Posibilitati de Investigare a Procesului de Fermentare Prin Monitorizarea Temperaturii Mustului

POSIBILITĂȚI DE INVESTIGARE A PROCESULUI DE FERMENTARE PRIN MONITORIZAREA TEMPERATURII MUSTULUI

cuprins

LISTA FIGURILOR ȘI A TABELELOR

Materia primă folosită în industria vinicolă este reprezentată de struguri. Aceștia sunt formați din două părți: boabele, sau fructele propriu-zise, care reprezintă 90-98% din masa strugurelui și care constituie partea folositoare a strugurelui și ciorchinele, sau scheletul strugurelui, cu o pondere de 2-10% din masa totală. (după Pomohaci N și colab., 1990)

Stabilirea momentului optim pentru recoltarea strugurilor se realizează în funcție de starea lor de maturitate fiziologică, deplină, tehnologică și comercială. Se consideră că un soi oarecare a atins maturitatea completă atunci când boabele au ajuns la greutatea maximă, când aciditatea și conținutul în zaharuri stagnează sau evoluează foarte lent. (după Cotea V., 1985)

În condițiile țării nostre, maturitatea tehnologica poate sa preceadă maturitatea deplină (vinuri pentru distilare), sa coinidă cu ea (vinuri de consum curent sau superioare seci), sau să o urmeze (vinuri demiseci, demidulci și dulci naturale). ([NUME_REDACTAT], Cotea V., 1995)

Tehnologia de obținere a vinurilor se încadrează în categoria biotehnologiilor, la baza ei aflându-se procesul de fermentare a mustului de către levuri.

Cu un conținut de alcool de 7-15% și o compoziție chimică complexă, vinul este considerat ca fiind sănătos pentru organismul uman, aproximativ 60% din populația adultă introduucând această băutură în alimentația zilnică.

Majoritatea dintre noi consideră vinul ca fiind doar o băutură alcoolică și mai puțin ca aliment benefic, util și necesar pentru organism.

Peste tot în lume, vinul se folosește în lupta pentru combaterea alcoolismului care afectează 8-10% din populație, din cauza consulului exagerat de băuturi spirtoase (rachiuri, votcă, sake, tequila). ([NUME_REDACTAT] și colab., 2000)

Consumat cu moderație, în timpul mesei, are efecte benefice: acțiune anticancerigenă, antiinflamatorie, antivirală și anti SIDA.

Pe plan mondial producția de vin se ridică la 250-270 milinoane hl, în timp ce consumul reprezintă numai 220-225 milioane hl. Țările din UE care produc cele mai mari cantități de vin sunt: Franța 54-57 milioane hl, Italia 51-59 milioane hl, Spania 21-34 milioane hl, Germania 9-10 milioane hl, Portugalia 8-9 milioane hl. ([NUME_REDACTAT] și colab., 2000)

Cantitățile rămase anual în urma consumului se distilă, sau se transformă în sucuri.

[NUME_REDACTAT], producția anuală de vin este de aproximativ 7-8 milioane hl, din care se exportă 1-2 milioane hl, cantitatea produsă depășind ușor cerințele de consum.

Avem o industrie a vinului dezvoltată, iar vinurile românești sunt bine cotate pe piața UE și în alte zone ale globului. (Țârdea și colab., 2000)

În această lucrare s-au efectuat încercări experimentale cu privire la fermentarea mustului în condiții de temperatură controlată.

Mustul pe care s-au efectuat încercările a provenit din struguri Fetească regală, având următoarele caracteristici inițiale:

– aciditate totală în acid tartric: 4,4 g/l;

– conținut de zahăr: 174,6 g/l.

Principalul scop al încercărilor a fost acela de a elabora un model teoretic al transferului de căldură de la must la agentul intermediar de răcire, bazat pe transferul combinat de căldură (prin convecție, de la must la perete metalic al tancului; prin conducție, prin peretele metalic al tancului; prin convecție de la peretele metalic la agentul intermediar de răcire).

În acest scop s-au folosit trei senzori de temperatură, care sunt de fapt niște termocupluri conectați la termometre electronice. Doi dintre senzori au fost montați pe conductele de legătură cu cămașa de răcire, pentru a determina temperatura agentului frigorific la intrarea și la ieșirea din cămașa de răcire; agentul frigorific utilizat este o soluție de etilenglicol și apă, cu o concentrație de 19,8%. Al treilea senzor a fost introdus în tancul de fermentare prin gura de alimentare și conectat la un termometru electronic, pentru a monitoriza temperatura mustului.

Detalierea metodelor utilizate și rezultatele obținute în urma calculelor efectuate pentru fiecare valoare a temperaturii întegistrată se regasesc în capitolul IV.

I DESCRIEREA FLUXULUI TEHNOLOGIC DE OBȚINERE A VINULUI

Recoltarea strugurilor

În unitățile de prelucrare se realizează recepția strugurilor din punct de vedere cantitativ și calitativ.

Recepția cantitativă se realizează prin cântărirea strugurilor înainte sau dupa zdrobire și se reaalizează cel mai frecvent cu bascula-pod, metoda fiind mai ieftină și permițând o viteză mai mare de lucru.

Recepția calitativă se poate realiza fie pe strugurii ca atare, fie pe recolta zdrobită, caz în care rezultatele anazilelor (continutul în glucide și aciditatea) sunt mai reprezentative, dacă mustuiala este omogenizată în prealabil.

În cazul recepției calitative se au în vedere gradul de impuritate și sănătatea materiei prime.

Prelucrarea propriu-zisă a strugurilor

Acesta constă în transformerea lor în vinuri albe sau roșii, în funcție de materia primă supusă vinificării.

”În cazul producerii vinurilor albe, mustul se separă cât mai rapid de boștină și se fermentează separat. La producerea vinurilor roșii, separarea lichidului se efectuează după ce mustuiala a trecut printr-un proces de macerare-fermentare.” ([NUME_REDACTAT] și colab., 1995)

Zdrobitul strugurilor

Zdrobitul are ca scop eliberarea sucului din boabe, fără a distruge semințele, pielița sau ciorchinele.

După zdrobire, microflora de pe boabe, alcătuită în principal din levuri, ajunge în toată masa de mustuială, aceasta transformându-se ulterior în vin, sub acțiunea levurilor.

Desciorchinatul strugurilor

Desciorchinarea se realizează în vederea separării boabelor și a sucului de ciorchini.

”Pentru vinurile albe desciorchinatul s-a dovedit mai puțin necesar întrucât influiența pe care o exercită prezența ciorchinilor asupra calitații vinului este nesemnificativă. Pe de altă parte se știe că atunci când recolta este nedesciorchinată scurgerea mustului și presarea boștinei se face cu mai multă ușurință, deoarece mustuiala are un grad de elasticitate mai ridicat, iar ciorchinii joacă rolul unor căi de drenaj. Mustul obținut are mai puțină burbă și un gust mai bun decât cel rezultat dintr-o mustuială desciorchinată.” (Cotea V, 1985, citat după [NUME_REDACTAT] J. ș.a., 1976)

”Pentru vinurile roșii și aromate desciorchinatul s-a dovedit o operație tehnologică indispensabilă.” (Cotea V., 1985)

Importanța desciorchinatului rezultă în principal din calitatea crescută a vinurilor, conținutul alcoolic mai mare cu aproximativ 0,5% vol. alcool, culoare mai intensă, aciditate usor crescută, suplețe și finețe.

”Ciorchinii au un rol util în vinificație din punct de vedere fizic. Astfel, în timpul fermentării ei umflă masa mustului, permițând pătrunderea aerului, ceea ce favorizează înmulțirea levurilor. În timpul presării, de asemenea, ei servesc drept căi de drenaj și înlesnesc scurgerea mustului.” (Pomohaci N, V. Cotea ș.a, 1990, citat după Gherasimov, 1954)

”Desciorchinatul se poate efectua manual, cu ajutorul unui ciur de lemn sau plasă de sârmă inoxidabilă, dispuse deasupra unor căzi, sau mecanic cu ajutorul mașinilor de desciorchinat.” (Cotea V, și colab., 1995)

În practica vinicolă, zdrobitul și desciorchinatul strugurilor se realizează in mod frecvent cu același utilaj, numit zdrobitor-desciorchinător.

Vehicularea mustuielii și separarea mustului de boștină

Mustuiala obținută în urma desciorchinării este vehiculată cu ajutorul unor pompe cu piston de la zdrobitor-desciorchinător la instalațiile ce separă mustul de părțile solide în cazul vinificației în alb sau la cele de macerare-fermentare în cazul vinificației în roșu.

Operația de separare a mustului de boștină se realizează în două etape: obținerea mustului ravac prin scurgere și obținerea mustului de presă prin presare.

Separarea mustului prin scurgere se poate realiza pe cale gravitațională sau prin scurgere provocată.

Separarea prin presare se realizează în vederea extragerii fracțiunii de must care impregnează boștina în urma scurgerii. Mustul astfel rezultat este mai limpede față de cel rezultat în urma scurgerii, mai ales a celei provocate.

”La vinificația în alb, presarea se face când boștina este proaspătă; la vinificația în roșu se efectuează după macerare-fermentare.” (Cotea V., 1985)

Separarea mustului de boștină trebuie să se facă într-un timp cat mai scurt, fără ca mustul și mustuiala să se degradeze prin oxidare, iar mustul obținut să aibă un conținut cât mai mic de burbă. (Pomohaci N. și colab., 1990)

Operații tehnologice aplicate mustului înainte de fermentare

Înaintea fermentării se realizează atât o asamblare și cupajare, cât și deburbarea mustului, în vederea obținerii unui vin armonios.

Prin asamblare înțelegem reunirea celor trei fracțiuni de must: mustul ravac, cel de presă și cel obținut la ultima presare.

Asmablarea se face ținând cont de calitatea vinurilor ce se doresc a fi obținute. Astfel, pentru vinurile de mare marcă se folosește doar mustul ravac, la vinurile de calitate superioară se realizează asmblarea mustului ravac cu jumătate din mustul de la prima presare, în cazul vinurilor de consum curent se amestecă mustul ravac cu cel de la prima și a doua presare, iar ultimele două fracțiuni amestecate se fermentează separat și se utilizează în industria distilatelor sau a oțetului.

Amestecarea unui must cu altul provenit de la un soi mai valoros, în vederea ridicării calității primului, poartă numele de cupajare. (Cotea V., 1985)

Această etapă nu este esențială, ea fiind chiar contraindicată uneori. Se apliă în general pentru improspătarea vinurilor din recolte mai vechi sau în cazurilor musturilor neutre (fără gust și miros pronunțate), când se cupajează cu 5-10% must obținut dintr-un soi de struguri puternic aromat.

Deburbarea constă în limpezirea mustului în vederea eliminării burbei, alcătuită din impurități solide ce dau tulbureală (fragmente de ciorchini, de pielițe, semințe, mucilagii, particule de pământ etc). Pentru a amâna procesul de fermentare, caz în care sedimentarea burbei ar fi împiedicată, se administrează dioxid de sulf în must.

Tratamente aplicate înaintea fermentării mustului

Pentru prevenirea apariției la vin a unor caracteristici nedorite sau pentru îndepărtarea unor defecte apărute accidental, uneori, este necesar să se aplice mustului unele tratamente cum sunt: tratamentul cu bentonită, bioxid de sulf, diferite preparate enzimatice, cărbune sau tratamentul termic. (Cotea V., 1985)

Printre cele mai frecvent utilizate tratamente se numără cel cu bentonită și cel cu dioxid de sulf.

Bentonizarea constă în adăugarea de bentonită în proporție de 50-100 g la 100 l de must, în vederea îndepărtării excesului de substanțe proteice.

Utilizarea bentonitei prezintă și o serie de avantaje: fermentația alcoolică se realizează mai repede, vinul obținut se limpezește mai ușor, apare un oarecare efect antioxidant.

Sulfitarea se realizează prin adăugarea de 5-10 g dioxid de sulf la 100 l de must pentru acțiunea sa antioxidantă și antiseptică, dioxidul de sulf având capacitatea de a selecta microflora convenabilă pentru realizarea fermentației alcoolice.

Tratamentul cu cărbune se poate realiza pentru decolorarea mustului, sau ca dezodorizant.

Prin tratamentul termic microflora este distrusă, pentru desăvârșirea fermentației alcoolice fiind necesară adăugarea de maia de levuri selecționate.

Corecțiile de compoziție

Acestea constau în mod frecvent în corecția cantității de zaharuri și a acidității mustului.

Corecția conținutului de zaharuri se poate realiza prin mai multe metode. Adăugarea de zahăr alimentar se numește șaptalizare, iar cantitatea maxima ce se poate adăuga în must este reglementată prin Legea viei și vinului și este de 30 g/L.

Momentul optim de adăugare a zahărului este la debutul procesului de fermentare.

Corecția zaharurilor se mai poate realiza cu musturi cu un conținut mai ridicat de zaharuri sau cu must concentrat.

Corecția acidității se mai numește și acidifiere și poate consta în creșterea sau scăderea acidității.

Creșterea acidității se poate realiza cu adaos de acizi organici (tartric, citric, lactic, ascorbic), de musturi foarte acide etc.

Scăderea acidității se realizează cu ajutorul carbonatului de calciu, tartratului de potasiu, cu adăugarea de must cu aciditate scăzută, prin refrigerare etc.

Fermentația și macerația

Pe lângă tehnologia de prelucrare a materiei prime, o influiență majoră asupra calității vinului o are felul în care se desfășoară fermentația alcoolică, macerația boștinei și fermentația malolactică.

Fermentația alcoolică este un proces biochimic prin care glucidele se transformă în alcool etilic și dioxid de carbon ca produși principali, însoțiți de o serie de produși secundari. (Cotea V., Pomohaci N., Gheorghiță M., 1982)

Fermentația alcoolică a mustului se desfășoară în trei etape: faza prefermentativă, faza de fermentație tumultoasă și cea postfermentativă.

Faza prefermentativă sau inițială se desfășoară din momentul introducerii mustului în vasele de fermentare, până la degajarea evidentă de dioxid de carbon, în acest timp temperatura atinge 17-18 C, iar cantitatea de glucide scade usor.

Faza de fermentare tumultoasă durează de la începutul până la sfârșitul degajării de dioxid de carbon, temperatura atingând 25-30 C, levurile se înmulțesc rapid și conținutul de zaharuri scade intens. Are loc o degajare intensă de dioxid de carbon, producându-se astfel un șuierat zgomotos.

Cu cât această etapă durează mai mult, cu atât vinul care rezultă este mai aromat.

Mustul cu un conținut mai mic de zahăr fermentează mult mai rapid și mai zgomotos. ”Cei mici fac întotdeauna cel mai mare scandal.” (Troost G., 1972)

Faza postfermentativă sau de fermentare liniștită se desfășoară de la încetarea degajării dioxidului de carbon până la sedimentarea particulelor și a levurilor.

Drojdiile își diminuează mult activitatea din cauza conținutului scăzut de zaharuri, temperatura scade până la cea din sala de fermentare.

Fermentația mustului poate avea loc spontan, sau poate fi provocată.

Fermentația spontană este realizată în mod natural de levurile existente pe strugure, fără intervenția umană. Astfel, responsabilă pentru declanșarea fermentației este în principal Kloeckera apiculata, pentru cea mai mare parte a procesului Saccharomyces ellipsoideus, iar în finisarea acestuia intervine Saccharomyces oviformis.

Fermentația provocată are loc cu intervenția omului, mai exact cu adăugarea de levuri selecționate sub formă de maia, în cazul întreruperii fermentației, sau când recolta e săracă în microfloră naturală.

În cele mai multe din cazuri, răcirea mustului în timpul fermentării este obligatorie, aceasta realizându-se prin mai multe procedee, înainte ca temperatura să depășească 20 C.

Frecvent, răcirea se realizează prin trecerea unei fracțiuni de must prin schimbătoare de căldură cu serpentină, țeavă în țeavă, tubulare, sau tip țeavă în curent încrucișat, care utilizează ca agent frigorific apa.

Macerația constă în menținerea în contact a mustului cu părțile solide în timpul fermentării, în vederea extracției substanțelor odorante, a compușilor fenolici și a creșterii concentrației alcoolice. Această operație tehnologică se folosește îndeosebi pentru vinurile roșii și aromare, caz în care se realizează de fapt o macerare-fermentare.

Fermentația malolactică constă în degradarea acidului malic, mai exact transformarea lui în acid lactic și dioxid de carbon, sub acțiunea bacteriilor lactice (Leuconostoc oinos).

Este frecvent întâlnită în cazul vinurilor roșii, fiind preferată pentru cele albe doar în cazul acidității excesive.

Sistarea activității bacteriilor după metabolizarea acidului malic se realizează prin tragerea vinului de pe drojdie, cu o sulfitare moderată.

Operații tehnologice pentru îngrijirea și condiționarea vinului

După terminarea fermantației alcoolice sunt necesare unele îngrijiri: umplerea golurilor din vasele de fermentare, pritocul, operație care constă în transvazarea vinului pentru a-l separa de drojdie, sulfitarea pentru a conferi protecție antioxidantă, egalizarea și cupajarea.

Limpezirea vinului se realizează în vederea eliminării tuturor patriculelor care dau tulbureală vinului, prin sedimentare, cleire sau filtrare.

Stabilizarea vinului constă în ansamblul de operații aplicate pentru a-i proteja gustul, mirosul, culoarea. Dintre acestea, enumerăm: refrigerarea, pasteurizarea, tratamentul cu ferocianură de potasiu etc.

Refrigerarea constă în răcirea vinului până aproape de temperatura de congelare, pentru a elimina excesul de tartrat de potasiu, pentru a sedimenta substanțele proteice, înainte de îmbutelierea acestuia. Procesul se poate realiza cu ajutorul frigului natural sau artificial.

Pasteurizarea se reazlizează în vederea distrugerii sau a împiedicării dezvoltării microorganismelor din vin, prin încălzirea acestuia.

Îmbutelierea de face de obicei în butelii de sticlă închise cu dop de plută cu capișon și etichetate corespunzător.

II UTILIZAREA FRIGULUI ÎN VINIFICAȚIE

În vinificație, frigul este folosit în cadrul următoarelor etape tehnologice:

fermentarea mustului;

tratarea și conservarea acestuia;

după terminarea fermentației;

la obținerea vinurilor spumante.

2.1. Folosirea frigului artificial în timpul fermentării mustului

În timpul procesului de fermentare, zaharurile din must se transformă în principal în alcool etilic și dioxid de carbon, fenomenul fiind însoțit de o creștere a temperaturii mustului.(fig. 2.1).

Fig. 2.1– Evoluția temperaturii și a densității mustului din timpul procesului de fermentare [17]

Procesul de fermentare se desfășoară în mod normal la temperaturi ale mustului cuprinse între 15-200C, la temperaturi mai ridicate culturile selecționate de drojdii devenind inactive. La temperaturi mai scăzute, de 10-12oC intensitatea procesului scade, iar la 7-8oC acesta încetează. În concluzie temperatura optimă a mustului pe parcursul fementării trebuie să fie cuprinsă între 15-18oC și să nu depășească 20oC în cazul vinurilor albe și 30oC pentru cele roșii.

Schema instlației frigorifice folosite în scopul menținerii unei temperaturi optime a mustului în timpul procesului de fermentare este prezentată în fig. 9.36. În tancurile 5 se realizează fermentarea mustului; acestea au manta exterioară dublă prin care circulă apa ca agent de răcire.

Agentul este răcit de centrala frigorifică 1, care conține un compresor și un condensator și vehiculat de pompele 2 și 4.

Fig. 2.2 – Instalație care menține temperatura mustului constantă în timpul procesului de fermentare. [17]

1-centrală frigorifică; 2, 4-pompe pentru vehicularea agentului de răcire;3-rezervoare tampon; 5-tancuri pentru fermentare; 6-panou de comandă.

2.2. Folosirea frigului artificial în vederea tratării și conservării mustului

După obținere, mustul se răcește în vederea întârzierii declanșării procesului de fermentare, pentru îmbunătățirea buchetului și pentru a ușura limpezirea.

Răcirea poate fi realizată atât în vasele de păstrare cu introducerea unor serpentine prin care circulă agent de răcire, cât și cu ajutorul schimbătoarelor de căldură cu plăci (fig.2.4), caz în care mustul este filtrat în prealabil.

Pentru conservarea mustului se poate realiza crioconcentrarea, proces în urma căruia se obține un must cu 60% zaharuri.

Crioconcentrarea mustului se realizează ca și pentru sucuri naturale. Crioconcentrarea în două trepte a mustului este prezentată în schema din fig. 2.5 (procedeul Heiss-Neuerburg).

În prima treaptă mustul este congelat în contact cu suprafața rece a cilindrului 2, apoi presa 3 și centrifuga 5 contribuie la separarea mustului concentrat. În a doua treaptă mustul este congelat cu ajutorul celui de al doilea cilindru 6, fiind separat de cea de a doua centrifuga. Prin racordul 7 se evacuează mustul concentrat, iar gheața separată în centrifugă este trimisă în rezervorul de alimentare, în vederea prerăcirii mustului.

O a doua metodă de concentrare a mustului (procedeul Pépin-Gasquet), presupune congelarea mustului în vaporizatorul 4. Mustul rezultat trece prin schimbătorul de căldură 3 și asigură prerăcirea mustului din tancul 1. Colectarea mustului concentrat se realizează în rezervorul 2. După congelarea mustului în vaporizatorul 4, gheața este separată de centrifuga 7, care asigură apoi răcire în bazinul 8 a apei folosite la răcirea condensatorului 10 (fig. 2.6).

Fig. 2.6- Crioconcentrarea mustului prin procedeul Pépin-Gasquet[17]

1-rezervor pentru must; 2-rezervor pentru must concentrat; 3-schimbător de căldură pentru prerăcire; 4-congelator; 5-compresorul instalației frigorifice; 6-pompe; 7-centrifugă; 8-răcitor de apă; 9-turn răcire apă; 10-condensator.

2.3. Utilizarea frigului artificial după terminarea fermentației mustului (după Roșca R., 2011)

După încheierea fermentației, din vinurile destinate îmbutelierii se elimină excesul de bitartrat de potasiu, prin limpezire.

Sărurile tartrice precipită în mod natural, fenomen care sporește calitatea vinului înainte de îmbuteliere. O astfel de precipitare poate apărea însă și după îmbuteliere, modificând negativ aspectul vinului.

Precipitările tartrice sunt mai frecvente în cazul vinurilor tinere, nestabilizate, sau stabilizate incomplet și depozitate în cisterne de beton protejate insuficient la interior și mai rare în cazul celor care au fost îmbuteliate după ce au fost păstrate mai mult timp în butoi

Precipitarea are loc în special la temperaturi scăzute, iarna, o dată cu creșterea temperaturii realizându-se redizolvarea precipitatului tartric în masa de vin.

Precipitatele tartrice apar ca un sediment incolor sau alburiu la fundul buteliilor, acesta nefiind dăunător sănătății consumatorului. La turnarea vinului în pahar, sedimentul rămâne pe fundul buteliei, doar o mică parte din acesta trecând în vin. Având în vedere reacția consumatorilor cu privire la acest aspect, astfel vinuri trec în categoria celor cu defecte.

Frigul natural din timpul iernii are o influență benefică asupra vinurilor tinere, contribuind atât la sedimentarea compușilor tartrici și a altor particule care dau tulbureală vinurilor, cât și la atingerea unei stabilități fizico-chimice.

După pritoc, vasele cu vin se expun la frig câteva săptămâni. În vase se lasă un mic gol, pentru a nu exista riscul ca acestea să crape în urma măririi volumului datorate congelării vinului. Vasele cu vin se mențin două săptămâni la -1°..-2°C pentru a se putea realiza precipitarea sărurilor tartrice. După cele două săptămâni, vinul limpede se trage de pe depozit.

Față de utilizarea frigului natural, refrigerarea vinurilor cu ajutorul frigului artificial este un proces controlat și dirijat, care urmărește insolubilizarea excesului de compuși tartrici, grăbirea maturării și eliminarea particulelor organice din suspensie.

Refrigerarea poate fi aplicată numai în cazul vinurilor pregătite pentru îmbuteliere, refrigerarea lor înainte de cupajare nefiind eficientă pentru stabilizarea tartrică a cupajului final, iar temperatura optimă pentru refrigerare este cu 0,5 °C mai mare decât cea a punctului de congelare.

Tratamentul cu ajutorul frigului artifical al vinurilor se realizează prin următoarele procedee:

procedeul clasic, prin care vinul este răcit în câteva secunde până la temperatura punctului de congelare, depozitat două săptămâni în tancuri izoterme pentru precipitarea sărurilor tartrice, apoi filtrat în vederea separării cristalelor de tartrați (tartrat de calciu și tartrat acid de potasiu) din masa vinului;

procedeul de stabilizare prin contact, prin care în vinul refrigerat se adaugă pudră de tartrat acid de potasiu, în vederea diminuării duratei tratamentului cu ajutorul frigului;

procedeul de stabilizare în flux continuu, prin care se adaugă cristale de tartrat acid de K, apoi se separă cristalele de săruri tartrice formate.

În figura 2.7 este prezentată schema unei instalații de tratare a vinului prin procedeul clasic.

Fig.2.7 – Schema de principiu a unei instalații pentru tratarea prin frig a vinului[17]

1-rezervor pentru vin;2, 6-pompe; 3-recuperator; 4-tanc izoterm; 5-filtru; 7-rezervor pentru stocare; 8-răcitor; 9-regenerator; 10-compresor; 11-condensator; 12-ventil de laminare.

Vinul ce trebuie tratat este preluat din rezervorul (1) de către pompa (2) și trece prin schimbătorul de căldură (3), în care este prerăcit de către vinul tratat, ajungând la o temperatură de 10…15 0C.

Vinul ajunge apoi în răcitorul (8), care este de fapt un schimbător de căldură (vaporizator) cu plăci sau multitubular. În acest schimbător de căldură agentul frigorific ce se evaporă realizează răcirea vinului până la -4…-5 0C, într-un interval de timp de 20…30 secunde. Șocul termic produs de răcirea bruscă a vinului are rolul de a declanșa formarea cristalelor de tartrat.

Vinul este apoi stocat timp de 7…12 zile rezervoarele izoterme (4), pentru desăvârșirea procesului de cristalizare a sărurilor tartrice. După precipitarea sărurilor tartrice, vinul este trecut printr-un fltru izoterm (5), care realizează separarea acestora. Vinul circulă prin recuperatorul (3), asigurând prerăcirea vinului netratat și este apoi trimis în rezervorul de stocare (7).

În unele instalații răcirea vinului este asigurată de către un agent frigorific intermediar (soluție de apă și clorură de calciu), pentru a se evita orice posibilitate de contaminare a vinului de către agentul frigorific.

Stabilizarea vinului față de precipitările tartrice prin procedeul clasic, cu toate avantajele sale, prezintă și unele incovienente, în sensul că durata tratamentului este relativ lungă și proporțional cu această durată cresc atât consumul de energie, pentru menținerea vinului la temperatură scăzută, cât și costul investiției reclamat de spațiul necesar depozitării vinului în vase termoizolate.

Pentru reducerea duratei tratamentului se poate aplica procedeul de stabilizare prin contact, care presupune introducerea în vinul refrigerat a unei cantități importante de tartrat acid de potasiu; acesta, adăugat sub formă de pudră fină cristalină, constituie suport pentru depunerea excesului de tartrat acid de potasiu. La sfârșitul tratamentului, tatratul adăugat împreună cu cel precipitat se separă din vin, la rece, prin centrifugare și uneori prin filtrare, în vederea refolosirii lui.

Temperatura la care se aduce și se menține vinul la tratamentul prin contact este de 0….±1 °C; temperaturi mai coborâte, dar superioare punctului de congelare, dau mai mare garanție stabilității vinului.

Viteza de răcire nu este atât de importantă ca în cazul procedeului clasic, deoarece acțiunea pudrei de tartrat acid de potasiu ce se administrează vinului după răcire este mult mai eficientă.

Timpul de contact dintre tartratul adăugat și vinul refrigerat este de 3-5 ore, deci incomparabil mai scurt decât la tratamentul clasic.

Instalațiile pentru detartrarea prin contact pot fi aceleași ce sunt folosite la tratamentul clasic; sunt însă necesare echipamente suplimentare pentru filtrarea vinului și recuperarea cristalelor de tartrat.

În cazul procedeelor de stabilizare în flux continuu eliminarea cristalelor de tartrat acid de potasiu din vin se face în mod permanent. Aceste procedee pot îmbina acțiunea frigului cu cea a însămânțării vinului cu tartrat acid de potasiu endogen sau exogen.

[NUME_REDACTAT]-Flow al firmei Alfa-Laval cuprinde trei etape principale:

răcirea vinului sub punctul său de congelare în vederea formării de gheață și a germenilor de cristalizare; în timpul răcirii vinul este agitat și ferit de aer.

menținerea vinului refrigerat pe o durată relativ scurtă în cisterne de cristalizare, în vederea creșterii cristalelor de tartrat acid de potasiu; acestea cresc repede sub influența conjugată a temperaturii scăzute și a gradului alcoolic ridicat ce rezultă în urma înghețării a 10…15 % din apa vinului.

separarea cristalelor de tartrat acid de potasiu, după topirea prealabilă a gheții prin trecerea vinului printr-un schimbător de căldură.

Schema de principiu a instalației funcționând după acest procedeu este prezentată în fig. 2.8.

Fig. 2.8 – [NUME_REDACTAT]-Laval pentru detartarea vinului după procedeul Crystal-Flow [6]

1-cuvă tampon; 2, 7- pompe; 3- schimbător cu plăci, în două trepte; 4- refrigerator prevăzut cu sistem de raclare a gheții; 5- compresorul instalației frigorifice; 6- cisterne de cristalizare; 8- separator centrifugal

Din cuva tampon (1), vinul este pompat în schimbătorul cu plăci (3), unde se răcește de la 15 ˚C la circa -2,5 ˚C, circulând în contracurent cu vinul deja tratat. De aici vinul trece printr-un refrigerator cu suprafața raclată (4), în care este răcit sub punctul de congelare, la -8 oC, agentul frigorific lichid fiind asigurat de către un agregat frigorific. Refrigeratorul este prevăzut cu un mecanism rotativ pentru raclarea gheții ce aderă la pereții interiori. În urma refrigerării, circa 10-15 % din apă îngheață. Prin formarea gheții se mărește gradul de suprasaturare a vinului în tartrat acid de potasiu, iar ca urmare crește viteza de cristalizare a acestuia.

Vinul ce conține cristale de gheață și germeni de cristalizare de tartrat acid de potasiu este trimis în cisternele de cristalizare termoizolate (6), ce sunt echipate cu agitatoare care împiedică sedimentarea cristalelor. În acest mod se creează un contact intim între suprafața cristalelor și vinul refrigerat, condiție esențială pentru creșterea cristalelor. Timpul teoretic de trecere a vinului prin cisterna de cristalizare este de circa 90 de minute.

Din cisternele de cristalizare vinul, încărcat cu cristale de gheață și de tartru, este pompat în prima treaptă a schimbătorului cu plăci (3). Aici, prin încălzire datorată circulației în contracurent cu vinul ce intră la refrigerare, cristalele de gheață se topesc. La această temperatură cristalele de tartrat acid de potasiu nedizolvându-se, acestea sunt eliminate cu ajutorul unui separator centrifugal (8). Vinul limpezit trece apoi în a doua treaptă a schimbătorului cu plăci în vederea prerăcirii vinului netratat.

Cristalele de tartrat acid de potasiu, separate prin centrifugare, pot fi reintroduse în circuitul vinului. În acest caz viteza de cristalizare este accelerată, timpul de trecere prin cisterna de cristalizare fiind mai redus, iar tratamentul, în ansamblu, mai eficient.

2.4. Utilizarea frigului artificial pentru producerea vinurilor spumoase (Roșca R., 2011)

Vinurile spumoase se fabrică pornind de la vinuri integral sau parțial fermentate, care mai conțin încă o oarecare cantitate de zaharuri, sau din vinuri la care se adaugă o anumită cantitate de zahăr și drojdie.

După îmbuteliere și închiderea etanșă a sticlelor acestea se depozitează la 9…11 0C, timp de șase săptămâni, perioadă în care are loc fermentarea zahărului, cu formarea de bioxid de carbon; în același timp are loc depunerea de săruri și drojdie. Depozitul format este adunat către gâtul sticlei, prin așezarea acesteia cu dopul în jos; gâturile sticlelor sunt imersate într-un agent intermediar cu o temperatură de -20 0C, ceea ce are ca efect congelare depozitului. Dopul este apoi scos și suprapresiunea creată de către bioxidul de carbon expulzează depozitul congelat. După această operație (degorjare) sticlele sunt completate până la umplere și astupate rapid.

III INSTALAȚII FRIGORIFICE

3.1 Principiul de funcționare al instalațiilor frigorifice (Roșca R., 2013)

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, căruia i se cedează căldură, este denumit sursă caldă. Deoarece se consideră că sursele de căldură au capacitate termică infinită, temperaturile acestora rămân constante chiar dacă acestea schimbă căldură.

Conform celui de al doilea principiu 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 instalațiilor frigorifice, sursa rece se găsește sub temperatura mediului ambiant, iar procesul de coborâre a temperaturii sub această valoare este denumit răcire artificială.

Agentul de lucru care evoluează în aceste instalații este denumit agent frigorific.

În instalațiile frigorifice și pompele de căldură transferul termic între agentul de lucru și sursele de căldură are loc prin schimbarea stării de agregare. Cele două aparate ale instalației frigorifice (sau pompei de căldură), aflate în contact cu sursele de căldură, se numesc vaporizator și respectiv condensator.

Temperaturii t0 la se care vaporizează agentul frigorific, denumită temperatură de vaporizare, îi corespunde o presiune de saturație unică p0, denumită presiune de vaporizare. Analog, temperaturii tk la care se condensează agentul frigorific, denumită temperatură de condensare, îi corespunde o presiune de saturație unică pk, denumită presiune de condensare.

Efectul util al instalațiilor frigorifice (frigul artificial) se realizează în vaporizator, prin preluare de căldură de la sursa rece.

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

În funcție de modul în care se poate obține creșterea presiunii agentului frigorific, instalațiile frigorifice pot fi:

prin comprimarea mecanică a vaporilor de agent – energia necesară transferului căldurii de la sursa rece la sursa caldă este de natură mecanică, fiind obținută prin comprimarea vaporilor cu ajutorul unui compresor, care asigură creșterea de presiune;

prin comprimarea termică a vaporilor de agent (cu absorbție) – energia necesară transferului căldurii de la sursa rece la sursa caldă este de natură termică.

3.2 Instalații frigorifice cu comprimare mecanică de vapori într-o singură treaptă (Roșca R., 2013)

3.2.1 Ciclul ideal de funcționare al unei instalații cu comprimare mecanică de vapori

Ciclul ideal de funcționare al unei instalații frigorifice cu comprimare mecanică de vapori este ciclul Carnot inversat, desfășurat în domeniul vaporilor saturați umezi. Schema de principiu a instalației frigorifice este prezentată în fig. 3.2, iar diagramele ciclului de funcționare sunt prezentate în fig. 3.3.

Compresorul (C) realizează comprimarea adiabatică (1-2) a agentului frigorific, absorbind lucrul mecanic specific (lc). Urmează apoi transformarea de fază (2-3), când în condensator are loc condensarea agentului; transformarea de fază are loc la presiune și temperatură constante, iar mediului exterior i se cedează cantitatea de căldură (q). La ieșirea din condensator, agentul frigorific este în stare lichidă, punctul (3) situându-se pe curba de vaporizare.

În detentorul (D) are loc procesul adiabat (3-4), în timpul căruia presiunea agentului frigorific scade, fenomen însoțit de producerea lucrului mecanic spcific (ld).

În vaporizatorul (V) agentul frigorific suferă o nouă transformare de fază, vaporizându-se (procesul 4-1). Vaporizarea are loc la presiune și temperatură constante, iar pe parcursul acestui proces de la sursa rece se preia cantitatea de căldură (q0).

Cantitatea de căldură preluată de la sursa rece (spațiul ce trebuie răcit) va fi:

,

iar cantitatea de căldură cedată mediului (sursei calde) este:

.

Lucrul mecanic utilizat pentru funcționarea instalației este dat de relația:

.

Eficiența frigorică a instalației este:

.

Se observă că eficiența frigorifică a instalației ideale depinde doar de temperaturile de vaporizare și de condensare și nu este afectată de natura agentului frigorific utilizat; o instalație frigorifică reală, funcționând cu aceleași temperaturi de vaporizare și de condensare, nu poate realiza o eficiență frigorifică mai mare decât cea corespunzătoare ciclului Carnot.

Detentorul produce lucru mecanic prin destinderea adiabată a fluidului de lucru; el poate fi realizat sub forma unei mașini termice cu piston sau a unei turbine cu rotor paletat.

3.2.2 Ciclul teoretic de funcționare al instalațiilor frigorifice reale

Funcționarea unei instalații frigorifice conform ciclului Carnot pune unele probleme, în afara celor legate de imposibilitatea realizării practice a transformărilor adiabate și izoterme. Astfel, din 3.3 se observă că procesul de comprimare (1-2) are loc în domeniul vaporilor saturați umezi; în realitate, pătrunderea agentului frigorific sub formă de lichid în compresor (mai ales dacă este vorba de un compresor volumic) ar conduce la deteriorarea acestuia; din acest motiv, în instalațiile frigorifice reale procesul de comprimare este deplasat în zona vaporilor supraîncălziți, evitându-se astfel pătrunderea lichidului în compresor.

Al doilea inconvenient al unei astfel de instalații este legat de utilizarea unei turbine (detentor) în care să aibă loc destinderea agentului frigorific, de la presiunea din condensator la presiunea din vaporizator; cum aceasta ar fi alimentată cu vapori având titlul redus (sau chiar cu lichid), lucrul mecanic produs (ld) ar fi mic (lichidul este incompresibil și furnizează o cantitate mică de lucru mecanic prin destindere). În plus, utilizarea unei componente având complexitate tehnică ridicată, așa cum este o turbină, nu se justifică din punct de vedere economic, mai ales în cazul sistemelor frigorifice mici. Ca urmare se preferă înlocuirea detentorului cu un dispozitiv mai simplu din punct de vedere constructiv, denumit ventil de laminare, care prezintă o secțiune de trecere îngustată; unele instalații frigorifice utilizează chiar un tub capilar prin intermediul căruia se realizează scăderea presiunii agentului de lucru. Se consideră că procesul de destindere în ventilul de laminare are loc la entalpie constantă, deoarece nu se produce lucru mecanic prin destindere.

Având în vedere cele de mai sus, schema instalației frigorifice reale devine cea din fig. 3.4, diagramele ciclului teoretic de funcționare fiind prezentate în fig. 3.5.

Procesul (1-2) reprezintă comprimarea adiabatică a vaporilor supraîncălziți în compresor; ca urmare, presiunea acestora crește de la p0 la pk, iar temperatura crește de la T0 la Tref.

Procesul (2-3) are loc în condensator; în prima fază are loc răcirea vaporilor supraîncălziți de la temperatura de ieșire din compresor Tref până la temperatura de saturație Tk (procesul 2-2’); această răcire are loc la presiunea constantă pk existentă în condensator. Urmează apoi schimbarea stării de agregare a vaporilor saturați (procesul 2’-3), care are loc la presiune și temperatură constantă. În punctul (3) titlul vaporilor este x = 0, deci la ieșirea din condensator agentul frigorific este în stare lichidă. Trebuie făcută observația că instalațiile frigorifice de puteri mari pot fi prevăzute după compresor cu un schimbător de căldură care să asigure răcirea vaporilor până la temperatura de condensare (desupraîncălzitor).

Destinderea în ventilul de laminare are loc la entalpie constantă (procesul 3-4), iar presiunea agentului scade de la pk la p0; urmează apoi vaporizarea în vaporizator (procesul 4-1), care are loc la presiunea constantă p0 și temperatura constantă T0.

Din fig. 3.6 se observă că destinderea agentului în ventilul de laminare (procesul 3-4) conduce la o reducere a cantității de căldură extrase de la sursa rece, față de cazul destinderii adiabatice (3-4’):

.

Eficiența frigorifică a ciclului teoretic al instalației frigorifice reale se determină cu relația:

.

3.2.3 Subrăcirea și supraîncălzirea în instalațiile frigorifice

Pentru a se asigura transferul de căldură de la condensator către mediul înconjurător este necesar ca temperatura de condensare să fie mai mare decât temperatura mediului; această diferență de temperatură permite și o răcire sub temperatura de condensare a agentului frigorific lichid saturat ieșit din condensator, proces care poartă numele de subrăcire.

Din fig. 3.7 se observă că procesul de subrăcire 3-3’ are ca efect o creștere a cantității de căldură preluate de instalația frigorifică proporțională cu suprafața (b), suprafața (a) fiind proporțională cu cantitatea de căldură preluată de către instalația fără subrăcire.

Subrăcirea se poate realiza în condensator, dar în acest caz gradul de subrăcire Tsub este limitat de diferența existentă între temperatura de condensare și temperatura mediului care asigură răcirea condensatorului. Această limitare poate fi înlăturată dacă subrăcirea are loc într-un aparat termic (schimbător de căldură) distinct. Subrăcirea se poate realiza:

cu apă;

cu agent frigorific.

3.2.3.1.Subrăcirea cu apă

Schema de principiu a instalației frigorifice ce utilizează subrăcirea cu apă este prezentată în fig. 3.9. Se observă că după condensatorul (K) s-a adăugat un schnimbător de căldură suplimentar, numit subrăcitor (SR), răcit cu apă.

Agentul frigorific în stare de lichid saturat care iese din condensator este răcit la presiune constantă (procesul 3-3’, fig. 3.10), în subrăcitor preluându-se de la agentul frigorific cantitatea de căldură qSR; urmează apoi destinderea izentalpică din ventilul de laminare (procesul 3’- 4’).

Din fig. 3.10 se observă că, față de ciclul fără subrăcire (1-2-3-4), ciclul cu subrăcire (1-2-3’-4’) conduce la creșterea cantității de căldură preluate de la sursa rece cu q0; rezultă deci că utilizarea subrăcirii cu apă conduce la creșterea eficienței frigorifice a ciclului, care se determină în acest caz cu relația:

.

Subrăcirea cu apă se aplică, de obicei, la instalațiile frigorifice ce folosesc amoniacul drept agent frigorific.

3.2.3.2. Subrăcirea cu agent frigorific (subrăcirea internă)

Schema de principiu a unei astfel de instalații frigorifice este prezentată în fig. 3.11; în acest caz subrăcitorul (Sr) este un schimbător de căldură în care printr-un circuit circulă agent frigorific în stare lichidă, ieșit din condensator, iar prin cel de al doilea circuit circulă vapori reci, proveniți din vaporizator. Vaporii răcesc agentul în stare lichidă și se încălzesc, preluând căldură de la lichidul ieșit din condensator. În diagramele T-s și lg p – i (fig. 3.12), 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 presiunea p0 din vaporizator, iar răcirea lichidului la presiunea pk din condensator. În cazul ideal în care nu există pierderi către mediul înconjurător, i3 – i3’ = i1’ – i1.

Din fig. 3.13 se observă că efectul subrăcirii (procesul 3-3’) constă în creșterea cantității de căldură extrase de vaporizator, proporțional cu suprafața (A) din diagrama temperatură-entropie, suprafața (C) fiind proporțională cu cantitatea de căldură extrasă de ciclul frigorirific fără subrăcire. În același timp, suprafața (B) este proporțională cu cantitatea de căldură preluată de vapori în procesul de supraîncălzire (1-1’), proces ce are loc în subrăcitor; ca urmare, în acest caz, spre deosebire de situația din fig. 3.7, supraîncălzirea vaporilor nu are ca efect creșterea puterii frigorifice a instalației, dar are, în principiu, același efect de creștere a lucrului mecanic consumat de către compresor ca și cel ilustrat în fig. 3.8. Având în vedere aceste observații rezultă că, față de cazul anterior (subrăcire cu apă), ciclul cu subrăcire internă nu asigură în mod automat creșterea eficienței frigorifice, modul în care se modifică aceasta depinzând de tipul agentului frigorific, regimul de funcționare al instalației etc.

Ținând cont de căldurile specifice diferite ale lichidului și vaporilor, se poate aprecia că scăderea de temperatură a lichidului este aproximativ jumătate din creșterea de temperatură a vaporilor de agent. Literatura de specialitate recomandă ca valoarea temperaturii t1' să fie cuprinsă între t0 și tk-(10÷20)°C. O creștere atât de importantă a temperaturii vaporilor și respectiv o subrăcire atât de avansată a lichidului saturat impun suprafețe mari de schimb de căldură ale subrăcitorului. În consecință, din considerente tehnico-economice, de cele mai multe ori, în practică, subrăcirea maximă a lichidului este de numai 5…10°C, iar supraîncălzirea vaporilor este, corespunzător, de 10…20°C.

Se definește randamentul termic al subrăcitorului ca fiind:

.

Se observă că în cazul ideal în care temperatura vaporilor ieșiți din subrăcitor T1’ ar fi egală cu temperatura agentului lichid ieșit din condensator T3, randamentul subrăcitorului ar fi 1 (100%); în realitate, randamentul termic al subrăcitorului este cuprins între 0,2 și 0,5.

Eficiența frigorifică a ciclului cu subrăcire internă se determină cu relația:

.

Se poate demonstra că subrăcirea cu schimbător intern de căldură are un efect favorabil asupra eficienței frigorifice a instalației atunci când se respectă condiția (fig. 3.14):

,

condiție care nu este satisfăcută de orice agent frigorific. Acesta este și motivul pentru care în instalațiile frigorifice ce funcționează pe bază de freoni se recomandă folosirea subrăcirii cu agent frigorific.

Pentru cazul ideal în care nu există pierderi de căldură în regenerator (schimbătorul intern de căldură) cantitatea de căldură transferată de la lichidul saturat la vapori este (fig. 3.14):

.

3.2.4. Elemente de calcul termic al ciclului frigorific fără subrăcire

Din datele de proiectare ale spațiului ce trebuie răcit sunt cunoscuți următorii parametri:

temperatura din interiorul incintei (în funcție de destinația acesteia);

temperatura mediului exterior (în funcție de zona geografică în care se găsește spațiul ce trebuie răcit);

puterea frigorifică Q0 [W], din calculele referitoare la necesarul de frig.

Temperaturile T0 și Tk (fig. 3.15) ale vaporizatorului și respectiv condensatorului se determină conform indicațiilor din literatura de specialitate, în funcție de situația reală în care trebuie să funcționeze instalația frigorifică.

În funcție de agentul frigorific utilizat se determină presiunea de vaporizare p0 și presiunea de condensare pk; dacă raportul de creștere a presiunii pk/p0 depășește valoarea 8, se impune utilizarea unei instalații frigorifice cu comprimare în trepte.

Cunoscând randamentul izentropic al compresorului (de obicei acesta este indicat de către fabricant) se trasează ciclul de funcționare al instalației și se determină parametrii caracteristici ai punctelor ciclului. Se poate determina astfel puterea frigorifică specifică q0 = i1 – i4 [J/kg], cu ajutorul căreia determinăm debitul masic de agent frigorific:

.

Din tabelele parametrilor de saturație ai agentului frigorific respectiv se determină volumul specific v [m3/kg] la presiunea p0 (punctul 1); debitul volumic de agent frigorific aspirat de către compresor va fi:

.

Din cataloagele producătorilor de compresoare se poate alege acum compresorul care va asigura nivelul de presiuni necesar și debitul volumic impus, utilizând și diagramele de variație ale debitului în funcție de gradul de creștere a presiunii.

Dacă se cunosc numărul de cilindri ai compresorului i, diametrul unui cilindru D [m], cursa pistonului S [m] și turația arborelui de antrenare n [rot/min], debitul volumic de gaz aspirat de către compresor se determină cu relația:

,

în care r este coeficientul de umplere.

Puterea absorbită de către compresor va fi:

.

Eficien]a frigorifică (coeficientul de performanță, COP) rezultă din relația:

.

3.3 Instalații frigorifice cu comprimare în două trepte (Roșca R., 2013)

În cazul în care funcționarea instalației frigorifice impune valori ale gradului de creștere a presiunii mai mari de 6…8, comprimarea trebuie realizată în mai multe trepte.

Acest lucru este necesar deoarece:

creșterea presiunii de refulare conduce la scăderea volumului de gaz aspirat (fig. 3.16);

crește consumul de energie al compresorului dacă acesta are o singură treaptă de comprimare; astfel, din fig. 3.17 se observă că lucrul mecanic pentru comprimarea într-o singură treaptă (procesul 1-2’) este mai mare decât cel necesar pentru realizarea comprimării în două trepte (procesul 1-2-3-4).

Creșterea temperaturii agentului frigorific și a compresorului la comprimarea într-o singură treaptă (T2’ > T4, fig. 3.17) pot conduce la deteriorarea uleiului utilizat pentru ungerea compresorului (pentru valori ale temperaturii mai mari de 1450C).

Ca urmare, instalația frigorifică cu două trepte de comprimare se va utiliza atunci când temperatura de vaporizare trebuie să scadă sub -15…-270C pentru amoniac, respectiv sub -20…-350C pentru R22.

Fig. 3.16 – Influența presiunii de refulare asupra volumului aspirat [17]

După cum s-a menționat anterior, dacă raportul de creștere a presiunii este același pentru fiecare din cele două trepte și fluidul vehiculat este considerat gaz perfect, presiunea intermediară se determină cu relația:

.

În cazul agenților frigorifici reali, pentru determinarea presiunii intermediare se poate folosi relația:

,

în care Tk este temperatura de condensare, iar T0 este temperatura de vaporizare.

Evitarea creșterii excesive a temperaturii la comprimarea în două trepte presupune un proces de răcire intermediară a agentului frigorific, la ieșirea sa din prima treaptă și înainte de a intra în cea de a doua treaptă. Răcirea intermediară se poate realiza:

cu apă;

cu agent frigorific.

3.3.1. Răcirea intermediară cu apă

Schema de principiu a instalației frigorifice cu două trepte de comprimare este prezentată în fig. 3.18; în prima treaptă de comprimare (C1), presiunea agentului crește de la p0 la pi (procesul 1-2, fig. 3.21), iar în cea de a doua treaptă (C2) presiunea crește de la pi la pk (procesul 2’-2’’).

Se remarcă prezența răcitorului intermediar (RI), amplasat între cele două trepte de comprimare; în răcitorul intermediar temperatura agentului scade, la presiunea constantă pi (procesul 2-2’, fig. 3.19). Procesul de răcire intermediară are loc în domeniul vaporilor supraîncălziți sau, altfel spus, nu se atinge curba de saturație (răcire incompletă) deoarece:

pentru eficiența răcirii intermediare, diferența dintre temperatura agentului frigorific și cea a agentului de răcire (apa) trebuie să fie de minimum 100C;

temperatura la care pot fi răciți vaporii după prima treaptă de comprimare este limitată de temperatura apei de răcire.

Ca urmare, această variantă se utilizează pentru instalațiile ce folosesc amoniacul drept agent frigorific, temperatura de vaporizare putând ajunge până la minus 400C.

Față de cazul în care comprimarea s-ar realiza într-o singură treaptă (procesul 1-II), comprimarea în două trepte are următoarele avantaje:

lucrul mecanic specific consumat de către compresor se reduce cu l (fig. 3.19a), micșorându-se de la l’c la lc (fig. 3.19b);

scade temperatura la sfârșitul procesului de comprimare (punctul 2’’ la comprimarea în două trepte, respectiv punctul II la comprimarea într-o singură treaptă – fig. 3.19b).

3.3.2. Răcirea intermediară cu agent frigorific

Răcirea vaporilor de agent frigorific refulați din prima treaptă de comprimare până la atingerea curbei de saturație (răcire completă) este posibilă doar prin utilizarea, pentru răcirea intermediară, a agentului frigorific din acele zone ale instalației în care temperatura este mai scăzută decât cea a apei de răcire. În funcție de tipul agentului frigorific utilizat în instalație, răcirea intermediară cu agent frigorific se poate realiza:

cu butelie de răcire intermediară;

cu schimbător intern de căldură.

3.3.2.1. Răcirea cu butelie de răcire intermediară

Schema de principiu a instalației frigorifice cu butelie de răcire intermediară este prezentată în fig. 3.20, iar diagrama ciclului de funcționare este prezentată în fig. 3.21.

Instalația este prevăzută cu două ventile de laminare, (VL1) și (VL2); ventilul de laminare (VL1) asigurădestinderea izentalpică a agentului ieșit din subrăcitorul (SR) până la nivelul presiunii intermediare pi, acesta fiind apoi trimis către butelia de răcire intermediară (BRI) – procesul 67, fig. 3.21. Astfel, în butelia de răcire intermediară va exista un amestec de lichid și vapori, la o temperatură inferioară celei a vaporilor refulați de prima treaptă a compresorului (C1) și răciți în răcitorul intermediar (RI) – T3 < T2’. Lichidul se va separa la partea inferioară a buteliei de răcire, în timp ce vaporii se vor găsi la partea superioară a acesteia. Vaporii supraîncălziți refulați de către prima treaptă a compresorului și trecuți prin răcitorul intermediar trec prin masa de lichid din butelia intermediară; astfel vaporii supraîncălziți se răcesc complet, în timp ce o parte din lichid se încălzește, vaporizându-se parțial.

Vaporii din partea superioară a buteliei, răciți până la parametrii punctului (3), sunt aspirați în cea de a doua treaptă a compresorului (C2) – procesul 34. Urmează apoi trecerea prin condensator (procesul 45) și prin subrăcitor (procesul 56). O parte din lichidul frigorific trece prin (VL1), asigurând astfel compensarea pierderilor de lichid (prin vaporizare și antrenare în aspirația compresorului C2) din butelia intermediară, în timp ce o altă parte trece prin ventilul de laminare (VL2) – procesul 68 – și ajunge în vaporizator.

Trebuie remarcat că, practic, butelia de răcire intermediară are rolul unui schimbător de căldură prin amestec.

Există variante constructive ale acestui tip de instalație frigorifică la care temperatura scăzută a lichidului din butelia de răcire este folosită pentru o a doua subrăcire a agentului frigorific; schema instalației este prezentată în fig. 3.22, iar ciclul de funcționare rezultă din fig. 3.23.

Instalația folosește același principiu pentru răcirea vaporilor între cele două trepte de comprimare, utilizând în acest scop butelia de răcire intermediară. La partea inferioară a buteliei de răcire intermediară se găsește o serpentină (subrăcitorul SR2), care are rolul de a subrăci suplimentar lichidul, înainte ca acesta să ajungă la ventilul de laminare (VL2) – procesul 68, fig. 3.23. Acest lucru este posibil deoarece temperatura lichidului din butelia de răcire intermediară este inferioară temperaturii lichidului la ieșirea din primul subrăcitor (SR1) – temperatura ti este inferioară temperaturii t6 corespunzătoare punctului (6).

3.3.2.2. Răcirea intermediară cu schimbător intern de căldură

Această variantă constructivă este utilizată în cazul instalațiilor frigorifice ce funcționează cu freoni; schema instalației este prezentată în fig. 3.24, iar ciclul de funcționare este prezentat în fig. 3.25.

Instalația este echipată cu trei schimbătoare interne de căldură (Si1), (Si2) și (Si3). Schimbătorul (Si3) asigură o subrăcire internă a lichidului înainte de intrarea in ventilul de laminare (VL2).

Ventilul de laminare (VL1) realizează destinderea lichidului până la presiunea pi (procesul 67); temperatura lichidului având parametrii punctului (7) este mai mică decât temperatura lichidului la ieșirea din condensator (punctul 5), iar în schimbătorul de căldură (SI2) are loc tot o subrăcire (procesul 56). Astfel, înainte de a ajunge în ventilul de laminare (VL2), lichidul saturat ieșit din condensator suferă două procese de subrăcire (569).

În schimbătorul de căldură (Si1) lichidul frigorific trecut prin primul ventil de laminare (VL1) asigură o a doua răcire intermediară a vaporilor refulați de prima treaptă a compresorului (procesul 2’2’’), prima răcire intermediară fiind realizată în răcitorul (RI, procesul 22’). Lichidul frigorific utilizat pentru răcirea intermediară în (Si1) se vaporizează prin preluarea căldurii de la vaporii refulați, în cea de a doua treaptă a compresorului fiind aspirați atât vaporii refulați din prima treaptă, cât și cei formați din lichidul utilizat pentru răcirea intermediară în (Si1).

Temperaturile de vaporizare ce pot fi obținute cu o astfel de instalație frigorifică pot ajunge până la -800C.

IV MATERIALE ȘI METODE UTILIZATE ÎN DESFĂȘURAREA EXPERIMENTELOR

În cadrul laboratorului de Oenologie din cadrul [NUME_REDACTAT] Experimentale „[NUME_REDACTAT]” există un sistem de fermentare a mustului la temperatură controlată; schema de principiu a unei astfel de instalații este prezentată în fig. 4.1.

Fig. 4.1 – Instalație pentru menținerea constantă a temperaturii mustului în timpul fermentației

1-centrală frigorifică; 2, 4-pompe; 3-rezervoare tampon; 5-tancuri de fermentare; 6-panou de comandă.

Mustul fermentează în tancurile (5); acestea sunt prevăzute cu o cămașă exterioară de răcire prin care circulă agentul intermediar răcit (apă sau soluție de apă și etilen-glicol).

Agentul intermediar este răcit de către centrala frigorifică (1), ce conține compresorul și condensatorul, iar pompele (2) și (4) asigură circulația agentului intermediar. În funcție de mărimea instalației (numărul și capacitatea tancurilor de fermentare ce trebuie răcite) aceasta poate fi prevăzută cu rezeroare-tampon (pentru agentul intermediar) exterioare (3) sau cu rezervoare de capacitate mai mică, montate în interiorul centralei frigorifice (1).

Schema de principiu a unei instalații frigorifice cu comprimare de vapori este prezentată în fig. Procesul (1-2) reprezintă comprimarea adiabatică a vaporilor supraîncălziți în compresor; ca urmare, presiunea acestora create de la p0 la pk, iar temperatura crește de la T0 la Tref.

Procesul (2-3) are loc în condensator; în prima fază are loc răcirea vaporilor supraîncălziți de la temperatura de ieșire din compresor Tref până la temperatura de saturație Tk (procesul 2-2’); această răcire are loc la presiunea constantă pk existentă în condensator. Urmează apoi schimbarea stării de agregare a vaporilor saturați (procesul 2’-3), care are loc la presiune și temperatură constantă. În punctul (3) titlul vaporilor este x = 0, deci la ieșirea din condensator agentul frigorific este în stare lichidă.

Destinderea în ventilul de laminare are loc la entalpie constantă (procesul 3-4), iar presiunea agentului scade de la pk la p0; urmează apoi vaporizarea în vaporizator (procesul 4-1), care are loc la presiunea constantă p0 și temperatura constantă T0.

În cazul instalației de răcire utilizate, vaporizatorul este reprezentat de un schimbător de căldură, în care, printr-un circuit trece agentul frigorific (R 407c), iar prin cel de al doilea circuit trece agentul de răcire intermediar.

Pentru obținerea datelor experimentale, instalația existentă în cadrul centrului de cercetare oenologică a fost modificată astfel încât să poată fi preluați parametri de funcționare pentru una din cisternele de fermentare prevăzute cu cămașă de răcire. Schema de principiu a instalației este prezentată in figura 4.4.

Fig. 4.4. Schema de principiu a instalației pentru controlul temperaturii în timpul fermentării

1 – schimbător de căldură; 2 – rezervor presurizat de agent de răcire; 3 – pompă; 4 – conductă tur pentru agent de răcire; 5 – conductă retur pentru agent de răcire; 6 – contor; 7, 8, 9 – termometre; R1, R2, R3, R4, R5, R6 – robineți; T1, T2, T3, T4 – tancuri de fermentare.

Se observă că, pe circuitul de alimentare a cămășii de răcire a ultimului tanc (T4) a fost intercalat un contor (6), cu ajutorul căruia s-a determinat debitul de agent intermediar care trece către cămasa de răcire a tancului.

În figura 4.5. se prezintă o vedere a contorului utilizat; se observă că există posibilitatea ca, prin manevrarea robinetelor existente, agentul de răcire să treacă prin contor sau să-l ocolească.

Pe conductele de legături cu cămașa de răcire au fost montați senzori de temperatură; acestia permit determinarea temperaturii agentului la intrarea în cămașa de răcire (senzorul 7), respectiv la ieșirea din cămașa de răcire (senzorul 8).

Fig.4.5. Pozitionarea contorului pe circuitul de agent de răcire

În figura 4.6. se remarcă prezența senzorilor de temperatură montați pe conductele de tur și retur ale agentului intermediar. Senzorii folosiți sunt termocupluri, care sunt conectați la un termometru electronic cu două canale de tip TM925.

Pentru măsurarea temperaturii mustului din tanc s-a utilizat un al treilea senzor, introdus în tanc prin gura de alimentare; senzorul a fost conectat la un al doilea termometru electronic. Figura 4.7. prezinta un detaliu al modului în care s-a introdus cel de-al treilea senzor de temperatură in tanc.

Termometrele electronice utilizate au posibilitatea înregistrării a maximum 1600 de valori ale temperaturii, la intervale de timp cuprinse intre 1 secunda și 3600 secunde.

Pentru măsurătorile efectuate temperaturile au fost înregistrate la 10 minute (600 secunde); ulterior, valorile stocate de termometre au fost preluate în calculator cu ajutorul interfeței de comunicație existente.

Fig.4.6. Sistemul de măsurare a temperaturii

Pentru determinarea debitului de agent intermediar s-a măsurat timpul necesar trecerii prin contor a volumului de 10 litri agent intermediar. Măsurătorile au fost repetate la diferite temperaturi ale agentului de răcire și apoi s-a calculat media aritmetică și abaterea standard a valorilor individuale, folosindu-se relațiile:

Sx = .

Rezultatele obținute au fost:

– debitul mediu: Ǭᵥ = 4,355 l/min

– abaterea standard a valorii individuale: Sₓ = 0,1378 l/min.

Se observă că abaterea standard relativă ( ) are valoarea de 3,16 %, ceea ce confirma corectitudinea determinărilor efectuate.

Fig. 4.7. Senzorul pentru măsurarea temperaturii mustului, introdus în tancul de fermentare prin gura de alimentare

Agentul intermediar utilizat pentru răcire este o soluție de etilenglicol și apa, având concentrația 19,8%; principalele caracteristici ale agentului intermediar sunt prezentate în tabelul 4.1.

Pe baza datelor referitoare la debitul de agent intermediar, temperatura agentului intermediar la intrarea și la ieșirea din cămașa de răcire și a temperaturii mustului a fost calculat coeficientul global de transfer de căldură de la must la cămașa de răcire, folosindu-se în acest scop relația:

P = k ·S · Δtmed [W],

în care:

– k – coeficient global de transfer de căldură [];

– S – suprafața de schimb de căldură [m2];

– Δtmed – diferența de temeperatură medie logaritmică;

– P – puterea termică transmisă, [W].

Tabelul 4.1.

Parametri termofizici ai agentului intermediar (după [NUME_REDACTAT])

Din această relație obținem:

[]

Calculele se efectuează pentru fiecare valoare a temperaturii, inregistrată, luându-se în considerație doar perioada în care are loc răcirea mustului de la temperatura inițiala până la temperatura finală.

Puterea termică transferată (preluată) de agentul intermediar se calculează cu relația:

P = cp · Δt [w],

în care:

– – debitul masic de agent, calculat cu relația:

ṁ = = = 0,0744 [kg/s]

– cp = 3873 J/kg · K (căldura specifică a agentului intermediar);

– Δt – diferenta dintre temperatura agentului la ieșirea din cămașa de răcire și temperatura sa la intrare.

Suprafața de schimb de căldură se obține având în vedere geometria tancului investigat ca fiind:

S = · H = 1,468 cm2

Fig. 4.8. Geometria tancului de fermentare

d1 = 0,925; de = 0,935; S = 5 mm; d = 0,945; H = 0,5 m .

Diferența de temperatură medie logaritmică dintre must și agentul de răcire se calculează cu relația ( vezi figura 4.7.):

Δtmed = ,

în care:

Δtmax = tae – tm

Δtmin = tai – tm

tae

agent

tai

tm

must

Fig.4.9. Schema pentru determinarea diferenței de temperatura medie logaritmică

Pentru fiecare pas de calcul se consideră că temperatura mustului este constantă.

Considerăm că pentru răcirea mustului trebuie preluată căldură din două surse:

– căldura sensibilă, pentru a se asigura scăderea temperaturii lichidului;

– căldura degajată din fermentarea mustului.

Altfel spus putem scrie relația:

P = Ps + Pf ,

unde:

P – puterea termică preluată de agent [W];

Ps – puterea termică corespunzătoare căldurii sensibile [W];

Pf – puterea termică corespunzătoare căldurii degajate în timpul fermentării.

Relația permite calculul puterii termice ce trebuie preluată pentru a compensa căldura degajată prin fermentare:

Pf = P – [NUME_REDACTAT] relația prezentată de Sophie Colombié:

Pf = · V · [kcal/h],

putem obține rata de degajare a bioxidului de carbon:

= [],

în care V = 10-3 este volumul tancului de fermentare.

Pentru calculul puterii termice corespunzătoare căldurii sensibile se folosește relația:

P = [W], în care:

– m = 1025 kg – cantitatea must;

– cm = 4095 J/ kg · K – căldura specifică a mustului;

– Δt – variația de temperatură a mustului în intervalul = 600 s dintre doua citiri ale temperaturii.

Cu aceste date s-a calculat rata de degajare a bioxidului de carbon pentru perioada de răcire a mustului de la temperatura inițiala la cea finală.

Mustul pe care s-au efectuat încercările a provenit din struguri Fetească regală, având următoarele caracteristici inițiale:

– aciditate totală în acid tartric: 4,4 g/l;

– conținut de zahăr: 174,6 g/l.

V. REZULTATE EXPERIMENTALE

În figura 5.1. se prezintă variația temperaturii mustului, a temperaturii agentului intermediar la intrarea în tanc și a temperaturii acestuia la ieșirea din tanc, pentru perioada de timp în care s-au înregistrat date (aproximativ 50 de ore).

Se observă că răcirea mustului de la temperatura inițiala de 23̊ C până la temperatura finală de 13,3̊ C a durat 720 min (12h), adică până la înregistrarea corespunzătoare minutului 830 de pe grafic. În continuare se remarcă evoluția procesului de menținere constantă a temperaturii mustului prin pornirea si oprirea sistemului de răcire.

Fig.5.1. Variația temperaturii pe parcursul a 50 h

Între două înregistrări ale temperaturilor, puterea termică preluată de agent pe parcursul perioadei de răcire a fost cuprinsă intre 374 si 1900 W (figura 8).

Diferența medie logaritmică de temperaturi între must și agentul de răcire a fost cuprinsă între 7,2̊ C și 3̊ C, aceasta scăzând pe măsura răcirii mustului (figura 5.2.)

Fig.5.2. Căldura cedată de must

Fig.5.3. Diferența de temperatură medie logaritmică

Aplicând relația prezentată anterior s-au obținut valori ale coeficientului global de schimb de căldură cuprinse între 179 și 191 ; valoarea medie a coeficientului de schimb de căldură este k = 182,8 , cu o abatere standard a valorilor individuale de 2,95 .

Variațiile coeficientului global de schimb de căldură au apărut ca urmare a intervalului de timp relativ mare la care s-au făcut determinările temperaturii, acestea fiind impuse de numărul relativ mic de date ce pot fi memorate de către termometrele electronice.

Pentru verificarea valorii obținute a coeficientului global de tranbsfer de căldură s-a procedat la calculul acestui, utilizînd relația clasică:

,

în care:

λ r – coeficient de conductivitate termică pentru peretele cilindric din oțel;

i – coeficient convectiv pentru transferul căldurii de la must la peretele metalic;

e – coeficient convectiv pentru transferul căldurii de la peretele metalic la agentul

δ = 0,005 [m] – grosimea peretelui metalic al tancului.

Pentru calculul coeficientului convectiv al schimbătorului de căldură de la perete la agent intermediar (αi) se consideră că în spațiul dintre mantaua interioară și cea exterioară se aplică cazul convecției forțate în spațiul limitat, pentru care relația criterială a schimbului de căldură este cea prezentată de Stamatescu:

Nu = 0,024 · Re0,8 · Pr 0,37

în care:

[NUME_REDACTAT] (ce caracterizează raportul dintre căldura schimbată prin toate mecanismele și cea transmisă prin conducție) – Nu = αe ·dech /λ;

[NUME_REDACTAT] (caracterizează regimul de curgere al fluidelor-laminar sau turbulent) – Re = δ ·w ·dech /η = w·dech / ν;

[NUME_REDACTAT] (caracteristică fizică a fluidului ) – Pr = ν · · Cp/ .

Făcând inlocuirile corespunzătoare obținem:

αe = λ / dech ·0,24 ·Re0,8 ·Pr0,37 [ W/m2 ·K ]

Diametrul echivalent prin care are loc curgerea agentului intermediar rezultă din relația:

dech = 4· A / P,

în care A este aria liberă de curgere a fluidului, iar P este perimetrul secțiunii prin care are loc schimbul de căldură. Folosind notațiile din fig. 4.8 obținem:

A = π · di2 / 4 – п · de2 /4

P = · de

dech = (di2 – de2 )/ de = 0,01 [m]

Viteza circulție a agentului se obține din ecuația de continuitate, cunoscînd debitul:

W = =0,926 m/s

Având în vedere aceste valori, criteriul Reynolds va fi:

Re = 4201 ,

iar coeficientul convectiv de schimb de căldură va fi:

α e = 2779 [ W/ m2 · K]

Pentru calculul coeficientului convectiv la trecerea căldurii de la must către peretele metalic se consideră un regim de convecție liberă, în regim staționar, fără schimbarea stării de agregare; pentru simplificarea calculelor peretele poate considera ca fiind o placă plană (datorită diametrului relativ mare). În acest caz se aplică ecuația criterială (Stamatescu):

Num = 4/3 · [0,508 · √Pm · ( 0,592 + Prm )-1/4 · Grm1/4,

în care criteriul Grashoff este:

Grm = g · H3 /ν2m · │δmc –δmp /δmp │

Ținând cont că Num = α · H/ λ rezultă:

αi = λm /H · 4/3 · [ 0,508 · √Prm · ( 0,592 + Prm )-1/4 ·Grm1/4 ]

Cu datele noastre rezultă:

Gr = 8,583 · 108

Prm = 26,549;

αi = 194,7 [W/ m2·K].

În final se obține coeficientul global de schimb de căldură:

k = 171,2 .

Se observă că, față de valoarea obținută prin prelucrarea datelor experimentale (k=182,8 W/ m2·K), coeficientul global rezultat din aplicarea modelului fizic propus este mai mic cu 6,3%, abatere ce poate fi considerată acceptabilă având în vedere simplificările introduse în calcul.

Puterea termică corespunde căldurii sensibile cedată de către must agentului de răcire s-a obținut adunând valorile individuale ale cantităților de căldură și împărțind apoi suma la timpul total de răcire (720 min,adică 43200 s); aceasta a fost de 808,1 W.

Rezultatele referitoare la rata de producere a bioxidului de carbon în faza răcirii mustului de la 23̊ C la 13,3̊ C sunt prezentate in figura 5.4.

Fig.5.4. Rata de degajare a bioxidului de carbon

Se observă că valoarea maximă, obținută prin calcul, este de 1,9 g CO2/l h; probabil că în realitate, se înregistreaza rate mai mici de degajare a mustului, pentru că prezentul calcul nu a ținut cont de pierderile de căldură prin evaporare și nici de căldura cedată aerului din spațiul înconjurător prin peretele tancului de fermentare, în zona în care acesta este înconjurat de mantaua de răcire.

CONCLUZII

În cadrul lucrării s-au efectuat încercări experimentale referitoare la fermentarea mustului în condiții de temperatură controlată. Principalul scop al încercărilor a fost acela de a valida un model teoretic al transferului de căldură de la must la agentul intermediar de răcire, bazat pe transferul combinat de căldură (prin convecție, de la must la perete metalic al tancului; prin conducție, prin peretele metalic al tancului; prin convecție de la peretele metalic la agentul intermediar de răcire). Rezultatele experimentale au permis, în plus, calcularea ratei de degajare a bioxidului de carbon în timpul fermentației, pentru perioada de timp corespunzătoare răcirii mustului de la temperatura inițială până la temperatura constantă de fermentare (130C).

Pentru obținerea rezultatelor experimentale s-au utilizat senzori de temperatură, care au permis măsurarea și înregistrarea temperaturii agentului intermediar la intarea și ieșirea din cămașa de răcire a tancului și respectiv a temperatzurii mustului; pentru măsurarea debitului de agent intermediar s-a utilizat un contor de apă rece, efectuîndu-se măsurători de debit la diferite temperaturi.

În cadrul modelului matematic pentru calculul coeficientului global de transfer de căldură de la must la agentul intermediar s-au utilizat următoarele ipoteze:

Pentru calculul coeficientului convectiv la trecerea căldurii de la must către peretele metalic se consideră un regim de convecție liberă, în regim staționar, fără schimbarea stării de agregare; pentru simplificarea calculelor peretele poate considera ca fiind o placă plană (datorită diametrului relativ mare)

Pentru calculul coeficientului convectiv al schimbătorului de căldură de la perete la agent intermediar (αi) se consideră că în spațiul dintre mantaua interioară și cea exterioară se aplică cazul convecției forțate în spațiu limitat.

Încercările experimentale au condus la următoarele concluzii:

debitul mediu de agent intermediar a fost de 4,355 ± 0,1378 l/min;

răcirea mustului de la temperatura inițiala de 23̊ C până la temperatura finală de 13,3̊ C (care s-a menținut în continuare constantă) a durat 720 min (12h);

din rezultatele experimentale a rezultat o valoarea medie a coeficientului de schimb de căldură 182,8 ± 2,95 W/m2 K;

prin aplicare modelului matematic a rezultat o valoare a coeficientului global de schimb de căldură de 171,2 W/m2 K, valoare care este cu doar 6,3% mai mică decât cea rezultată din încercări, fapt care dovedește validitatea modelului propus;

valoarea maximă, obținută prin calcul pentru rata de degajare a bioxidului de carbon a fost de 1,9 g CO2/l h;

puterea termică corespunzătoare căldurii sensibile cedată de către must agentului de răcire a fost de 808,1 W;

diferența medie logaritmică de temperatură între must și agentul de răcire a fost cuprinsă între 7,2̊ C și 3̊ C, aceasta scăzând pe măsura răcirii mustului.

BIBLIOGRAFIE

Bălan M., [NUME_REDACTAT], 2003 – Instalații frigorifice – construcție, funcționare și calcul. [NUME_REDACTAT]. [NUME_REDACTAT] – Napoca.

Chiriac F., 1981 – Instalații frigorifice, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică, București

Colombié Sophie, [NUME_REDACTAT], Sablayrolles J.-M., 2007 – Modeling of heat transfer in tanks during wine-making fermentation. [NUME_REDACTAT], 18, pp. 953-960.

Cotea V., Pomohaci N., 1982 – Oenologie, [NUME_REDACTAT] și pedagogică, București.

Cotea V., 1985 – Tratat de oenologie, vol. I, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] V., Sauciuc J., 1988 – Tratat de oenologie, vol.II, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] Victoria, Cotea V., 1995 – Viticultură și oenologie, [NUME_REDACTAT] Ionescu de la Brad, Iași.

Drughean L., Hera D., [NUME_REDACTAT], 2002 – Scheme și cicluri frigorifice pentru instalațiile frigorifice cu comprimare mecanică, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] D., 2004 – Instalații frigorifice – vol.I (agenți frigorifici), [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] B, 2006 – Instalații frigorifice și de climatizare în industria alimentară (vol. 1). [NUME_REDACTAT], Iași.

[NUME_REDACTAT]., Vasile C., 1982 – Caracteristici termofizice ale produselor alimentare. [NUME_REDACTAT], Bucuresti.

[NUME_REDACTAT]., Iosifescu C-tin, 2003 – Calculul și construcția instalațiilor frigorifice. Editura BREN, București.

Jackson R. S., 2008 – Wine science – principles and applications. [NUME_REDACTAT]., pp. 324-327.

Oniță N., [NUME_REDACTAT], 2006 – Memorator pentru calcule în industria alimentară. Editura MIRTON, Timișoara.

Pomohaci N., Stoian V., Cotea V. ș.a., 1990 – Enologie, [NUME_REDACTAT] și pedagogică, București.

Pomohaci N., Stoian V., Cotea V. ș.a., 2000 – Oenologie, [NUME_REDACTAT], București.

Roșca R., 2011 – Instalații frigorifice și de climatizare (ed. a II-a). [NUME_REDACTAT], Iași.

Roșca R., 2013 – Bazele producerii frigului artificial, [NUME_REDACTAT] Ionescu de la Brad, Iași.

Sablayrolles J.M., 2008 – [NUME_REDACTAT] International, Elsevier, pp. 419-420.

Stamatescu C. ș.a., 1979 – Tehnica frigului (vol. II) – Calculul și construcția mașinilor și instalațiilor frigorifice industriale. [NUME_REDACTAT], București.

Țârdea C-tin., 2000 – Tratat de vinificație, Editura “[NUME_REDACTAT] de la Brad”, Iași