
Soluția proiectării unei instalații având puterea frigorifica Фp+Фs, nu este fiabilă din
punct de vedere financiar, deoarece in cea mai parte a timpului (τ1=τp -τs), o instalația va
funcționa mult sub randamentul sau nominal (l a puterea frigorifica Фp). (fig3.1)

30
Fig.3.1 Variația în timp a necesarului de frig
τs – timpul de suprasarcina;
Фp – puterea frigorifica a consumatorilor de frig cu funcționare permanenta;
Фs -puterea frigorifica a consumatorilor de frig cu funcționare intermitenta
T – durata unui ciclu de variație a necesarului de frig
Cea mai eficientă soluție este sa se proiecteze o instalație capabilă sa acumuleze frig in
perioadele cu solicitare minima de frig, prin depunere de gheata pe țevile vaporizatorului. O
asemenea instalație va avea puterea frigorifica nominala Ф 0, mai mare decât puterea frig orifica
a consumatorilor de frig cu funcționare permanenta Ф p, dar mai mica decât puterea frigorifica
corespunzătoare perioadei de suprasarcina Ф p+Ф s
În aceste condiții, in perioada când necesarul de frig este redus, excesul de putere
frigorifica al insta lației, poate fi utilizat pentru formarea unui strat de gheata pe serpentinele
vaporizatorului. Durata acestei perioade a fost notata cu τa.
3.2 Principiul de calcul al lungimii țevilor vaporizatorului
Una din principalele probleme ce trebuie rezolvate at unci când se are în vedere
dimensionarea unei instalații frigorifice cu acumulare de gheață o constituie dimensionarea
vaporizatorului instalatei .
Acesta este realizat sub formă de țevi, introduse într -un tanc în care se află apă. Atunci
când agentul frigorific se evaporă, la temperatură scăzută, pe țevi se formează gheață .
Lungimea țevilor ce formează vaporizatorul instalației se calculează pentru diferitele
regimuri de funcționare, urm ând ca valoarea cea mai mare să fie utilizată .

31
3.2.1 Acumularea frigului prin depunerea gheții
In perioada de concentrare a gheții, lungimea l 1 a țevii trebuie sa permită acumularea
frigului necesar pentru perioada de suprasarcina:
qg⋅l1=(ϕs+ϕp+ϕ0)⋅τs⇒l1=(ϕs+ϕp+Φ0)⋅τs
qg
3.2.2 Luarea în primire a puterii frigorifice de la consumatorii permanenți
In timpul acumulării de gheata este favorabil ca vaporizatorul sa poată obține necesarul
de frig provenit de la consumatorii neîntrerupți , fără ca temperatura apei la ie șirea din bazin sa
depășească valoarea acceptată cerințele tehnologice. Aceasta cerința trebuie asigurata si când
nu exista gheata pe țevile vaporizatorului (r e=ri):
ϕp=2⋅π⋅ri⋅te⋅αe⋅l2⇒l2=ϕp
2⋅π⋅ri⋅te⋅αe
3.2.3 Preluarea puterii frigorifice nominale in perioada de suprasarcina
In perioada de suprasarcina trebuie sa fie posibila preluarea puterii frigorifice nominale
a instalației Ф 0, chiar si la începutul acestei perioade, când grosimea stratului de gheata,
respectiv rezistenta termica a acestuia, este maxima .
3.2.4 Topirea gheții in perioada de suprasarcina
In perioada de suprasarcina, este necesară topirea întregii cantități de gheata acumulate, iar
instalația sa preia puterea frigorifica maxima Ф p+Ф s, pana in momentul topirii totale a gheții,
inclusiv:
ϕp+ϕs=2⋅π⋅rite⋅αe⋅l4⇒l4=ϕp+ϕs
2⋅π⋅rite⋅αe
După calcul lungimi serpentinei vaporizatorului, se va alege cel mai mare rezultat.

32

Fig.3.3 Vaporizator cu acumulare de gheață, dublu
Fig.3 2 Vaporizator cu acumulare de gheață
Fig.3 4 Colectorul de vapori al acumulatorului de gheață

33

34

CAPITOLUL 4 CALCULUL INSTALAȚIEI FRIGORIFICE CU
ACUMULARE DE GHEAȚĂ
4.1 Prezentarea soluției de răcire cu acumulare de gheață
Sistemele de acest fel se utilizează atunci când sarcina frigorifică suferă fluctuați mari,
existând momente în care se înregistrează un vârf semnificant de sarcinii cu durată scurtă de
timp.
Figura 4.1 prezintă un exemplu al modului de variație a sarcinii frigorifice în acest caz .

τs – timpul de suprasarcina;
Фp – puterea frigorifica a consumatorilor de frig cu funcționare permanenta;
Фs -puterea frigorifica a consumatorilor de frig cu funcționare intermitenta
T – durata unui ciclu de variație a necesarului de frig
Se observă că, în cea mai mare parte a timpului (T -Ꞇs) trebuie asigurată sarcina
frigorifică Фp; dacă într -o perioadă scurtă de timp (Ꞇ s) trebuie asigurată sarcina frigorifică
maximă Ф p-Фs. Într-o astfel de situație va fi fiabil ca instalația frigorifică să asigure puterea Ф p-
Фs deoarece, aceasta va funcționa mult sub capacitatea sa normală.
Fig.4 1 Variația în timp a necesarului de fri g

35
Soluții utilizate în acest caz este c ea care presupune acumularea “frigului ” ai perioadelor
în care sarcina frigorifică necesară este redusă, prin formarea de gheață ; urmărind ca sarcina
maximă Ф p-Фs să fie asigurate prin topirea gheții. Evident, puter ea frigorifică a unui astfel de
instalați i (Ф 0, fig 4.2) va fi mai mare decât Фp (pentru a asigura, concomitent , și formarea gheții ),
dar mai mica decât Фp-Фs.

Notațiile de pe diagrama au următoarea semnificație:
– τs – timpul de suprasarcina;
– τa – timpul de acumulare a gheții;
– T – durata unui ciclu de variație a necesarului de frig (după intervalul τ, diagram a se repeta);
– Фp – puterea frigorifica a consumatorilor de frig cu funcționare permanenta;
– Фs -puterea frigorifica a consumatorilor de frig cu funcționare intermitenta (corespunzător
duratei perioadei de suprasarcina τs);
– Ф0 – puterea frigorifica nom inala a instalației cu acumulare de gheata.
Puterea frigorifică a instalației se determină din condiția aria 5328=aria 1867, adică :
(ϕP+ϕs−ϕ0)⋅τs=(ϕ0−ϕp)τa,
Rezultă
(ϕp−ϕs)⋅τs−ϕ0⋅τs=ϕ0⋅τa−ϕp⋅τa
sau
Φ0⋅(τa+τs)=ϕp⋅τ0+(ϕp+ϕs)⋅τs ;
ϕ0(τa+τs)=ϕp(τa+τs)+ϕs⋅τs
deci,
8
7
τ
T τS ϕs
ϕP ᶲ

1 6
3 maximă Ф p-Фs să fie asigurate prin topirea gheții. Evident, puter ea frigorifică a unui
astfel

5
4 Ф0
Ꞇa

Fig.4 2 Diagrama de funcționare a instalației frigorifice cu acumulare de gheață

36
ϕ0=ϕp+ϕs⋅τs
τa+τs
De obicei, calculul se face pe o perioadă T=24 h, iar acumularea de gheață se realizează
pe timpul nopți, astfel întrucât Ꞇa=8-10 h. Gheața formata va asigura 25…33% din necesarul de
frig în perioada de suprasarcină.
4.2 Descrierea soluției propuse
Una din principalele probleme ce trebuie rezolvate atunci când se are în vedere
dimensionarea unei instalații frigorifice cu acumulare de gheață o constituie dimensionarea
vaporizatorului instalație i. Acesta este realizat sub formă de țev i, introduse într -un tanc în care
se află apă. Atunci când agentul frigorific se evaporă, la temperatură scăzută, pe țevi se formează
gheață
Sistemul de răcire avut în vedere în cadrul lucrării va fi utilizat pentru răcirea laptelui la
recepție și pentru r ăcirea a două spații frigorifice utilizate în cadrul procesului de producție și
pentru depozitarea produselor finite.
Ca urmare, instalația va trebui să asigure :
• depășirea vârfului de sarcină reprezentat de răcirea laptelui la recepție ;
• sarcină frigorifică continuă, impusă de funcționarea în parametri a spațiilor de răcire .
Fig.4 3 Schema instalației

37
4.2.1 Stabilirea sarcinii frigorifice corespunzătoare vârfului de sarcină
Vârful de sarcină îl reprezintă răcirea laptelui la recepție. Sistemul de răcire din cadrul
microlaboratorului din clădirea TPPA asigură un debit de lapte de 2000 l/h, adică 0,55 l/s.
Puterea frigorifică necesară răcirii preliminare a laptelui este data de relația :
Qrăcire=m×c pl×Δt l [W]
În care m este debitul masic de lapte (kg/s), c pl este căldura specifică a laptelui [J/kg×K] ,
iar Δt l este scăderea de temperatură a laptelui ( ℃).
Laptele are următoarele caracteristici :
• densitate ρ e= 1030 kg/m3
• căldură specifică c pl= 3900J/ kg×K
• temperatura maximă la recepție : 10 ℃
• temperatura după răcire : 4 ℃
Puterea frigorifică necesară răcirii la recepție va fi :
Qrăcire=ρe×Q v×cpl×Δt l
în care
Qv=0,55×10-3 m3/s este debitul volumic de lapte.
Cu aceste date rezultă :
Qrăcire=1030×0,55×10-3×3900×(10 -4)= 13256,1 W ≈ 13,31 kW
Având în vedere schema din fig. 4.2 obținem :
ϕp−ϕs=13,3kW
Și timpul necesar răcirii la recepție
τs=1h
4.2.2 Stabilirea puterii frigorifice pentru regimul permanent
Instalația proiectată trebuie să asigure fu ncționarea celor două spații frigorifice în regim
permanent, puterea frigorifică pentru aceste spații frigorifice în regim permanent ; puterea
frigorifică pentru aceste spații este de 7 kW adică, Ф p=7 kW.
Durata ciclului de calcul al instalației cu acumular e de gheață este T=24 h.
4.2.3 Stabilirea duratei necesare pentru acumularea gheții
Conform indicațiilor din literatura de specialitate se impune timpul necesar formării de
gheață pe țevile vaporizatorului Ꞇ a=8 h

38
4.3 Dimensionarea instalației
Datele necesare dimensionări sunt :
• Фs= Qrăcire-Фp= 13,3 -7= 6,3 kW
• Ꞇs= 1 h
• Фp= 7 kW
• Ꞇa= 8 h
• T= 24 h
Puterea instalației frigorifice necesare va fi :
ϕ0=ϕp+ϕs⋅τs
τa+τs=7+6,3⋅1
1+8=7,7kW
Puterea termică acumulată prin depunerea gheții pe 1 m de țeavă a vaporizatorului este
dată de relația :
qg= ρ×lt×(re2-ri2) [J/m]
în care :
▪ ρ= 920 kg/m3 – densitatea gheții ;
▪ lt= 334 J/ kg – căldura latentă de topire a gheții ;
▪ re= 30*10-3 m – raza exterioară a stratului de gheață ;
▪ ri= 10*10-3 m – raza interioară a stratului de gheață, egală cu raza exterioara a țevii
vaporizatorului
Cu aceste date obținem :
qg= 920×334×(302-10-2)×10-6×103
adică ,
qg= 7,723×105 J/m
Lungimea totală a țevilor ce formează vaporizatorul se va determina pe baza
următoarelor condiții :
a) căldura latentă acumulată în gheața de pe țevii trebuie să asigure funcționarea instalației la
vârful de sarcină, adică :
(ϕp+ϕs−ϕ0)⋅τs=qg⋅l1⇒l1=ϕp+ϕs−ϕ0
τs⋅qg
în care Ꞇ s se va exprima în secunde ;
b) lungimea țevii trebuie să fie suficientă pentru a asigura trans miterea puterii frigorifice
necesare funcționării permanente atunci când pe țeava se află gheață ; în acest caz
transmiterea căldurii se face prin convecție de la agentul frigorific la țeavă, prin conducție
prin peretele țevii și stratul de gheață și din no u prin convecți e de la suprafața exterioară a

39
gheții la agentul de răcire (apă glacială). În acest caz se aplică relația transferului combinat
de căldură (prin convecție și conducție prin perete cilindric multistrat), adică :

ϕp=2πl2⋅(tg−t0)
1
α⋅ri+1
λtli(ri
ri′)+1
λg⋅lu(𝑟𝑒
ri)+1
αe⋅re
în care :
tg=0,5 0C – temperatur ă apei glaciale
t0= -15 0C – temperatur ă de evaporare a agentului frigorific
αi= 550 W/m2*grd – coeficientul de convec ție de transfer a căldurii de la agentul frigorific
la țeavă
ri’= 9 mm – diametrul interior al țevii
λt= 14 W/m*K – conductivitatea termică a țevii din oțel inoxidabil
ri= 10 mm – raza exterioară a țevii
λg= 2,2 W/m*K – conductivitatea termică a gheței
re= 30 mm – raza exterioară a stratului de gheață
αe= 250 W/m2*K – coeficientul convectiv de transfer al căldurii de la gheață la apă glacială
c) puterea frigorifică Ф 0 trebuie să poată fi transmisă de la țeavă către apă pentru a se asigura
formarea gheții, în acest caz se consideră că nu există gheață pe țeavă, astfel încât putem
scrie :
ϕ0=2π⋅l3(tg−t0)
1
αi⋅ri+1
λt⋅ln(ri
ri′)+1
αe⋅re
La sfârșit , se va adopta cea mai mare dintre valorile l 1,l2,l3 reprezentând lungimea totală
a țevilor vaporizatorului, care asigură funcționarea în parametri a instalației.
Având în vedere relațiile de mai sus și mărimile caracteristice, obținem :
l1=(ϕs+ϕp−ϕ0)⋅3600τs⋅103
qg
rezultă,
l1=(13,3−7,7)⋅103⋅1⋅3600
7,723⋅105
adică,
l1=26,105 m
l2=1000⋅ϕp⋅[1
αi⋅ri′+1
λtln(re
ri)+1
αe⋅re]
2π⋅(tg−t0)
adică,
l2=46,687 m

40
l3=1000⋅ϕ⋅[1
αi⋅ri′+1
λtlnri
ri′+1
αe⋅re]
2π⋅(tg−t0)
l3 = 58,646 m

Valoarea cea mai mare o are l 3 = 58,646 m deci adop ăm lungimea total ă a țevilor l = 58,6 m
Pentru a evalua performanțele soluției propuse vom calcula cantitatea de gheață formată
pe țevile vaporizatorului, cu relația :
mg=l⋅π⋅(re2−ri2)⋅ρ
în care r e este raza exterioară a stratului de gheață , ri este raza exterioară a țevii,  este densitatea
gheții (920 kg/m3), iar l este lungimea totală a țevilor .
Cu aceste date rezultă:
mg=135,602 Kg
Cantitatea de căldură ce trebuie extrasă pentru formarea acestei cantități de gheață este:
Q = m g×l
în care l este căldura latentă specifică de solidificare a a pei (334000 J/kg).
Rezultă :
Q = 4 .5291.068 J
Într-o primă etapă vom determina puterea frigorifică necesară pentru formarea acestei
cantități de gheață într -un interval de timp de 8 ore, folosind relația :
P=Q
τa⋅3600
în care Ꞇa = 8 ore.
Puterea frigorifică necesară formării gheții în 8 ore este:
P = 45.291.068/(8 ×3600) rezultă, P = 1,573×103 [W]– puterea necesară formării gheții în 8
ore
Rezultă că instalația frigorifică, având o putere de 7,7 kW, asigură puterea necesară
formării stratului de gheață , fiind disponibilă și o putere de aproximativ 6,1 kW pentru răcirea
spațiilor frigorifice.
În ipoteza în care instalația frigorifică este folosită doar pentru formarea stratului de
gheață , timpul necesar formării acestuia va fi:
τaa=Q
ϕ0⋅3600⋅103
Rezultă :
aa = 45.291.068/(7700 ×3600) = 1,634 ore pentru formarea stratului de gheață, la puterea
nominală a instalației

41
4.4 Alegerea răcitoarelor
Cele două spații frigorifice pe care le avem în vedere vor fi răcite cu ajutorul unor
răcitoare de aer ; având în vedere că puterea frigorifică totala pentru cele două spații a fost impusă
la 7 kW, vom presupune ca fiecare spațiu necesită o putere frigorifică de 3,5 kW.
Răcitoarele avute în vedere asigură răcirea aerului atunci când acestea trec peste
temperatura prin care circulă apa glacială.
Parametrii agentului de răcire (apa glacială) îi impunem astfel :
• temperatura la intrarea în răcitor t in= 0,5 ℃
• temperatura la ieșirea din răcitor t out= 2 ℃
Debitul de apă glacială necesar pentru fiecare răcitor se determină din ecuația
calorimetrică :
Q’r = ṁapă × capă × Δt apă în care :
Q’r – puterea frigorifică [W]
ṁapă – debitul de apă glacială [Kg/s ]
capă – căldura specifică a apei [J/Kg×K ]
Δtapă – variații de temperatură a apei în răcitor [℃]
Pentru instalația noastră avem :
Q’r = 3500 W
capă= 4185 J/Kg×K
Δtapă= 2-0,5 = 1,5 ℃
Răcitoarele le vom alege din programul de fabricație al unei firme de profil, pe baza
catalogului electronic al acesteia (fig. 4.4)

Fig.4 4 Interfața grafică a catalogului electronic

42

Echipamentul de care avem nevoie este un răcitor de aer (Air cooler), iar selectarea
acestei opțiuni ne permite introducerea datelor pe baza cărora se va face selecția.(Fig. 4.5)
Selectarea datelor :
• mediul de răcire apă
• putere frigorifică : 3,5 kW
• temperatura apei la intrarea în răcitor : 0,5℃
• temperatura apei la ieșirea din răcitor : 2℃
• temperatura aerului la intrarea aerului în răcitor
După ce aceste date sunt introduse, catalogul electronic furnizează o listă de răcitoare
care satisfac cerințele impuse.
Alegerea unui model se va baza pe criteriul “Rezervă de suprafață ”, care ne arată cu cat
este mai mare (sau mai mică) suprafața de tran sfer a căldurii pentru unitatea aleasă fața de
suprafața necesară.
Fig.4 5 Introducerea datelor pentru alegerea răcitorului

43

Vom alege unitatea de tip GGHF 040.2H, care asigură o rezervă de suprafață de 8%.

4.5 Parametrii de funcționare a instalației frigorifice
Din fișa tehnică a unități constatăm că aceasta necesită un debit de apă glacială de 1,99
m3/h, adică 0,553 kg/s , valoare care se încadrează cu valoarea obținută anterior în calcule. Aerul
intră în unitate cu 6 ℃ și i ese cu o temperatură de 3,6 ℃.
Pentru obținerea apei glaciale se va utiliza o instalație frigorifică cu comprimare de
vapori, având în vedere următori parametri de funcționare :
• puterea frigorifică necesară Ф = 7,7 kW
• temperatura de evaporare a agentului frigorific t 0 = -10 ℃
• temperatura de condensare a agentului frigorific t k = 45 ℃ (se ia în considerare că
este vorba de un condensator răcit cu aer)
Ca agent frigorific vom alege agentul de tip R404 A
Gazul frigorific R 404A este un amestec inodor incolor format din trei compuși de
hidrofluorocarbon (amestec de CF 3CHF 2 (R-125, 44% din masă), CF 3CH 3 (R-143A, 52%) și
CH 2FCF 3 (R-134A,4%)în proporții aproape azeotrope .
Amestecurile azeotrope au puncte de fierbere ascuțite în loc să fiarbă pe o gamă de
temperaturi, ceea ce se întâmplă cu majoritatea amestecurilor. Bp (la 1 atm) -46,5 ° C.
Fig.4 6 Lista unităților de răcire compatibile

44
Densitatea (sub formă de lichid) 0,485 kg / L. Expediat sub formă de lichid sub propria
presiune de vapori. Vaporii sunt mai grei dec ât aerul și pot provoca asfixiere prin deplasarea
aerului. Contactul cu lichidul poate provoca degerături.
Diagrama ciclului de funcționare al instalației frigorifice va fi trasată cu ajutorul
pachetului de programe CoolPack.
Tabel 4.1
Parametri ciclului de func ționare

Pct
t(℃) p
[kJ/kg ] i
[kJ/kg] v
[m3/kg]

1
-10
4
362,26
0,045

2
50
20
392,93
–

3
45
20,8
273,28
–

4
-10
4,3
272,41
–

Parametrii de funcționare ai instalației frigorifice se determină astfel :
Debitul masic de agent frigorific :
ṁ=ϕ0
i1−i4=0,085 [kg/s]
Puterea consumată de catre compresor :
Pc=ṁ(i2−i1)=0,085(392,93−362,26)
adică,
Pc= 2,606 [kW]
Puterea termică disipată de condensator :
Q̇c=ṁ(i2−i3)=0,085(392,93−273,28)
adică,
Q̇c= 10,17 [kW]
Eficiență frigorifică a instalției :
εf=ϕ
Pc=7,7
2.606

45
adică,
εf= 2,95
Raportul de creștere a presiunii în compresor :
ε=p2
p1 = 5
Debitul volumic al compresorului :
Q̇v=v1⋅ṁ=0,045×0,085
adică,
Q̇v= 0,0038 [m3/s]
sau
Q̇vh=3600⋅Q̇v
adică,
Q̇vh=13,68 [m3/h]

Fig.4 7 Ciclul de functinare al instalației

CONCLUZII
În urma studiului realizat asupra instalației frigorifice cu acumulare de gheață la recepția
laptelui, am ajuns la urm ătoarele concluzii :
Din punct de vedere al protej ări mediului, agentul frigorific R 404 A are unele
reglementarii în cea ce privește utilizarea sa. Criteriile care trebuie să fie luate în considerare
sunt:
• Presiunea nu trebuie sa fie mare
• Capacitatea trebuie sa fie apropiata de agentul frigorific original
• Agenții frigorifici ușor inflamabili, inflamabili și cu toxicitate ridicată nu sunt
adecvați pentru a efectua un retrofit al unui sistem existent .
• Debitul maselor de agent frigorific, relația dintre presiune și temperatura,
temperatura cu care este evacuat se abat în multe cazuri în comparație cu R404A.
• Parametrii de funcționare a instalației frigorifice cu acumulare de gheata la
recepția laptelui se încadrează în planul de îmbunătățire a liniei tehnologice de
la atelierul de microproducție .
În urma respectări principiilor de răcire a instalațiilor cu acu mulare de gheata s -a putut
alege un sistem frigorific potrivit pentru a fi implementat.
În această lucrare am realizat studiul implementări unei instalații frigorifice cu
acumulare de gheață care asigură răcirea a încă două spații.
După calculul pe baza da telor inițiale am obținut :
• instalația frigorifică, având o putere de 7,7 kW, are suficientă putere pentru
formarea stratului de gheață , fiind disponibilă și o putere de aproximativ 6,1 kW
pentru răcirea spațiilor frigorifice .
• lungimea țevii este suficientă pentru a asigura transmiterea puterii frigorifice
necesare funcționării permanente atunci când pe țeava se află gheață .
• puterea frigorifică poate fi transmisă de la țeavă către apă pentru a se asigura
formarea gheții
• dimensiunile instalației sunt corespunzătoare pentru spațiile ce trebuie răcite
Caracteristicile instalației frigorifice se încadrează în cerințele impuse de îmbunătățire
și în spațiul alocat instalări acesteia.

48
BIBLIOGRAFIE
1. Bălan M. – Instalații frigorifice – teorie și programe de instruire . Univ. Tehnică
Cluj-Napoca (http://www.termo.utcluj.ro/if/)
2. Bălan M. , Pleșa Angela , 2003 – Instalații frigorifice – construcție , funcționare și
calcul. Univ. Tehnică Cluj – Napoca.
3. Chiriac F ., 1981 – Instalații frigorifice. Edit. D idactică și Pedagogică, București .
4. Hera D ., 2004 – Instalații frigorifice – vol. 1 ( agenții frigorifici). Edit.
MATRIXROM, București .
5. Hera D. , 2009 – Instalații frigorifice – vol. 3 (Echipamente frigorifice). Edit.
MATRIXROM, București .
6. Horbaniuc B , 2006 – Instalații frigorifice și de climatizare în industria alimentară
(vol. 1) . Edit. Cermi, Iași.
7. Horbaniuc B , 2007 – Instalații frigorifice și de climatizare în industria alimentară
(vol. 2). Edit. Cermi, Iași.
8. Ilie Anica, Girip Alina, Drughean L., Nichita M ădălina , 2014 – Calculul termic,
cicluri și scheme pentru proiectarea instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanică. Edit.
MATRIXROM, București .
9. Niculiță P. , 1998 – Tehnica și tehnologia frigului în domenii agroalimentare. Edit.
Didactică și Pedagogică, București .
10. Porneală S., Bălan M. , 2003 – Utilizarea frigului artificial. Edit. Todesco
(http://www.termo.utcluj.ro/ufa/index.html).
11. Porneal ă, S. ș.a ., 1986 – Tehnologia utilizării frigului artificial. Univ. Galați .
12. Porneală, S., Porneală, D. 1997 – Instalații frigorifice și climatizări în industria
alimentară. Teorie și aplicații numerice. Edit. Alma, Galați .
13. Roșca R., 2017 – Instalații frigorifice și de climatizare in industria alimentara (ed.
a III-a). Edit. Ion Ionescu de la Brad, Iași.
14. Sara vacos G., Kostaropoulos A.E ., 2016 – Handbook of food processing
equipment. Springer International Publishing, Switzerland.
15. Porneală S.,Bălșan M. –Utilizarea frigului artificial, disponibil la
http:/ /www.termo.utcluj.ro/ufa/index.html
16. http://217.29.32.151/guntner.us/products/guntner -product -calculator -mpc-
selection -software/
17. https://www.ipu.dk/products/coolpack
18. Maake,W.,Eckert, H -J., Cauchepin, J -L. Le Pohlmann ,1993. Manuel technique
du froid. Deuxième édition. Thome 1. PYC Edition, Paris

49
19. Cara Bogdan, I., Gh., Badea, A., Ion escu, L., Leca, A., Ghia, V., Nistor,
I.,Cserveny, I ,1978. Instalații termice industriale. Editura Tehnică , București ,.
20. Usturoi, Marius Giorgi, 2007 , Tehnologia laptelui și a produselor derivate ,ed.
Alfa, Iași .
21. Ioan Tofan , 2005 Lanțul frigorific al produs elor alimentare perisabile le.
Ed.AGIR, București
22. http://adrian -badea.ro/wp -content/uploads/2015/07/EIT_Capitolul -10.pdf
23. Puțan, V ., Agregate termice, Editura Cermi, Iași, 2008.
24. Mohanraj, M., Jayaraj S., Muraleedharan, C ., Comparative assessment of
environment -friendly alternatives to R134a in domestic refrigerators , Energy
Efficiency 2008
25. Vîlceanu, L., Flori , M., Termotehnică. Aplic ații practice, Îndrumar laborator,
Editura Politehnica Timișoara, 2009.
26. https://www.epeeglobal.org/wp -content/uploads/2018 -03-12-NEW -R404A -leaflet –
ROM -LAY.pdf