Metode de Refrigerare Si Congelare a Produselor de Origine Animala

INTRODUCERE

Valoarea nutritiv-biologică a cărnii este reflectată de calitatea și conținutul ei în aminoacizi esențiali, implicați în menținerea unei balanțe azotate normale.

Datorită conținutului în substanțe nutritive cu rol în procesele de apărare, carnea mărește rezistența organismului fața de infecți și la acțiunea diferitelor substanțe toxice; în același timp, stimuleaza activitatea sistemului nervos central si contribuie la sporirea capacitatii de munca.

Indiferent de specie, proteinele carnii au o compozitie in aminoacizi aproape constanta cu exceptia carnurilor cu mult tesut conjuctiv in care predomina aminoacizi neesentiali (prolina, hidroxiprolina si glicina). Proteinele din carne contin cantitati mai mari de metionina si lizina, dar sunt ceva mai sarace in leucina, izoleucina si valina. Prin bogatia lor in lizina (aminoacid cu rol anabolic), proteinele din carne exercita cel mai puternic efect de suplimentare si de ridicare a valorii nutritive a proteinelor in produselor cerealiere, care sunt sarace in acest aminoacid.

Carnea, dar mai ales viscerele, reprezinta cea mai bogata sursa de fier bine folosit de organism si compenseaza deficitul acestuia din lapte. Carnea este bogata in vitaminele din grupul B si reprezinta una din cele mai importante surse de vitamina PP din hrana omului. Continutul in vitamine variaza mult atat de la o specie la alta (carnea de porc este foarte bogata in tiamina), cat mai ales in functie de starea de ingrasare (carnea grasa este mai saraca in vitamine decat cea slaba). Prin bogatia proteinelor in aminoacizi care participa in proportie ridicata la formarea hemoglobinei (fenilalanina, histidina, lizina si triptofan), ca si prin continutul sau crescut in fier bine folosit de organism si in vitamine cu rol hematopoetic (in special complexul B), carnea si mai ales ficatul exercita cea mai puternica actiune eritropoetica si antianemica.

Grasimile din carne acopera in mare masura necesarul energetic al organismului. Grasimile din carne sunt alcatuite din acizi grasi saturati, ceea ce face sa creasca colesterolamina in mai mare masura decat cele in care predomina acizi nesaturati. ([NUME_REDACTAT] U. ,, [NUME_REDACTAT] Alimentelor)

Capitolul 1

METODE DE REFRIGERARE SI CONGELARE A PRODUSELOR DE ORIGINE ANIMALA

Frigul artificial este unul din mijloacele de conservare cele mai raspandite, fiind aplicat atat in tehnologiile de prelucrare a carnii cat mai ales ca metoda de conservare.Utilizarea frigului permite: pastrarea carnii si a subproduselor in orice perioada a anului; face posibil transportul acestora la orice distanta; asigura ritmicitate in productia si industria carnii.

Trebuie respectate urmatoarele principia:

produsul obtinut sa fie salubru;

tratament frigotehnic facut precoce si pe tot fluxul tehnologic de la producator pana la consumator;

igiena severa pe tot parcursul prelucrarilor si manipularilor.

In functie de nivelul de temperatura, utilizarea frigului pentru conservarea carnii implica doua procedee tehnice, refrigerarea si congelarea.

[NUME_REDACTAT] caracterizata prin racirea produsului la t > 0ºC (0-4ºC), conservarea fiind de la cateva zile pana la cateva saptamani, in functie de produs, temperatura de depozitare si tipul de ambalaj folosit.

Refrigerarea produce:

Incetinirea dezvoltarii microflorei provenite din contaminari interne si externe;

Reducerea vitezei reactiilor hidrolitice si oxidative catalizate de enzime;

Diminuarea unor procese fizice.

[NUME_REDACTAT] este caracterizata prin scaderea temperaturi produselor sub 0 ºC (in general aproape de -18 ºC), putandu-se realiza o durata de conservare de cateva luni.

Congelarea produce:

Blocarea multiplicarii microorganismelor si distrugerea unor germeni sensibili (criosterilizare);

Oprirea celor mai multe dintre reactiile biochimice care au loc in carne post sacrificare.

De remarcat ca, prin frig, nu se pot controla reactiile chimice ca urmare a atacului oxigenului, deoarece autooxidarea imprica un lant de reactii chimice a caror energie de activare este mica si in consecinta aceste reactii (contrar reactiilor enzimatice) sunt mai putin sensibile la actiunea frigului, adica nu urmeaza regula lui Van’t Hoff.

([NUME_REDACTAT], Procesarea industriala a carnii”)

Prezenta microorganismelor in carne: origine si localizare

Carcasele provenite de la animalele sacrificate in bune conditii prezinta urmatoarele caracteristici microbiologice:

tesutul muscular in profunzime este aproape steril (… germeni/g).

Eventualii germeni provin din tractusul intestinal prin traversarea barierei intestinale si vehicularea lor prin sange pana la tesutul muscular. Aceasta traversare are loc cnad eviscerarea este intarziata; contaminare de suprafata datorita germenilor proveniti din aerul salilor de sacrificare sau datorita manipularilor.

Multiplicarea germenilor de suprafata este influentata de: temperatura de pastrare, umezeala relativa a aerului, starea carnii la suprafata (starea igienica, prezenta saua bsenta grasimii la suprafata, umiditatea carnii la suprafata, pH-ul carnii)

Consecinta multiplicarii microorganismelor in profunzime sau la suprafata este alterarea, care se traduce prin pierderi economice (se confisca), iar daca sunt prezente si bacteriile patogene este afectata starea de sanatate a consumatorului, in conditiile in care carnea este data fraudulos in consum. Alterarea profunda este cea mai periculoasa, fiind provocata in principal de Clostridium perfringens, a carui multiplicare depinde de pH si de temperatura carnii.

Procedee de refrigerare

1.2.1 Refrigerarea rapida in curent de aer

Refrigerarea rapida poate fi facuta intr-o singura faza si in doua faze. Refrigerarea rapida intr-o singura faza poate fi asigurata prin radiatie (in camere) si prin convectie (in tuneluri). Refrigerarea rapida in doua faze se asigura prin convectie in aceeasi incapere sau in incaperi diferite.

In mod curent se aplica refrigerarea rapida intr-o singura faza si in doua faze, prin convectie.

1.2.1.1 Refrigerarea rapida intr-o singura faza prin convectie fortata, este un procedeu de refrigerare care se realizeaza in tuneluri cu deschideri de 6 m si lungimi de 12; 15 sau 18 m (abatoare mari). Circulatia aerului poate fi longitudinala, transversala sau verticala (de sus in jos). Vitezele aerului pe tunelul gol vor fi:

circulatie longitudinala, 1-3 m/s;

cirgulatie transversala: ventilatoarele trebuie sa aiba debitul corespunzator unei reciclari de 250 ori volumul de aer din tunel;

circulatie verticala, 1,5 – 2,0 m/s.

La refrigerarea rapida intr-o singura faza, viteza aerului si temperatura acestuia, in jur de 0ºC, se mentin constante pe toata durata procesului. Datorita racirii rapide a suprafetei produselor se ajunge, dupa o anumita perioada ca temperatura la suprafata produselor sa fie apropiata de cea a aerului rece. In acest caz, transmiterea caldurii de la suprafata produselor (carcase de carne) este limitata, diferenta de temperatura fiind redusa si va depinde de transmiterea caldurii prin conductie de la centrul termic al produsului (carcasei) catre suprafata produsului (carcasa).

Procesul de racire este nestationar in timp, fluxul caloric avand valori maxime, la inceputul refrigerarii si minime catre sfarsitul acesteia. Din aceasta cauza, pentru dimensionarea echipamentului frigorific se considera o sarcina de doua ori mai mare decat cea rezultata ca valoare medie din calcul, la care se adauga consumul suplimentar de frig pentru acoperirea caldurii patrunse prin suprafetele delimitatoare izolate termic precum si a caldurii provenite din exploatarea tunelului.

La tunelurile cu circulatie longitudinala a aerului racitoarele sunt montate sub plafon, practicandu-se un plafon fals care separa spatiul de refrigerare de cel de racire a aerului. Aerul vehiculat de 2 – 3 ventilatoare elicoidale, montate la o extremitate a tavanului fals, este aspirat de acestea prin fantele practicate intre tavan si peretii frontali ai tunelului si refulat peste elementele de racire, in spatiul de refrigerare, la cealalta extremitate a tunelului.

Ventilatoarele utilizate trebuie sa aiba posibilitatea inversarii sensului de rotire, astfel incat, periodic, sa se schimbe si sensul curentului de aer, asigurandu-se in acelasi timp, acelasi regim pentru toate produsele.

Pentru colectarea apelor provenite din condensarea vaporilor pe elementele de racire sau din topirea ghetii formate, sub racitoare sunt montate tavi.

Pentru refrigerarea carcaselor de porc sau semicarcaselor de vita se pread sub tavanul fals, linii aeriene (monoraiuri) de suspendare a acestora. Se pot folosi si carucioare cu stelaje pe care sunt asezate carcasele de porc sistem utilizat in cazul depozitarii prin paletizare.

Aceste tuneluri pot fi adaptate usor de la un regim de functionare semi-continua, practicandu-se o a doua usa pe peretele frontal, opus celei de introducere a carnii, prin care periodic sunt scoase carcasele sau semicarcasele de carne. Sistemul prezinta avantajul mentinerii tunelului permanent in stare incarcata si cu un consum mai redus de frig si eliminarea timpilor neproductivi consumati la incarcarea-descarcarea tunelurilor cu functionare discontinua.

O racire mai intensa se obtine la tunelurile cu circulatie verticala a aerului. Aerul este racit in racitoarele montate la exteriorul unuia din peretii frontali ai tunelului si refulat de ventilatoarele centrifugale in spatiul dintre tavanul fals si plafon.

Tavanul fals are practicate fante (deschideri) deasupra liniilor aeriene de care sunt suspendate semicarcasele si carcasele, respectiv deasupra stelajelor cu produse alimentare diverse, fante prin care patrunde aerul rece.

Acesta (aerul) ,,spala” produsele de sus in jos. In cazul semicarcaselor sau carcaselor de carne, aerul rece vine in contrast mai intai cu sfertul posterior gros si apoi cu restul semicarcaselor sau carcaselor, asigurand astfel o racire mai uniforma fata de celelalte procedee. Aerul incalzit este aspirat la racitor prin deschideri practicate la partea inferioara a peretelui frontal.

1.2.1.2 Refrigerarea rapdida prin convectie fortata in doua faze

Metoda permite scurtarea duratei de racire, prin folosirea temperaturi mai coborate a aerului la inceputul procesului de refrigerare. In acest caz, regimul de lucru se separa in doua faze:

in faza intai, initiala, se urmareste preluarea intensa a caldurii de la produse prin marirea diferentei de temperaturi (, folosind aer rece la pentru carnea de porc si pentru carnea de vita; carnea fiind calda nu exista pericolul de inghetare superficiala daca se respecta valorile prescrise pentru temperatura mediului de racire pana in momentul trecerii la faza a doua;

in faza a doua se urmareste desavarsirea procesului de racire, proces care este limitat i timp de valoare lui ʎ carne; temperatura aerului se ridica in jurul valorii de 0°C iar viteza curentului de aer poate fi micsorata deoarece are mai mult rolul de a uniformiza campul termic.

Reducerea circulatiei aerului se poate realiza prin folosirea ventilatoarelor cu doua turatii fara insa a se reduce numarul acestora, deoarece s-ar ajunge la o circulatie neuniforma a aerului atat in tunel cat si in racitoare.

Refrigerarea in doua faze in aceeasi incapere are loc in tunel cu caopacitatea de ~ 5 t, fiecare tunel fiind racit independent de la centrala frigorifica. Racitoarele se dimensioneaza pentru o sarcina frigorifica care corespunde preluarii mari de caldura in prima faza: 40.000 KJ/(h·t) carne de porc si 33.500 KJ/(h·t) carne de vita. In faza a doua necesarul de frig este de 2100 KJ/(h·t).

Refrigerarea rapida in doua faze si incaperi diferite se realizeaza astfel: faza intai intr-un tunel cu circulatie fortata iar faza a doua intr-o camera de refrigerare lenta sau chiar in camera de depozitare.

Necesarul de frig pentru prima faza este de 25.000 KJ/(h·t) pentru camera de porc si 21.000 KJ/(h·t) pentru carnea de vita. In faza a doua consumul de frig este de 2100 KJ/(h·t).

Refrigerarea rapida in doua faze prezinta urmatoarele avantaje:

impiedicarea dezvoltarii microorganismelor si mentinerea lor la nivelul initial;

reducerea pierderilor in greutate prin deshidratare, deoarece scaderea rapida a temperaturii suprafetei produsului micsoreaza diferenta de presiuni partiale a vaporilor din straturile de aer si in consecinta, evaporarea umiditatii de la suprafata produselor.

Incarcarile specifice ale tunelurilor de refrigerare sunt prezentate in tabelul 1.1

Incarcarile specifice ale tunelurilor de refrigerare Tabelul 1.1

([NUME_REDACTAT] C., 2003)

Modificari care au loc in carne in timpul refrigerarii si depozitarii

Cele mai importante modificari care au loc la refrigerarea si depozitarea carnii refrigerate sunt: a) pierderile de umiditate (atat la refrigerare cat si la depozitare); b) aparitia fenomenului de cold shortening in timpul refrigerarii carnii calde.

Pierderile de umiditate in timpul refrigerarii carnii se datoreaza:

diferentei de temperatura dintre centrul termic al carnii supusa racirii si suprafata spalata a acesteia de catre aerul rece care favorizeaza fenomenul de termodifuzie a umiditatii la suprafata carnii;

vaporizarea apei la suprafata carnii cauzata de valoarea redusa a presiunii a vaporilor de apa din aerul rece in contact cu carnea;

diferentei de presiuni partiale a vaporilor de apa dinter straturile de aer in contact cu produsul () si cele mai indepartate (avand ceea ce conduce la un proces de difuzie a umiditatii evaporate in curentul de aer. Procesul este intretinut datorita vehicularii continue a aerului si depunerii umiditatii preluate pe elementele de racire, fapt pentru care poate fi considerat constant.

Pierderile procentuale de umiditate la refrigerare vor fi:

· [%]

in care: este umezeala relativa a aerului rece in %;

factor de corectie subunitar (<1);

r – caldura latenta de vaporizare a apei la presiunea respectiv la temperatura ;

v – viteza aerului la racire, in m/s;

F – suprafata semicarcaselor, carcaselor, in ;

G – cantitatea de carne supusa refrigerarii, in kg;

durata refrigerarii, in h;

temperatura suprafetei carcasei, in °C;

temperatura aerului de racire, in °C;

coeficient partial de transfer de caldura prin convectie.

De regula, pierderile de umiditate sunt determinate experimental, acestea sunt influentate de urmatorii factori: temperatura aerului rece (scaderile temperaturii micsoreaza pierderile); umezeala relativa a aerului (o umezeala relativa a aerului scazuta mareste pierderile); circulatia aerului ( marirea vitezei aerului conduce la cresterea pierderilor); durata refrigerarii (scurtarea refrigerarii determina o reducere a pierderilor); natura produsului (cu cat produsul contine o proportie de apa libera mai mare, pierderile prin deshidratare sunt mai mari; cu cat suprafata specifica F/G este mai mare cu atat pierderile sunt mai ridicate); caracteristicile spatiului frigorific (cu cat izolatia termica este mai eficace, iar raportul suprafata exterioara/ volum este mai mic pierderile sunt mai reduse – fluxul de caldura din exterior este redus si umiditatea relativa a aerului din depozit ramane la valori mai ridicate); gradul de incarcare al spatiului frigorific (pierderile sunt cu atat mai mici cu cat gradul de incarcare este mai mare); conditiile climatice si anotimpul (datorita fluxului de caldura mai mare in timpul verii, pierderile in greutate sunt mai mari decat iarna); echipamentul frigorific al spatiilor racite (influenteaza prin modul de preluare a caldurii cedate de carne; cu cat transmiterea caldurii se va face in proportie mai mare prin radiatie decat prin convectie pierderile prin deshidratare vor fi mai reduse); prezenta si natura ambalajului (pierderile sunt mult mai diminuate in cazul ambalarii produsului, mai ales in ambalaje impermeabile la vaporii de apa).

La depozitare se continua pierderile de umiditate cauzate de evaporarea apei din straturile superficiale, pierderi cu atat mai reduse cu cat: temperatura aerului in depozit este mai mica; umezeala relativa mai ridicata; viteza aerului mai mica.

Aceste pierderi variaza in fuctie de specie, marimea carcasei, starea de ingrasare, fiind mai mari in primele zile de depozitare si la carnea mai slaba.

Pierderile aproximative sunt aratate in tabelul 1.2

Pierderile in greutate la refrigerare si depozitare in stare refrigerata Tebelul 1.2

([NUME_REDACTAT] C. 2009)

[NUME_REDACTAT]

Consideratii generale

Congelarea carnii nu are ca scop o imbunatatire a calitatii acesteia, ci mentinerea la un nivel anumit a caracteristicilor sale senzoriale: fragezime, suculenta, gust, miros, culoare. Congelarea asigura o stabilitate mai mare a carnii din punct de vedere microbiologic, deoarece se opreste complet multiplicarea microorganismelor si are loc chiar o distrugere a germenilor sensibili gram-pozitiv, aceasta criosterilizare fiind eficienta pentru contaminantii fecali.

Gradul de distrugere a microorganismelor la temperaturi scazute depinde de nivelul temperaturii, durata actiunii temperaturii, pH-ul substratului, prezenta substantelor protectoare (proteine, lipide), prezenta substantelor cu aciune nociva (NaCl, acizi organici).

Elementul principal care intereseaza in congelarea carnii este apa care, in tesutul muscular, reprezinta ~75%. Aceasta cantitate de apa este distribuita dupa cum urmeaza: 70% in sistemul miofribrilelor, 20% in sistemul sarcoplasmatic si 10% in spatiul extracelular.

Din apa continuta de carne, 88 – 92% poate fi transformata in gheata, dar proportia de apa transformata in gheata depinde de temperatura atinsa de carne. Intre -1 si -5°C, circa 50 – 70% din apa congelabila continuta de produs este transformata in gheata, produsul considerandu-se foarte bine congelat atunci cand atinge – 20 °C, adica atunci cand 90% din apa totala sau 98 – 99% din apa congelabila este transformata in gheata. Sub – 20°C, apa din carne practic nu mai este congelabila, in carne ramanand o faza lichida intercristalina.

Metode si modalitati de congelare a carnii

Metodele de congelare se clasifica dupa doua criterii de baza: intervalul dintre obtinerea carnii si congelare: viteaza medie liniara de congelare.

Dupa primul criteriu, congelarea poate fi:

in doua faze respectiv congelare cu refrigerare prealabila. In acest caz etapa I o constituie refrigerarea care se realizeaza in tuneluri sau camere unde temperatura carnii (carcase, semicarcase) scade de la 37°C la + 4°C in centrul termic al portiunii celei mai groase. Aceasta etapa dureaza 24 – 26 ore. Tinand cont ca iesirea carnii din rigiditate la temperatura de 0°C se obtine dupa 3 – 4 zile, rezulta ca in acest caz carnea se introduce la congelare cand ea se afla inca in rigiditate. Se evita deci fenomenul de thaw-rigor la decongelare. Pentru un tunel de congelare de 12,5 t, cu circulatie longitudinala a aerului, la o viteza a aerului de 1,5 – 2 m/s in tunelul gol, cu o suprafata a elementelor de racire de 50 , o putere frigorifica instalata de 8000 kcal/h·t si o temperatura de vaporizare a de – 30°C, durata congelarii pentru carnea de vita este de 30 ore iar pentru carnea de porc 20 h.

congelare cu refrigerare si depozitare prealabila. Aceasta este considerata ca metoda cea mai buna pentru obtinerea carnii de calitate superioara, deoarece prin depozitarea carnii refrigerate timp de 2 – 3 zile aceasta iese din rigiditate, astfel incat congelarea si decongelarea vor gasi carnea in faza de maturare;

congelarea carnii in stare calda. In acest caz, carnea intra la congelare in faza de prerigor. Avantajele acestei metode ar fi: micsorarea duratei totale a procesului frigorific; reducerea spatiului frigorific; reducerea manipularilor; reducerea pierderilor in greutate. La congelarea calde, durata procesului de congelare propriu-zisa este mai mare cu ~20% fata de congelarea cu refrigerare prealabila, in aceleasi conditii de lucru. Pentru obtinerea de durate egale de congelare, capacitatea frigorifica trebuie majorata corespunzator.

produse congelate (Frozen foodstuffs) care sunt obtinute printr-o congelare obisnuita, temperatura medie a acestora scazand sub – 10°C intr-un timp care nu permite desfasurarea reactiilor enzimatice si microbiologice nedorite. Depozitarea acestor produse se face la temperatura de ~ – 10°C. Aceste produse se congeleaza la o viteza liniara de ~ 0,5 cm/h. Aceasta congelare se aplica pentru produse cu grosimi mari (carne in carcase, semicarcase, blocuri)

produse congelate adanc (Deep frozen foodstuffs) care se obtin la o congelare cu viteza liniara mai mare de 0,5 cm/h. Conditiile care se impun in acest caz sunt urmatoarele: traversarea zonei de formare si crestere a cristalelor de gheata, intr-un timp cat mai scurt (zona de congelare); temperatura medie a produselor sa fie sub –18°C; fiecare produs congelat pus in vanzare va avea ambalaj individual, inert fata de produs, rezistent din puct de vedere mecanic, impermeabil la vaporii de apa; interzicerea vanzarii produselor sub aceasta denumire daca acestea au suferit decongelari accidentale, partiale sau totale, chiar daca ulterior acestea au fost recongelate.

Modalitati de congelare

Carnea poate fi congelata sub urmatoarele forme:

in carcase, semicarcase, sferturi in care caz se recomanda:

temperatura de vaporizare -40…- 42°C;

viteza aerului 3-4,5 m/s;

incarcarea la capacitate nominala a tunelului;

temperatura aerului la sfarsitul congelarii -30…-35°C.

Incarcarile spatiilor si caracteristicile tehnologiei de congelare a carnii in carcase, jumatati, sferturi sunt prezentate in tabele 1.3 si 1.4.

Incarcari speficice la congelarea carnii Tabelul 1.3

Caracteristicile congelarii cu refrigerare prealabila Tabelul 1.4

sub forma de carne transata. Transarea carnii se executa in incaperi care trebuie sa asigure:

temperatura aerului 8…10°C;

umiditate relativa a aerului maximum 75%;

viteze ale aerului de 0,25 m/s la nivel de lucru al personalului muncitor.

Carnea transata se congeleaza in tunele cu convectie fortata. In cazul carnii dezosate, in blocuri de 25 kg, congelarea in tunele de congelare cu convectie fortata se face in 18 – 20 ore la temperaturi de vaporizare de -40…-45°C. Pierderile in greutate la congelarea carnii in blocuri sunt de aproximativ 0,6% cand se utilizeaza tavi metalice fara capac si aproape de 2 ori mai mici cand tavile au capac.

Sisteme de congelare

Sisteme de congelare cu functionare discontinua (in sarje). Aceste sistem presupune introducerea produselor in incinte special amenajate, dupa care instalatia de racire aferenta intra in functiune; dupa atingerea in produs a temperaturii prescrise, instalatia de racire se opreste, iar produsele congelate sunt descarcate. Acest sistem de congelare, desi simplu prezinta urmatoarele dezavantaje:

necesita manipulari importante datorita gradului redus de mecanizare-automatizari a incarcarii-descarcarii;

necesita supradimensionarea instalatiei frigorifice datorita neuniformizarii sarcini termice;

conduce la durate relativ mari de congelare;

determina o stationare indelungata a produselor pana la inceperea procesului de congelare.

Sisteme de congelare cu functionare semicontinua. Se caracterizeaza prin aceea ca o anumita cantitate de produse este introdusa pentru congelare si concomitent este scoasa cantitatea de produse deja congelate, la intervale constante de timp. In acest fel aparatele de congelare sunt incarcate in permanenta cu aceeasi cantitate de produse (cu exceptia inceputului si sfarsitului functionarii aparatului), sarcina frigorifica fiind constanta. Introducerea/scoaterea produselor in sistemul semicontinuu pot fi mecanizate si automatizate.

Sisteme de congelare functionare continua. Se caracterizeaza prin accea ca trecerea produselor prin aparatul de congelare se realizeaza continuu sau intrerupt ritmic. Aplicarea sistemului presupune:

existenta liniilor continue la tratamentele preliminarii;

limitarea grosimii produselor supuse congelarii in scopul scurtarii duratei de congelare si a reducerii gabaritului aparatelor;

capacitati de congelare relativ mari ( > 1 t/h), deoarece la capacitati mai mici costurile de amortizare ale mecanizarii-automatizarii devin mai mari.

Capitolul 2

TEHNOLOGII DE OBTINERE A CARCASELOR

2.1 Tranșarea, dezosarea și alegerea cărnii

2.1.1 Date generale

Carnea destinată fabricării produselor din carne se supune operațiilor de tranșare,dezosare și alegere. Tranșarea este operația prin care sferturile și jumătățile sunt împărțite în porțiuni anatomice mari. Dezosarea este operația prin care carnea se desprinde de pe oase. Alegerea cărnii este operația prin care se sortează carnea pe calități. Criteriile de sortare sunt în funcție de prevederile standardelor de ramură pentru fiecare calitate de carne, privind cantitatea de țesut muscular gras sau conjunctiv care caracterizează fiecare sortiment. Prin alegerea cărnii se îndepărtează flaxurile tari (tendoanele), aponevrozele, cordoanele vasculare și nervoase, cartilajele, resturile de oase și o parte din grăsime. Prin această operație se face porționarea cărnii în bucăți mai mici (100-500 grame) și împărțirea acestora pe calități. În secțiile destinate acestor operații (secțiile de tranșare) temperatura trebuie să fie de maxim +120C și umiditatea relativă a aerului de circa 80%. Aceste secții trebuie să fie bine aerisite și iluminate. Ele trebuie să îndeplinească toate condițiile igienico-sanitare și de tehnică a securității muncii ([NUME_REDACTAT]. și colab., 2006).

Pe durata acestui proces, carnea nu trebuie îngrămădită pe mese, iar muncitorii trebuie să aibă cuțitele bine ascuțite. Utilajele și ustensilele folosite trebuie menținute în permanență curate, iar muncitorii vor purta haine de protecție albe, curate. De asemenea, nu se permite accesul acestora în sălile de tranșare neigienizați, cu unghiile neîngrijite sau cu răni la mâini.

Personalul care realizează tranșarea, dezosarea și alegerea cărnii trebuie să fie calificat, operațiile să se efectueze pe mese din material inoxidabil, prevăzute pe margini cu blaturi din lemn sau material plastic pe care se taie carnea.

La tranșarea cărnii pentru industrie, se obțin următoarele piese anatomice:

din carne de bovine: spată, gât, coșul pieptului, rasol anterior, mușchi, vrăbioară cu fleică, pulpă și rasol din spate;

din canre de porc cu slănină: slănină, mușchiuleț, rasol din față, spată, gușă, garf, piept, pulpă, rasol din spate;

Tabel nr.1.2

Sortimente de carne care rezultă la tranșarea cărnii de vită și porc (după Banu C., 2009)

După tranșare, carnea de bovină este aleasă pe trei calități, în funcție de cantitatea de țesut conjunctiv pe care o conține, astfel:

calitatea I cu un conținut 6% țesut conjunctiv;

calitatea a II-a cu un conținut de 6-20% țesut conjunctiv;

calitatea a III-a cu un conținut de peste 20% țesut conjunctiv.

Carnea de porc aleasă după cantitatea de grăsime, se sortează în:

carne grasă (50% grăsime intramusculară);

carne semigrasă (30-35% grăsime intramusculară);

carne slabă (<10% grăsime intramusculară) ([NUME_REDACTAT]. și colab., 2000).

2.1.2 Tranșarea, dezosarea și alegerea cărnii de bovine

Tranșarea cărnii

Figura 2.2- Tranșarea carcasei pe calități: specialități: 1- mușchi (file); 2- antricot; 3- vrăbioară; calitatea I: 4- pulpă; 5- grebăn; 6-cap de piept fără salbă și fără mugure de piept; calitatea a II-a: 7- piept; 8- blet cu față; 9- fleică; 10- spată; 11- mugure de piept; calitatea a III-a: 12- gât cu junghetură și salbă; 13- rasol din spate; 14- cheie din spate; 15- rasol din față; 16- rasol nemțesc; 17- cheia din față; 18- coada (după [NUME_REDACTAT]. și colab., 2000).

În întrepindere materia primă se recepționează în sferturi anterioare și sferturi posterioare.

Sfertul anterior se tranșează în: spată cu rasol, gât, grebăn, antricot, piept și blet, capul de piept.

Sfertul posterior se tranșează în: mușchi, vrăbioară, pulpă, rasol, fleică cu os, coadă.

Antricotul, mușchiul și vrăbioara se vor destina cu prioritate pentru consumul populației, livrându-se ca atare. Prelucrarea acestor porțiuni pentru consumul populației se face conform standardului.

Conform figurii 2.2, sfertul anterior cuprinde:

Spata cu rasol care este alcătuită din spata cu os, rasolul nemțesc și rasolul din față.

Spata cu os cuprinde osul scapulum (spata) cu musculatra aferentă, inclusiv mușchii situați între spată și antebraț (fără rasolul nemțesc și rasolul cu cheie).

Rasolul nemțesc cuprinde osul humerus cu musculatura aferentă (bicepsul și brahialul). Nu cuprinde mușchii situați între spată și antebraț care rămân la spată.

Rasolul cu cheie cuprinde oasele antebrațului (radiu și ulna) și musculatura aferentă acestei zone. Este delimitat superior de o secțiune ce trece prin articulația radio-humerală, iar inferior de o secțiune ce trece prin articulația carpo-metacarpiană, rămânând la rasol oasele carpiene.

Gâtul cuprinde vertebrele cervicale și musculatura aferentă. Este delimitat anterior de prima vertebră cervicală și posterior de linia ce trece între vertebrele cervicale 5 și 6.

Greabănul este delimitat anterior de linia ce trece între vertebrele cervicale 5 și 6, posterior de spațiul intercostal 5 și 6, iar inferior cuprinde treimea superioară a coastelor.

Antricotul este mușschiul din regiunea dorsală delimitat anterior de spațiul interostal 5-6; posterior de unul din spațiile intercostale 8-13, în funcție de sfertuirea carcasei, iar inferior de secțiunea ce trece între treimea superioară și medie a coastelor, se scoate șira. Secționarea piesei se face perpendicular, astefel încât să cuprindă toate straturile de mușchi.

Pieptul și bletul, cu și fără față, cuprind musculatura intercostală și coastele. Este delimitat superior de o secțiune ce trece între treimea superioară și medie a coastelor, inferior de capul de piept, anterior de prima coastă, iar posterior de fleică (între spațiile intercostale 8-13, în funcție de sfertuire).

Capul de piept cuprinde capul și mugurele de piept, inclusiv osul sternal. Este delimitat superior de bletul fără față (secțiune ce trece prin treimea mijlocie a coastelor), iar posterior de secțiunea ce trece prin spațiul intercostal 5-6.

Sfertul posterior cuprinde:

Mușchiul care este situat în regiunea dorso-lombară sub apofizele transverse și paleta osului iliac. Cuprinde mușchii psoasul mare, psoasul mic și iliacul (călcâiul).

Vrăbioara cu os este delimitată anterior între spațiile 8-13, în funcție de sfertuirea carcaselor, posterior între ultima vertebră lombară și prima sacrală, iar inferior de marginea inferioară a mușchiului.

Pulpa cu os este delimtată anterior de secțiunea ce trece între ultima vertebră lombară și prima sacrală, continuându-se în jos pe linia de separare cu fleica, iar de rasol prin articulația femuro-tibio-rotuliană, rămânând la pulpă musculatura aferentă oaselor bazinului și femurului.

Rasolul cu cheie cuprinde musculatura aferentă oaselor tibia și peroneu. Este delimitat superior de articulația femuro-tibială, iar inferior de articulația tarso-metatarsiană, rămânând la rasol oasele tarsiene.

Fleica cu os cuprinde musculatura abdominală și intercostală, fiind delimitată annterior de linia ce trece între spațiile intercostale 8-13 (în funcție de sfertuire), superior de marginea inferioară a mușchiului dorsal (vrăbioară) și posterior de linia ce o separă de pulpă.

Coada cuprinde musculatura cu vertebrele coccigiene, începând cu cea de a doua ce o separă de osul sacrum și fără ultimele 4 vertebre din vârf ([NUME_REDACTAT]. și colab., 2006).

Dezosarea cărnii

Dezosarea se execută pe fiecare porțiune anatomică tranșată, desprinzându-se integral carnea de pe oase, astfel:

Spata: se scot oasele: spata, radius și ulna (cubitus), rămânând carnea de calitatea I. Rasolul cu cheia se separă.

Gâtul se dezosează cu atenție pentru scoaterea cărnii de pe vertebre. Din această porțiune după alegere rezultă carne de calitatea I și calitatea a II-a.

Sternul se dezosează cu atenție separându-se seul și carnea de pe cartilagii, rezultând carne de calitatea a II-a și a III-a.

Antricotul se dezosează pentru I.A.P. În cazul în care nu se detașează ca piesă separată, se dezosează odată cu pieptul.

Greabănul se dezosează desprinzându-se integral carnea de pe oase, rezultând carne de calitatea I și calitatea a II-a.

Pieptul se dezosează trăgându-se carnea de pe coaste și se obține carne de calitatea a II-a si a III-a.

Din sfertul posterior :

Coada se livrează de către fabrică pentru consum.

Mușchiul se separă pentru alimentație sau pentru preambalare.

Vrăbioara se va destina în primul rând la I.A.P. În acest scop se dezosează complet. Uneori nu se dezosează, ci se livrează ca atare.

Pulpa cu fleica și rasolul din spate se dezosează, rezultând carne de calitate I

Alegerea cărnii

Operația trebuie să conducă la o carne fără seu în exces (se admite seul de perselare și marmorare), fără cartilaje sau flaxuri.

Carnea se sortează pe calități, în funcție de cantitatea de țesut conjunctiv:

Calitatea I care nu trebuie să aibă mai mult de 6% țesut conjunctiv;

Calitatea a II-a cu un conținut de 6-20% țesut conjunctiv;

Calitatea a III-a cu un conținut de peste 20% țesut conjunctiv.

La tranșarea pentru preparatele de carne se au în vedere indicatorii orientativi prezentați în tabelele 2.1 și 2.2.

Tabelul 2.1

Rezultatele tranșării pentru carne de vită și mânzat (după Banu C. și colab., 2003)

Unde:

A- bovină adultă tranșată pentru conserve, salamuri crude, preparate;

B- bovină adultă tranșată pentru conserve, salamuri crude, preparate și semipreparate;

C- mânzat tranșat pentru industrie.

Schema fluxului tehnologic de tranșare a cărnii de bovine

Figura 2.3- Diagrama flux pentru tranșarea cărnii de bovine

Specialitățile reprezintă 2% din greutatea carcasei și sunt reprezentate de mușchiuleț.

Carnea de calitate superioară este reprezentată de antricot și vrăbioară și reprezintă 49-51% din greutatea carcasei.

Calitatea I reprezintă 38-40% din greutatea carcasei și conține următoarele porțiuni anatomice: pulpa, grebăn, capul de piept fără mugure.

Carnea de calitatea a II-a reprezintă 8% din greutatea carcasei și este reprezentată de pieptul cu blet, fleică, spată.

Calitatea a III-a prezintă următoarele porțiuni anatomice: gât, rasol din față și spate, cheia din față și spate și coada. Reprezintă 13% din greutatea carcasei (Boișteanu P., 2013).

2.1.3 Tranșarea, dezosarea și alegerea cărnii de suine

Tranșarea cărnii

Figura 2.4- Tranșarea carcasei pe calități: 1- mușchiuleț; 2- cotlet; 3- pulpa (jambon); 4- mijlocul de piept; 5- spată; 6- ceafă cu cap de piept; 7- fleică; 8- rasol față; 9- rasol spate; 10- cap; 11- picior spate; 12- picior din față (după [NUME_REDACTAT]. și colab., 2006).

Carnea de porc în jumătăți este adusă pe linia aeriană în sala de tranșare, unde este cântărită pe cântarul aerian. Jumătățile de porc se tranșează în următoarele porțiuni anatomice: piept, slănină, spata (cu rasolul din față), mușchiulețul, garful (ceafa+antricotul+cotletul), pulpa (cu rasolul din spate).

Pieptul are ca bază anatomică sternul și coastele. Lungimea este delimitată în față de linia care trece între a 3-a și a 4-a coastă, iar în partea din spate de linia care trece între ultima vertebră lombară și prima sacrală (curpinde și fleica). Lățimea este delimitată în partea superioară de linia care trece între treimea superioară și treimea mijlocie a coastelor paralelă cu coloana vertebrală, iar la partea inferioară de linia mediană a sternului și abdomenului.

Slănina reprezintă stratul de grăsime care acoperă toată lungimea jumătății (pe spinare și părțile laterale). Desprinderea slăninii se face cu cuțitul, astfel încât pe slănină să nu rămână resturi de carne și nici pe carne resturi de slănină. La această operație trebuie să se lucreze cu atenție pentru a nu se produce tăieturi transversale sau oblice (buzunare) pe slănină.

Spata cu rasolul din față cuprinde musculatura aferentă oaselor scapulum (spată), humerus, radius și cubitus. Se detașează prin o tăietură sub spată și deasupra coastelor, trecând prin mușchiul care leagă spata de antricot și piept.

Spata curpinde osul scapulum (spata) și musculatura aferentă acestuia.

Rasolul din față cu cheie (ciolan) cuprinde musculatura oaselor humerus, radius și cubitus și a oaselor carpiene. Se desparte superior de spată la articulația humero-scapulară, iar inferior la articulația carpo-metacarpiană (sub oasele carpiene care rămân la rasol).

Mușchiulețul este constituit din mușchii psoas major, psoas minor și iliac.

Garful are ca suport toată coloana vertebrală din regiunea cervicală până în cea lombară inclusiv, cuprinzând și treimea superioară a coastelor (după detașarea pieptului) și țesutul muscular adiacent. Garful este format din ceafă, antricot și cotlet.

Ceafa cuprinde musculatura din regiunea cervicală, delimitată anterior de prima vertebră cervicală și posterior de tăietura ce trece între coastele 5-6.

Antricotul cuprinde musculatura dorsală și suportul osos, delimitat anterior de ultima vertebră dorsală și posterior de tăietura ce trece între ultima lombară și prima sacrală. Musculatura antricotului și cotletului constituie mușchiul file (destinat mușchiului picant ”Azuga”). Musculatura antricotului și cotletului cu coastă, fără corpul vertebrelor este destinată ”cotletului haiducesc”. Cotletul fără os, fasonat și degresat, ceafa și antricotul cu coastă, degresate, se pot livra ca atare, direct în comerț, preambalate.

Pulpa cuprinde musculatura și suportul osos format din osul cox (ilium, ischium și pubis și osul sacrum), femurul și rotula, delimitată anterior de ultima vertebră lombară, linia de separare de fleică, iar inferior de articulația ce separă pulpa de rasolul din spate.

Rasolul din spate este delimitat în partea superioară de articulația grasetului (femuro-tibială), iar în partea inferioară de articulația jaretului. Cuprinde musculatura aferentă oaselor tibia, peroneul și cele două rânduri de oase tarsiene. Separarea rasolului de pulpă se face cu o secțiune perpendiculară pe articulația femuro-tibio-rotuliană, urmând linia descendentă ce separă mușchii gastrocnemieni (mușchii situați în continuarea pulpei și care rămân la pulpă) de restul mușchilor ce ocupă tibia și peroneul ([NUME_REDACTAT]. și colab., 2006).

Dezosarea cărnii de porc

Dezosarea sau fasonarea porțiunilor rezultate din tranșare se face astfel:

Gușa care se folosește pentru prepararea slăninei cu boia, se fasonează în bucăți dreptunghiulare sau pătrate. Dacă gușa se utilizează ca slănină de lucru se îndepărtează șoriciul și fața de gușă, iar slănina se va tăia în bucăți de 100-200 grame.

Pieptul se fasonează în bucăți dreptunghiulare, îndepărtându-se toată grăsimea moale. Carnea care rezultă din fasonare este carne de lucru, iar grăsimea, după consistență. Se împarte în slănină tare și slănină moale.

Slănina pentru sărare se fasonează în bucăți dreptunghiulare. Bucățile d slănină se sărează prin metoda uscată, iar resturile rămase de la fasonare se folosesc ca slănină pentru preparate de carne.

Spata se dezosează pentru carne de lucru, având în vedere că în planul de sortimente sunt multe produse care necesită carne de calitatea I.

Mușchiulețul se curăță de slănina moale și se livrează ca atare.

Garful se dezosează scoțându-se mușchii cefei și mușchii din regiunea dorsală și lombară.

Mușchii fasonați se vor destina pentru mușchiul țigănesc., mușchi file, ceafă afumată, iar carnea rezultată din fasonare se va folosi drept carne de lucru. Oasele rezultate din scoaterea cărnii se vor curăți, rămânând numai carnea dintre apofize, folosindu-se ca oase garf.

Pulpa se folosește în primul rând pentru șunca presată. După fasonare, pulpa fără ciolan se pregătește pentru injectat.

Atât în sala de tranșare carne de porc, cât și în sala de tranșare carne de vită, sunt prevăzute spălătoare cu pedală, normate confrom intrucțiunilor sanitar-veterinare, precum și sterilizatoare de cuțite și fierestrău. Temperatura în sala de tranșare este de 100C.

Alegerea cărnii de porc

Se îndepărtează slănina și apoi se parcelează în: pulpă, spată, ceafă, piept, gușă și ciolane. Aceste piese fie se lasă ca atare, fie că se dezosează și se procesează în specialități.

Rezultatele tranșării sunt redate în tabelul 2.2.

Tabel 2.2

Rezultatele tranșării cărnii de porc pentru preparate din carne și semiconserve (după Banu C. și colab., 2003)

Schema fluxului tehnologic de tranșare a cărnii de suine

Figura 2.5- Diagrama flux pentru tranșarea cărnii de porc

Specialitățile reprezintă 7-8% din greutatea carcasei și sunt reprezentate de mușchiuleț și cotlet.

Carnea de calitate superioară este reprezentată de antricot, pulpă (jambon) și ceafă și deține cea mai mare pondere (aproximativ 50%) din greutatea carcasei.

Calitatea I reprezintă 25% din greutatea carcasei și conține următoarele porțiuni anatomice: spata și fleica.

Carnea de calitatea a II-a reprezintă 20% din greutatea carcasei și este reprezentată de piept, rasol anterior și posterior (Boișteanu P., 2013).

CAPITOLUL 3

OBȚINEREA FRIGULUI ARTIFICIAL FOLOSIND INSTALAȚII FRIGORIFICE CU COMPRIMARE MECANICĂ DE VAPORI

In istoria frigului artificial, anul 1755-cand [NUME_REDACTAT] a realizat un aparat de produs gheata artificiala prin evaporarea apei la presiune scazuta-poate fi considerat ca anul de nastere al frigului artificial. Fara a intra in detalii, este util de aratat principalele etape in evolutia frigului artificial, in cele peste 2 secole cat au trecut de la inceputurile lui. Acestea pot fi sintetizate astfel:

Cercetarile sistematice asupra lichefierii gazelor, datorate lui M.Faraday, incepand cu anul 1823, ca si cercetarile de termodinamica, care incep in anul 1824 prin activitatea lui S. Carnot si se extind intre anii 1842-1852, au fost hotaratoare in realizarea primelor utilaje frigorifice.

  Inventarea in anul 1834 a masinii frigorifice cu compresie-de vaporizare de vapori lichefiabili-de catre J. Perkins si pusa la punct de J.Harrison, in 1856, este consecinta directa a cercetarilor mentionate anterior precum si realizarii pompei de vid de catre Guericke in anul 1672.

Inventarea masinii frigorifice prin absortie, de catre [NUME_REDACTAT] in anul 1859, care cunoaste curand o dezvoltare industriala, ca si inventarea masinii frigorifice cu compresie si destindere de aer, de catre Kirk in anul 1862, reprezinta doua etape importante in evolutia frigului artificial.

Inventarea masinii de fabricat gheata prin vaporizarea apei in vid, care intra in practica comerciala in anul 1866 cu aparatul lui [NUME_REDACTAT]-fratele lui Ferdinand- poate fi considerata ca un punct de plecare pentru o alta etapa in  producerea frigului artificial. Spre deosebire de masina lui Cullen din anul 1755,care functiona cu o pompa de vid, aparatul lui E. Carre functiona si cu absortia vaporilor de apa de catre acidul sulfuric, aflat intr-un recipient anume.

 Dupa anul 1900, masinile frigorifice sunt produse la scara industriala, iar frigul artificial se extinde practic in toate sectoarele vietii economice. Ca urmare, in anul 1929, americanul [NUME_REDACTAT] a inregistrat brevetul pentru congelarea produselor alimentare si aproape concomitent au aparut frigiderele gospodaresti. Dupa primul razboi mondial se dezvolta in mod rapid folosirea frigului in industria alimentara; apare industria produselor congelate,depozitele de pastrare frigorifica si se fac cercetari pentru pastrarea in atmosfera controlata si cercetari pentru liofilizarea unor alimente, aceasta limitata insa din cauza costurilor ridicate.Dupa al doilea razboi mondial se dezvolta industria frigorifica atat in sfera productiei-instalatii de congelare, refrigerare si depozitare cat si in sfera desfacerii (vehicule frigorifice, vitrine frigorifice, refrigeratoare si congelatoare casnice).

Dupa cum se poate constata,industria frigului de abia a depasit 100 de ani de la aparitie, iar cea a congelarii alimentelor a ajuns la jumatate de secol. Cu toate acestea, intr-o perioada atat de scurta,progresele sunt spectaculoase. Productia de consum de alimente congelate a crescut neincetat in anii de dupa razboi, astazi, in multa tari, alimentele congelate intrand curent in alcatuirea meniurilor zilnice. (www.isobar.ro/info, 16.03.2014)

3.1 Principiul de funcționare al instalațiilor frigorifice

Instalațiile frigorifice și pompele de căldură sunt mașini termice care preiau căldură de la un mediu având temperatura mai scăzută și o cedează unui mediu având temperatura mai ridicată, conform schemei din fig 3.1. Mediul cu temperatura mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit sursa rece, iar mediul cu temperatura mai ridicată, caruia i se cedează căldură, este denumit sursă caldă. Deoarece au capacitate termica infinită, temeperaturile surselor de căldură rămân constante chiar dacă acestea schimbă căldură.

Conform principiului doi al termodinamicii, căldura nu poate trece de la sine de la un corp rece la unul cald; ca urmare, pentru transportul căldurii de la sursa rece la sursa caldă este necesar un aport de energie din exterior. Conform principiului conservării energiei putem scrie:

În cazul instalațiilot frigorifice, sursa rece se regăsește sub temperatura mediului ambiant, iar procesul de coborâre a temperaturii sub această valore, este denumit răcire artificială.

Agentul de lucru care evolueaza in aceste inslatații este denumit agent frigorific.

Q Fig 3.1 – Principiul de functionare al unei instalații frigorifice

P – fluxul de căldură preluat de la sursa rece

fluxul de căldură cedat sursei calde

P – puterea absobita

Evident, pentru ca agentul frigorific să poată prelua căldura de la sursa rece, temperatura sa trebuie să fie mai mică decât temeperatura sursei reci; similar, pentru ca agentul să cedeze căldură sursei calde trebuie ca temperatura agentului frigorific să fie mai mare decât temperatura sursei calde.

Întrucât am presupus inițial că sursa rece și sursa caldă au capacitate termică infinită și temperaturile acestora nu se modifică, preluarea căldurii de către agentul frigorific de la sursa caldă se poate realiza:

cu modificarea temperaturii agentului (Fig 3.2);

cu menținerea constantă a temperaturii agentului (Fig 3.3).

t t temperatura sursei reci

temperatura sursei reci

temperatură agent temperatură agent

S S

S- suprafața schimbătorului de căldură

Figura 3.2 -3.3 Preluarea căldurii de la sursa rece

Din figura 3.2 respectiv 3.3, rezultă clar că menținerea unei temperaturi constante a agentului de lucru creează cele mai bune condiții pentru transferul de căldură (difereța maximă de temperatură); în cazul în care temperatura agentului frigorific crește, diferența de temperatură la care are loc schimbul de căldură, scade iar cantitatea de căldură preluată de la sursa rece scade. Menținerea constantă a temperaturi fluidului pe timpul prelucrării călduri se poate obține doar prin schimbarea stării de agregare a agentului frigorific, pe baza utilizări căldurii latente de vaporizare.

Același raționament este valabil si pentru situația în care agentul frigorific cedează căldură sursei calde: dacă temperatura agentului se modifică (scade, figura 3.4), diferența de temperatură la care are loc schimbul de căldură se micșorează, iar fluxul de căldură se diminuează fața de situația in care temperatura agentului ramâne constantă (figura 3.5). Menținerea constantă a temperaturii agentului este posibilă prin schimbarea stării de agregare, pe baza căldurii latente de condensare.

t temperatură agent t temperatură agent

temperatura sursă caldă s temperatură sursă caldă s

Figura 3.4 – 3.5 cedarea călduri către sursa caldă

Din motivele prezentate anterior, în instalațiile frigorifice și pompele de căldură transferul termic intre agentul de lucru si sursa de căldură are loc prin schimbarea stării de agregare. Cele doua aparate ale instalației frigorifice (sau pompei de căldură), aflate in contact cu sursa de căldură, se numesc vaporizator si respectiv condensator.

Temperaturi la care se vaporizează agnetul frigorific, denumită temperatură de vaporizare, îi corespunde o presiune de saturație unică denumită presiune de vaporizare. Analog, temperaturi la care se condensează agentul frigorific, denumită temperatură de condensare, îi corespunde o presiune de saturație unică denumită presiune de condensare.

Efectul util al instalatiilor frigorifice (frigul artificial) se realizează in vaporizator, prin preluarea de căldură de la sursa rece.

Efectul util al pompelor de căldură se realizează în condensator, prin cedarea de căldură sursei calde.

Domeniul de funtionare al instalatiilor frigorifice si pompelor de caldura rezulta din figura 3.4.

Astfel, instalatia frigorifica (fig 3.4a) preia cantitatea de caldura de la mediul ce trebuie racit si cedeaza cantitatea de caldura mediului exterior, pompa de caldura (fig. 3.4b) preia cantitatea de caldura Q de la mediul exterior si cedeaza cantitatea de caldura spatiului ce trebuie incalzit. Se observa ca atat pentru instalatia frigorifica, cat si pentru pompa de caldura, temeperatura de condesare este mai mare decat temperatura de vaporizare.

Figura 3.4 – Domeniul de functionare al instalatiilor frigorifice si pompelor de caldura

a-instalatie frigorifica;

b-pompa de caldura

– condensator;

– vaporizator;

-temperatura de vaporizare a agentului in instalatia frigorifica;

-temperatura mediului racit;

-temperatura mediului exterior;

-temperatura de condensare a agentului in instalatia frigorifica;

-temperatura de vaporizare a agentului in pompa de caldura;

-temperatura spatiului incalzit;

– temperatura de condensare a agentului in pompa de caldura.

In functie de modul in care se poate obtine cresterea presiunii agentului frigorific, instalatiile frigorifice pot fi:

prin comprimarea mecanica a vaporilor de agent – energia necesara transferului caldurii de la sursa rece la sursa calda este de natura mecanica, fiind obtinuta prin comprimarea vaporilor cu ajutorul unui compresor, care asigura cresterea de presiune;

prin comprimarea termica a vaporilor de agent (cu absorbtie) – energia necesara treansferului caldurii de la sursa rece la sursa calda este de natura termica.

3.2 Agenti frigorifici

Dupa cum am mentionat anterior, fluidul de lucru al instalatiei frigorifice se numeste agent frigorific. Principalele cerinte impuse unui fluid pentru a putea fi utilizat drept agent frigorific sunt:

la nivelul temperaturii ce trebuie realizate in vaporizator, presiunea de vaporizare trebuie sa fie usor superioara presiunii atmosferice;

presiunea de condensare, corespunzatoare temperaturii ce trebuie obtinute in condensator, nu trebuie sa aiba valori foarte mari pentru ca procesul de comprimare sa se realizeze cu un consum mic de energie;

caldura latenta de vaporizare mare, pentru ca debitele de fluid sa fie reduse;

volum specific redus al vaporilor , pentru ca dimensiunile de gabarit ale intalatiei (si in special ale compresoarelor ) sa fie mici;

in cazul compresoarelor ermetice si semiermetice, agentul frigorific trebuie sa fie compatibil cu izolatia conductorilor utilizati in constructia motorului electric de actionare, precum si cu uleiul utilizat prentru ungerea compresorului;

sa nu prezinte pericol de inflamabilitate sau explozie si sa nu fie toxic (in special instalatiilor utilizate in industria alimentara);

sa fie nepoluant

Agentii frigorifici sunt simbolizati cu litera R (refrigerant) si un simbol numeric care deriva din formula chimica, fiind denumiti generic freoni.

Agentii frigorifici sintetici pot fi impartiti in trei categorii:

clorofluorocarburi (CFC), care contin in molecula atomi instabili de clor;

hidroclorofluorocarburi (HCFC), care contin si hidrogen, iar clorul este mai putin instabil;

hidrofluorocarburi (HFC), care contin atomi de clor.

Cercetarile au aratat ca emisiile de CFC conduc la subtierea stratului de ozon, din cauza atomilor de clor. Ca urmare, prin protocolul de la Montreal din 1987 s-a stabilit ca incepand de la 1 ianuarie 2000 acesti freoni sa nu mai fie utilizati in instalatiile frigorifice.

Freonii de tip HCFC sunt denumiti de tranzitie, iar utilizarea acestora este autorizata pana la 31 decembrie 2014; folosirea acestor agenti in instalatiile noi este interzisa din anii 1996, iar incepand din 1 ianuarie 2008 este interzisa utilizarea lor si pentru mentinerea in functiune a instalatiilor existente.

Freonii de tip HFC sunt denumiti de substitutie definitiva, a caror utilizare este permisa pentru o perioada indelungata de timp. Se utilizeaza si amestecuri formate din 2 sau 3 tipuri de freoni, amestecul avand toxicitate sau inflamabilitate mai redusa decat fiecare component in parte. In functie de modul de comportare la schimbarea starii de agregare, aceste amestecuri se impart in:

amestecuri azeotrope (simbolizate R-500…R-599), la care schimbarea starii de agregare are loc la presiune si temperatura constanta (ca si in cazul substantelor pure); spre exemplu agentul R-507 este format din 50% R-125 si 50 % R-143;

amestecuri cvasiazeotrope (simbolizate R-400…R-499), la care schimbarea de faza este insotita de modificarea temperaturii in limitele 0,5…6ºC; spre exemplu, R-404A este format din 44% R-125, 4% R-134a si 52% R-143a);

amestecuri zeotrope,care prezinta modificari importante ale temperaturilor la schimbarea starii de agregare.

In instalatiile frigorifice se pot utiliza si agenti frigorifici naturali, care nu contin fluor si clor, cum ar fi amoniacul (R-717), propan (R-290), bioxid de carbon (R-744).

Modul in care agentii frigorifici afecteaza mediul inconjurator este masurat cu ajutorul a doi indici:

potentialul de distrugere a stratului de ozon (ODP)

potentialul de incalzire globala (GWP)

In tabelul 3.1 sunt prezentate principalele caracteristici ale unor agenti frigorifici folositi in mod curent, iar in tabelul 3-2 este prezentata destinatia acestora.

Tabelul 3.1- Caracteristicile unor agenti frigorifici Tabelul 3.1

HCFC(pe termen scurt)

HCFC/HFC pentru intretinere/service (de tranzitie)

HFC (de substitutie definitiva)

Agenti frigorifici naturali

Atunci cand contactul dintre agentul frigorific si mediul racit poate avea efecte negative (in cazut produselor alimentare, a aerului din incaperile locuite) se utilizeaza agenti intermediari; acestia trebuie sa fie stabili din punct de vedere chimic, sa aiba punctul de solidificare coborat si caldura specifica mare.

Ca agenti intermediari se utilizeaza:

aerul;

apa (pentru temperaturi peste 3…5ºC;

solutii de apa cu saruri minerale sau alcooli.

3.3 Instalatii frigorifice cu comprimare mecanica de vapori intr-o singura treapta, ciclul teoretic de functionare al instalatiilor frigorifice reale

În condiții reale, se manifestă o serie de abateri ale ciclurilor de funcționare a instalațiilor frigorifice de la condițiile ideale sau teoretice analizate în ciclurile prezentate anterior. Astfel, transferul termic în condensator și vaporizator, are loc la diferențe finite de temperatură, iar comprimarea din compresor este o adiabată ireversibilă, datorită frecărilor și altor procese ireversibile. În figura 18, este reprezentat într-o diagramă T-s, un ciclu care ține seama de aceste ireversibilități.

Figura 3.5- Ciclul teoretic de functionare al instalatiei frigorifice reale

Valorile diferențelor de temperatură din vaporizator ∆T0 și din condensator ∆Tk, vor fi analizate ulterior. În compresor, datorită ireversibilităților interne, crește entropia agentului frigorific, ceea ce detemină deplasarea spre dreapta a curbei care reprezintă procesul de comprimare.

Analizând diagrama, se observă că toate ireversibilitățile duc la creșterea suprafeței ciclului, despre care, conform analizelor termodinamice, se știe că este proporțională cu lucrul mecanic necesar funcționării instalației.

Ireversibilitățile menționate pot fi considerate de două tipuri:

ireversibilități externe (transferul termic la diferențe finite de temperatură);

ireversibilități interne (frecări, turbulențe, omogenizări, etc.).

În cele două categorii de ireversibilități pot fi încadrate și o serie de alte pierderi care se întâlnesc în mod uzual în instalațiile frigorifice.

Astfel procesul 1-2, reprezintă comprimarea adiabatică, iar 1-2r reprezintă comprimarea reală (politropică) având indice politropic (n) variabil, diferit de indicele adiabatic (k). Pe durata comprimării, de altfel foarte scurtă, se produc și ireversibilități externe datorate transferulu termic la diferențe finite de temperatură între vaporii de agent frigorific și pereții (cămașa) cilindrului, dar și ireversibilități interne datorate frecărilor dintre straturile de agent, dintre acestea și pereții cilindrului, sau datorate turbulențelor și omogenizărilor. Se observă că datorită ireversibilităților, în timpul comprimării reale, entropia vaporilor crește.

Transformarea 2r-3 reprezintă un proces complex de desupraîncălzire a vaporilor, sau răcire a acestora până la saturație în prima parte a condensatorului, urmat de condensatrea propriu-zisă. Acest proces este în condiții reale caracterizat nu numai de ireversibilități externe, datorate transferului termic la diferențe finite de temperatură, ci și de ireversibilități interne, datorită cărora se poate constata chiar și o oarecare cădere de temperatură pe condensator.

Procesul 3-4 reprezintă laminarea adiabatică în dispozitivul de laminare, caracterizată de ireversibilități interne, care generează creșterea entropiei. Titlul vaporilor la sfârșitul procesului de laminare adiabatică, are valori de cca. 0,15…0,25.

Procesul 4-1 reprezintă vaporizarea însoțită de ireversibilitățile interne tipice pentru procesele de curgere, datorită cărora scade presiunea, dar și de ireversibilități externe, datorate transferului termic la diferențe finite de temperatură.

3.4 Subracirea in instalatiile frigorifice

Cresterea cantitatii de caldura extrase de la sursa rece se poate obtine prin subracirea (scaderea temperaturii) lichidului saturat iesit din condensator.

Subracirea cu agent frigorific (subracirea interna), schema de principiu a undei astfel de instalatii frigorifice este prezentata in fig. 3.6; in acest caz subracitorul (Sr) este un schimbator de caldura prin care circula, pe un circuit vapori reci, proveniti din vaporizator. Vaporii racesc agentul in stare lichida si se incalzesc preluand caldura de la lichidul iesit din condensator. In figura 3.7, procesul (3-3’) reprezinta racirea lichidului saturat, iar procesul (1-1’) reprezinta supraincalzirea vaporilor iesiti din vaporizator. Ambele procese au loc la presiune constanta: incalzirea vaporilor se realizeaza la presiunea din vaporizator, iar racirea lichidului la presiunea din condensator.

Figura 3.6- Schema intalatiei frigorifice cu subracire interna

Sr- subracitor

Figura 3.7- Ciclul de functionare al instalatiei cu subracire interna.

Partea a II-a

Contributii personale

Capitolul 4

4.1 Prezentarea firmei in cadrul careia s-a facut studiul

S.C. FRIGOSTAR S.R.L. este o societate competenta, operativa, integra, deschisa, orientata către client, având ca domeniu de activitate: prestarea de servicii de frig/logistice pentru firme terțe si comercializarea de produse alimentare, respectiv închirierea de spații birouri-logistică și spații frigorifice la standarde europene, autorizate pentru activități de import export și respectiv comerț pe teritoriul comunității europene cu produse de origine animală sau non animală congelate și sau refrigerate.

Este o investiție de capital 100% românesc, creata în anul-2007, reprezentativă la nivel național pentru zona de activitate în domeniul depozitării-distribuției și comercializării de produse alimentare la cele mai înalte standarde de siguranță și calitate.

4.2 Date initiale

Componentele instalației frigorifice vor fi selectate în funcție de parametri determinați în urma calculelor ce vor urma în parcursul acestui capitol.

Suprafața acestui nou depozit de refrigerare a carcaselor de suine este de S=59,8 m2 cu dimensiunile 10,5 x 5,7 x 4,3 m.

Conform acestor dimensiuni ale spațiului s-a determinat cu ajutorul relației Sui = , o suprafață utilă de 46 m2, unde S=59,8 m2 iar ß=coeficientul de încărcare al camerelor de refrigerare cu dimensiunea pardoselei sub 170 m2.

Figura 4.1 Depozit de refregirare

Capacitatea maximă de stocare a depozitului va fi determinată cu ajutorul formulei: m=N ·Sui [kg] unde:

m=capacitatea maximă de încărcare a depozitului;

-N=norma de încărcare cu produse pe unitate de suprafață ( in cazul carcaselor de porc este 170 kg/m2 util);

– Sui=suprafața utilă a depozitului.

În urma introducerii datelor în formulă și a realizării calculelor a rezultat o capacitate maximă de stocare de 7820 kg.

Răcirea carcaselor de porc de la nivelul temperaturii de 25oC până la 5oC se va realiza cu ajutorul unei instalații mecanice cu comprimare de vapori într-o singură treaptă. În cadrul incintei răcite aerul va fi circulat cu ajutorul unui set de ventilatoare.

Pentru a atinge scopul propus, acela de a dimensiona instalația frigorifică pentru acest spațiu, în primul rând trebuie să determinăm sarcina frigorifică.

Sarcina frigorifică va fi determinată pe parcursul acestui capitol însă ținând cont de următorii factori:

suprafața pereților și structura acestora;

volumul camerei;

coeficientul global de transfer de căldură al pereților, tavanului și al pardoselei;

orientarea camerei față de punctele cardinale;

temperaturile din exterior a mediului ambient;

temperaturile din spațiile cu care camera are perete comun;

căldura specifică a produselor;

densitatea aerului la nivelul temperaturilor exterioare;

entalpiile aerului la exteriorul și interiorul camerei.

În funcție de valoarea temperaturii de vaporizare, valoarea temperaturii de condensare și puterea frigorifică ce va rezulta din calculele ulterioare se vor stabili, cu ajutorul pachetului de programe Coolpack, parametrii de funcționare a instalației frigorifice pentru spațiul prezentat în figură.

După identificarea parametrilor de funcționare ai instalatiei frigorifice, următorul pas este reprezentat de alegerea componentelor instalației în funcție de parametrii identificați.

Vaporizatorul cu care va fi dotată instalația va fi ales din programul de fabricație al firmei Friga-Bohn, introducând în programul furnizat de această firmă următorii parametrii:

puterea frigorifică;

temperatura spațiului ce trebuie răcit;

diferența de temperatură dintre temperature din interiorul camerei și temperatura de vaporizare.

Unitatea de condensare va fi aleasă din programul de fabricație pus la dispoziția cumpărătorului de către firma Bitzer, deasemeni introducând o serie de parametrii precum:

cputerea frigorifică;

temperature de vaporizare;

temperature aerului folosit la răcirea produselor;

agentul frigorific utilizat.

4.3 Calculul sarcinii frigorifice

Necesarul de frig se determină din bilanțul termic, pentru un interval de 24 ore [kJ/24], folosind următoarea relație:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4,

unde:

Q1 – cantitatea de căldură ce pătrunde din exterior;

Q2 – reprezintă necesarul de frig tehnologic;

Q3 – reprezintă cantitatea de frig necesară pentru ventilarea camerei;

Q4 – cantitatea de frig pentru necesară în vederea acoperirii pierderilor din timpul exploatării.

Cantitatea de căldură care pătrunsă din exterior prin izolații, din cauza diferențelor de temperatură și a radiației solare, se determină cu ajutorul relației [12]:

Q1  86,4  ki  Si  ti tr  kJ / 24h,

în care:

nki – coeficientul global de schimb de căldură al elementului i; pentru pereți exteriori și interiori se consideră o structură multistrat (figura 4.2);

Si – suprafața elementului i (perete, podea sau plafon);

ti – diferența de temperatură la care se găsește peretele respectiv;

tr – adaos de temperatură ce ține cont de influența radiației solare, care se ia în calcul pentru pereții exteriori și plafoanele ce sunt și acoperiș:

Figura 4.1- Structura peretelui multistrat

În vederea aflării cantitățiii de căldură pătrunsă din exterior prin izolație va trebuii să identificăm pentru fiecare perete precum și pentru plafon și pardoseală coeficientul global de schimb de caldura ki:

Coeficientul global de schimb de căldură ki se calculează cu ajutorul următoarei formule:

In aceasta formula, reprezintă coeficienți de transfer termic convectiv (pentru suprafața dinspre mediul exterior a pereților ext = 29 W/m2.K; pentru suprafața exterioară a pereților interiori ext = 12 W/m2.K; pentru suprafațele dinspre interior ale pereților int = 8 W/m2.K; pentru pardoseală se admite 1/ext = 0)

Structura elementelor de construcție este următoarea:

peretii exteriori 1- 2 (figura 4.1) sunt formati din următoarele straturi (de la exterior la interior):

tencuială exterioară cu 1 = 1 W/m·K și δ1 = 2,4 cm;

zidărie din beton expandat cu λ2 = 0,25 W/m·K și δ2 = 25 cm;

tencuială suport cu λ3 = 1,16 W/m·K și δ3 = 2,8 cm;

bariera de vapori cu λ4 = 0,384 W/m·K și δ4 = 3 mm;

izolație din polistiren cu λ5 = 0,04 W/m·K și δ5 = 10 cm;

tencuială finită cu λ6 = 1,16 W/m·K și δ6 = 2 cm.

Introducând toate aceste date în formula de calcul a coeficientului global de schimb de căldură obținem valoarea lui k = 0,268 [W/m2·K].

pereții interiori 3 și 4 sunt formați din următoarele straturi (de la exterior la interior):

tencuială exterioară cu λ1 = 1 W/m·K și δ 1 = 2,6 cm;

zidărie din beton expandat cu λ 2 = 0,41 W/m·K și δ 2 = 25 cm;

tencuială suport cu λ 3 = 1,16 W/m·K și δ 3 = 2,2 cm;

izolație din polistiren cu λ 5 = 0,04 W/m·K și δ 5 = 10 cm;

tencuială finită cu λ 6 = 1,16 W/m·K și δ 6 = 2,9 cm.

În realizarea pereților interiori nu se utilizează bariera de vapori care este prezentă la pereții exteriori, așadar, prin introducerea datelor în formula de calcul obținem k = 0,295 [W/m2·K].

plafonul (5) se va considera format din următoarele straturi (de la interior spre exterior):

tencuială finită cu = 1,16 W/m·K și  = 2,7 cm;

izolație din polistiren cu  = 0,04 W/m·K și  = 10 cm;

planșeu din beton armat cu  = 2,03 W/m·K și  = 25 cm;

strat de bitum cu  = 0,17 W/m·K și  = 5 mm;

strat din pietriș cu  = 0,7 W/m·K și  = 4 cm.

Introducând aceste date în formula de calcul a coeficientului global de schimb de căldură obținem k = 0,3457 [W/m2·K].

pardoseala (6) se consideră formată din următoarele straturi (de la interior spre exterior):

covor PVC cu = 0,33 W/m·K și  = 3 mm;

hidroizolație cu = 0,17 W/m·K și  = 2,8 cm;

placă din beton armat cu  = 2,03 W/m·K și  = 25 cm;

strat din polistiren extrudat cu  = 0,03 W/m·K și = 2,5 cm

strat din pietriș cu  = 0,7 W/m·K și  = 4 cm.

Utilizând aceste date, obținem pentru pardoseală, valoarea k = 0,7620 [W/m2·K].

După calculul coeficientului global de schimb de căldură următorul pas îl reprezintă calcularea diferenței de temperatură la care se află pereții depozitului. În vederea identificării acestor diferențe de temperatură se ia în vedere o temperatură exterioară tc = 30oC, ceea ce face ca diferența maximă de temperatură tc = 30oC – 5oC = 25oC.

Așadar, diferența de temperatură la care se găsește fiecare element de construcție al depozitului, se calculează după următoarele recomandări:

pentru pereți exteriori și plafoane ce sunt în același timp și acoperiș (terase), diferența de temperatură pentru care se face calculul este ti = tc = 30 – ti (temperatura exterioară se consideră 30 0C);

pentru pereți interiori, plafoane și pardoseli ce separă spațiul frigorific de unul nefrigorific care comunică direct cu exteriorul: ti = (0,7…0,8)tc;

pentru pereți interiori, plafoane și pardoseli ce separă spațiul frigorific de unul nefrigorific care nu comunică direct cu exteriorul: ti = 0,6tc;

pentru pereți interiori, plafoane și pardoseli ce separă două spații frigorifice similare ti = 0,4tc;

pentru pardoseli realizate pe sol se consideră că temperatura solului este de 150C.

În ceea ce privește pereții exteriori și plafoanele, acestea sunt influențate și de poziția pe care o au față de punctele cardinale, astfel că trebuie luată în considerare și influența radiațiilor solare tr astfel:

tr = 0 pentru pereți exteriori orientați spre N;

tr = 5…100C pentru pereți exteriori orientați spre E, V, SE, SV;

tr = 150C pentru pereți exteriori orientați spre S;

tr = 15…180C pentru plafoane care sunt și acoperiș sau terasă. Cu aceste date obținem următoarele rezultate:

pentru peretele exterior 1, cu orientare spre N, diferența de temperatură ti = 25oC;

pentru peretele exterior 2, cu orientare spre E, diferența de temperatură ti = 25oC;

pentru peretele interior 3, cu orientare spre S, diferența de temperatură ti = 20oC;

pentru peretele interior 4, cu orientare spre V, diferența de temperatură ti = 20oC;

pentru pardoseală diferența de temperatură este de ti = 10oC;

pentru plafon diferența de temperatură este de ti = 20oC.

Pentru ușurarea calculelor ulterioare, datele obținute până în acest moment vor fi centralizate într-un tabel (tabelul 4.1).

Tabelul 4.1 Centralizarea datelor necesare pentru calcularea cantității de căldură ce trebuie extrasă

formulă obținem Q1 = 86,4·2099,308 [kJ/24h] de unde rezultă Q1 = 181380,211 [kJ/24h].

4.4 Necesarul de frig tehnologic

În vederea determinării necesarului de frig tehnologic trebuie întâi să determinăm cantitatea de produse care poate fi introdusă în depozitul respectiv.

Cunoscând suprafața utilă a spațiului ce a fost determinată anterior putem calcula

cantitatea maximă de produse care pot fi stocate în depozit cu ajutorul formulei: m  N Sui kg.

m = cantitatea maximă de produse ce pot fi stocate;

N = norma de încărcare specifică semicarcaselor de suine;

Sui = suprafața utilă a spațiului.

După introducerea datelor în formulă obținem m = 7820 kg.

Cunoscând aceste date putem determina necesarul de frig tehnologic cu relația:

Q2  m [ii  i f  25 m]  Qc kJ/ 24h

în care:

m – cantitatea de produse [kg];

ii, if – entalpia inițială, respectiv finală a produselor (în funcție de temperaturile inițiale și respectiv finale ale produselor) [kJ/kg];

m – pierderea de masă a produselor [%];

Qc – cantitatea de căldură degajată prin reacții biochimice de către produse

(căldură de respirație).

La introducerea în formulă a datelor obținem:

Q2 = 7820 [kg] · ((287,9 – 226)[kJ/24h] + 25·0,25) + Qc

Q2 = 2986262,5 [kJ/24h]

4.4.1 . Necesarul de frig pentru ventilarea camerei

Necesarul de frig pentru ventilarea spațiilor ține cont de introducerea de aer proaspăt, calcului cantității de frig necesare putându-se realiza cu ajutorul a două formule, noi vom lua încalcul valoarea maximă obținută.

Q3  V  a i  iext  iint  kJ / 24h

unde;

V = volumul camerei ventilate [m3] = 257,3 m3;

a = 3 schimburi de aer/zi pentru depozitele de carne;

iext = entalpia aerului din exterior se determină cu ajutorul diagramei Mollier, pentru o umiditate relativă a aerului exterior de 60% și pentru o temperatură tc=30oC obținem o entalpie exterioară iext = 72 kJ/kg.

iint = entalpia aerului din interior se determină asemănător, la o temperatură a aerului ti = 5oC și o umiditate relativă a aerlui de 85% obținem, iint = 17,5 kJ/kg;

i – densitatea aerului din interiorul depozitului – rezultă din ecuația de stare:

Introducând temperatura mediului interior care este 5o C în formula ecuației de stare rezultă o densitate a aerului interior ρi = 1,274 kg/m3.

Presiunea parțială la saturație a vaporilor de apă din aer se poate determina cu ajutorul relației:

Inlocuind datele în formulă obținem pentru aerul exterior o valoare a pvs =4841,05 [Pa] iar pentru aerul din interior pvs = 814 [Pa].

Folosind relația de definiție a umidității relative se poate determina și presiunea parțială pv a vaporilor de apă din aer, la temperatura corespunzătoare termometrului uscat:

pv    pvs .

Introducând datele în relație obținem pentru aerul din exterior o valoarea presiunii parțiale de vapori pv = 2134,6 [Pa] iar pentru aerul din interiorul depozitului obținem o valoare a presiunii parțiale de vapori pv = 691,9 [Pa].

Cunoscând presiunea parțială a vaporilor de apă se poate determina și conținutul de umiditate :

Introducând în relația de calcul presiunea parțială a vaporilor de apă și presiunea barometrică pentru aerul din interiorul spațiului respectiiv din exteriorul spațiului opținem următoarele valori ale umidității aerului: xint = 0,0043 și xext = 0,016.

Cunoscând toate aceste date putem determina entalpia aerului interior și a aerului exterior. Entalpia aerului se determină cu relația

După introducerea în formulă a volorilor umidității pentru aerul exterior și pentru aerul interior vom obține următoarele valori ale entalpiei:

iint = 17,5 [kJ/kg]

iext = 72 [kJ/kg]

Introducând toate datele necesare în formula de calcul a necesarului de frig pentru ventilarea spațiului obținem Q3 = 83738,078 [kJ/24h].

O a doua metodă de calcul a necesarului de frig pentru ventilarea spațiului poate fi utilizând următoarea formulă:

Q3 = qu·S·24 [kJ/24h] unde:

qu = sarcina termică specifică (tabelul 4.2) la deschiderea ușilor spațiului frigorific, [kJ/m2·24h];

S = suprafața spațiului.

Introducând sarcina termică speficică spațiului nostrum în formula de calcul obținem o valoare a necesarului de frig pentru ventilarea spațiului: Q3 = 36432 [kJ/24h].

4.4.2. Necesarul de frig pentru acoperirea pierderilor din timpul exploatării

Necesarul de frig pentru acoperirea pierderilor din timpul exploatării sunt reprezentate de aporturile de căldură din exterior în momentul deschiderii ușilor, aporturile de căldură datorate personalului care intră în încăpere, aporturile de căldură de la sursele de iluminare și motoarele electrice ale ventilatoarelor, se determină cu o relație aproximativă:

Q4   Q1 kJ / 24hkj/24h

Deoarece Q1 a fost calculat anterior trebuie doar să alegem valoarea lui , valoare care este în funcție de suprafața depozitului. Pentru depozite de refrigerare cu suprafața mai mică de 80 m2 valoarea lui = 0,4.

Introducând aceste date în formulă obținem: Q4 = 83224,0984

4.4.3. Calculul puterii frigorifice

Pentru a determina puterea frigorifică a instalației trebuie întâi să determinăm necesrul

total de frig al spațiului. Calcularea necesarului total de frig se realizează înlocuid datele calculate anterior în următoarea formulă:

Înlocuind valorile în formulă vom obține un necesar total de frig cu o valoare Q = 3204161,111 [kJ/24h].

Calculul puterii frigorifice se calculează cu ajutorul următoarei formule;

În care se consideră că timpul de funcționare este c = 20 ore pe zi pentru produse refrigerate, Q a fost calculat anterior iar necesarul total a fost majorat cu 5% pentru a lua în calcul și pierderile de căldură pe conductele de la compresor la vaporizator. Înlocuind datele în formulă obținem o putere frigorifică a instalației Φ = 9,8548 kW.

4.5 Calculul instalatiei frigorifice

Pentru răcirea spațiului frigorific descris, se va utiliza o instalție frigorifică cu comprimare mecanică de vapori și subrăcire cu regenerator (schimbător intern de căldură).

Schema de funcționare și principiul instalației sunt prezentate în figura 4.5 [Roșca R.]. În acest caz subrăcitorul (Sr) este unschimbător de căldură prin care circulă, pe un circuit, agent frigorific în stare lichidă, ieșit din condensator, iar pe cel de al doilea circut circulă vapori reci, proveniți din vaporizator. Vaporii răcesc agentul în stare lichidă și se încălzesc preluând căldura de la lichidul ieșit din condensator.

Fig.4.2 – Schema instalației frigorifice cu subrăcire internă [Roșca R.]

În diagramele T-s și lg p-i (Figura 4.6), procesul (3-3’) reprezintă răcirea lichidului saturat, iar procesul (1-1’) reprezintă supraîncălzirea vaporilor ieșiți din vaporizator.

Ambele procese au loc la presiune constantă: încălzirea vaporilor se realizează la presiune p0 din vaporizator, iar răcirea lichidului la presiune pk din condensator [Roșca R.].

Având în vedere nivelul temperaturii care trebuie realizate în spațiu, adică 5˚C, se va alege un agent frigorific de tip HFC (fără clor), acceptat pe plan mondial pentru aplicații ce necesită temperaturi medii R134a.

Fig.4.3 – Cicluri de funcționare al instalației frigorifice cu subrăcire internă [Roșca R.]

Alegerea temperaturii de vaporizare și condensare

Evoluția temperaturilor în vaporizator se regăsește în figura 4.7 [Porneală S. și Bălan M.], temperatura aerului la intrarea în vaporizator, tai, fiind temperatura din depozit, ti (tai = ti). Pentru aplicații industriale avem datele[Roșca R.]:

Δta0 = 3..5˚C;

diferența totală de temperatură din condensator Δttot0 = 10..20˚C;

rezultă: Δt0 = tai – Δttot0.

Figura 4.4 – Evoluția temperaturilor în vaporizator [Porneală S. și Bălan M.]

S0 – suprafața vaporizatorului; tai – temperatura aerului la intrare; tae – temperatura aerului la ieșire; t0 – temperatura de vaporizare a agentului frigorific; 1-2 – vaporizare; 2-3 – supaîncălzire.

În calcule se va considera că scăderea temperaturii aerului la trecerea peste vaporizator (Δta0) este de 3˚C, iar diferența totală de temperatură va fi Δttot0 = 8˚C.

Calculând rezultatul temperaturii de vaporizare va fi: t0 = 5 – 8 = – 3˚C.

Evoluția temperaturilor în condensator este prezentată în figura 4.8. Temperatura aerului la intrarea în condensator taik = 30˚C (temperatura mediul exterior).

Figura 4.5 – Evoluția temperaturilor în condensator [Rosca R.]

Sk – suprafața condensatorului; taik – temperatura aerului la intrare; taek – temperatura aerului la ieșire; tk – temperatura de condensare a agentului frigorific; tref – temperatura la refularea din compresor; 1-2 – răcirea vaporilor supraîncălziți; 2-3 – condensare; 3-4- subrăcire.

Creșterea de temperatură a aerului la trecerea prin condensator este de Δtak = 5…10˚C, iar diferența maximă dintre temperatura de condensare Δtk a agentului frigorific și temperatura aerului la intrarea în condensator este Δttotk = 10…20˚C; rezultă de aici temperatura de condensare a agentului (tk = taik + Δttotk ), iar din tabelele din cadrul programului CoolPack se determină presiunea de saturație corespunzătoare p2.

Se obține o temperatură de condensare tk = 30 + 10 = 40˚C.

Cu aceste date obținem diagram de ciclu a instalației frigorifice (figura 4.6).

Figura 4.6 – Diagrama caresteristica agentului frigorific

Figura 4.7 – Parametrii in care se incadreaza compresorul

Se trasează ciclul de funcționare al instalației suprapus peste diagrama caracteristică a agentului frigorific, prin apăsarea butonului Draw cicle:

Figura 4.8 – Ciclul de functionare al instalatiei

1-2 reprezintă procesul de comprimare din compresor; 2-3 reprezintă procesul din condensator; 3-4 destinderea în ventilul de laminare; 4-1 reprezintă vaporizarea în condensator.

4.9- Parametrii de functionare a instalatiei frigorifice

Din figura 4.9 rezulta urmatorii parametrii de functionare a instalatiei frigorifice:

puterea frigorifica 9,8548 kW;

puterea termica disipata de catre compresor 2,475 kW;

eficienta frigorifica (COP) 3,98;

raportul de crestere a dimensiunilor in compresor 3,874;

debitul masei de agent frigorific prin instalatie 0,070 kg/s;

debitul volumic de agent; 19,5067 m3/s;

debitul teoretic al compresorului 22,949 m3/h.

4.7 Alegerea componentelor instalatiei frigorifice

Componentele instalației frigorifice (vaporizator, compresor și condensator) se vor alege din programele de fabricație specializate, astfel: vaporizatorului i se va alege o unitate din cadrul programului de fabricație al firmei Gűnter.

Figura 4.10 – Program de alegere a vaporizatorului

In fereastra corespunzatoare (figura 4.10) se introduc marimile caracteristice ciclului de functionare a instalatiei. Aplicatia sugereaza utilizarea unui vaporizator de tip S-GHN 040.2F/212-ANW50.M echipat cu 2 ventilatoare pentru circulatia aerului, avand un debit de 6364 m3/h. Fisa tehnica a vaporizatoarelor este prezentata in Anexa1.

Figura 4.11 – Program de alegere a vaporizatorului

Avand in vedere puterea frigorifica mare ce trebuie realizata, se va alege unitatea de condensare, formata din condensator, compresor si rezervor de agent frigorific, din programul de fabricatie al firmei Bitzer, folosind si in acest caz programul gratuit disponibil de pe saitul firmei (Fig. 4.12).

Figura 4.12 – Program de alegere a condensatorului

In program se introduc datele de functionare ale instalatiei frigorifice, iar programul sugereaza tipul unitatii de condensare (Figura 4.13), ce satisfac conditiile impuse. In cazul meu vom alege unitatea tip LH84/4DC-5.2Y-40S avand o putere 9,8548 kW.

Figura 4.13 – Unitatea de condensare

Urmatoarea figura (4.14) prezinta principalele dimensiuni de gabarit ale unitatii.

Figura 4.14 – Dimensiuni de gabarit ale unitatii de condensare