Prezentarea Operatiiei de Uscare

CUPRINS

Introducere

Capitolul I – Prezentarea operațiiei de uscare

1.1. Uscarea

1.2. Factori care inflențează operația de uscare

1.3. Umiditatea. Forme sub care se găsește în materialele solide

1.4. Statica uscării

1.5. Metode și tipuri de uscare

1.6. Clasificarea metodelor de uscare

1.7. Clasificarea uscătoarelor

1.8. Tipuri principale de uscătoare

Capitolul II – Uscarea cerealelor

2.1. Tipuri de uscare a cerealelor

2.2. Procedee de uscare a cerealelor

2.3. Influența procesului de uscare asupra calității produselor cerealiere

2.4. Elemente care influențează procesul de uscare a cerealelor

2.5. Proprietățile elementelor participante la procesul de uscare

Capitolul III – Uscătorul de cereale cu debit continuu mixt

3.1. Descrierea instalației

3.2. Fluxul tehnologic

3.3. Date generale ale uscătorului cu debit continuu mixt

3.4. Descrierea și parametrii constructivi ai uscătorului

Capitolul IV – Optimizarea procesului de uscare

4.1. Modelarea matematică a proceselor de uscare a cerealelor

4.2. Experimente neliniare de tip răspuns suprafață

4.3. Optimizarea procesului de uscare a produselor cerealiere

4.4. Concluzii

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

Modul de dezvoltare, foarte alert al științei și tehnicii secolului XXI precum și ritmul de evoluție și viață a populatiei planetei, au condus în mod automat la poziționarea ramurei alimentare a industriei pe tabloul principal al cercetării științifice. Conștientizarea faptului că resursele planetare nu sunt înepuizabile si că risipa de materii prime alimentare precum și de alimente au atins cote sesizabile, au dus la sporirea considerabilă a atenției asupra acestui aspect. Astfel având în vedere faptul că cerealele reprezintă alimentul principal și de bază în alimentația umană, acestea ocupă un loc principal în cercetarea și dezvoltarea industriei alimentare. Datele statistice ale F.A.O. (Fond and Agriculture Organization of the Unite Nation) relevă faptul că anual se pierd un procent de peste 20% din masa totală de cereale recoltată pe plan mondial cea mai mare parte datorându-se activității insectelor și dezvoltării mucegaiurilor și ciupercilor. Anual se deteriorează aproximativ 60 de milioane de tone de cereale ca urmare a procesului de mucegăire, fapt care se datorează în principal depozitării cerealelor în condiții necorespunzătoare. Valorificarea superioară a cerealelor în diverse domenii, impune executarea unor operații de condiționare a acestora cum ar fi operații de pregătire, operații de curățare de corpuri străine, operații de uscare, de umectare etc. Exploatațiile agricole sunt principalii furnizori ai producției marfă agricole destinată consumului. Păstrarea și depozitarea cerealelor și plantelor tehnice în cadrul acestora.se face în mod diferit de la producător la producător, datorită problemelor tehnice și economice generate de schimbările majore din agricultură cât și de modul de valorificare aproducției de cereale sub formă de semințe la producător. Analiza situației curente a sectorului agricol din România privind sistemele de păstrare și depozitare, indică necesitatea accelerării proceselor de restructurare și modernizare din spațiul rural în domeniul abordat.

Capitolul I – Prezentarea operației de uscare.

1.Generalități

1.1.Uscarea

În general materialele și produsele de origine naturală precum și cele care au suferit un proces de fabricare sau prelucrare conțin umiditate în proporții variabile.

Cauzele care fac ca produsele sau materialele indiferent de proveniență sau originea lor (naturale – fabricate) să înmagazineze umiditate, sunt multiple: contactul cu apa aflată în stare lichidă, contactul cu vaporii de apă din atmosferă și creșterea nivelului de umiditate ca rezultat al unor reacții.

Reducerea într-o anumită proporție sau îndepărtarea în totalitate a conținutului de apă din structura materialelor sau produselor, sunt necesare deoarece acestea după ce vor trece de operația de uscare, să poată fi supuse în condiții optime operațiilor ulterioare: transport, conservarea, depozitare, prelucrare, ambalare, etc.

Privind dintr-un spectru mai larg, USCAREA este operația ce face posibilă îndepărtarea unui lichid (nu neapărat apa) din structura unui material solid, o pastă sau o suspensie, utilizând un gaz ca agent de uscare ( aer sau un amestec de aer cu gaze rezultate în urma arderii unor conbustibili).

Deasemenea putem afirma că, uscarea este operația prin care apa din diferite materiale sau produse cu structură solidă sau lichidă, poate fi îndepărtată utilizând un flux de aer/gaz care să aducă( parțial sau integral) în masă de produs sau material căldura necesară vaporizării umidității și care ulterior să îndepărteze vaporii de apă/lichid rezultați în urma procesului de încălzire.

1.2.Factori care inflențează operația de uscare.

Pentru îndepărtarea excesului de apă / lichid din masa de material sau produs se pot aplica diferite operații de natură mecanică, fizico-chimică și termică în funcție de starea fizică inițială a materiei prime solidă-lichidă-gazoasă.

Operațiile mecanice sunt aplicate materiilor prime cu stare de agregare solidă și lichidă acestea fiind operații de sedimentare,centrifugare,filtrare și presare.

Materialele higroscopice sunt supuse unor operații de natură fizico-chimice, datorită proprietăților acestor materiale de a absorbi umiditatea din aer, aceste sunt supuse în vederea îndepărtării excesului de apă/lichid din structura lor unor operații cum ar fi :adsorbție,extractive, absorbție.

Operațiile termice la care sunt supuse materialele sau materiile prime pentru a se putea elimina excesul de umiditate din structura lor includ și operația de uscare care se poate realiza prin:sublimare(trecerea prin încălzire din stare solidă direct în stare gazoasă fără a mai trece prin stare lichidă) vaporizare,distilare și rectificare. Factorii care influențează uscarea pot fi structurați în linii mari pe patru planuri în funcție de părțile participante la procesul de uscare și de parametrii funcționali ai acestuia.

I. Factori referitori la materialul sau produsul ce urmează a fi supus uscării acestora putând fi sub formă de: soluții, granule, foi, paste, bulgări, plăci [8].

Factori referitori la produsul supus uscării:

-cantitatea(debitul);

-forma:plăci,foi,granule,pulbere,etc.

-umiditatea și forma sub care aceasta se găsește;

-sensibilitatea termică și la oxigen(aer);

-friabilitatea și abraziunea;

-agresivitatea, toxicitatea, inflamabilitatea

-densitatea în vrac [8].

II . Factori care influențează uscarea din punct de vedere al agentului de uscare:

-natura agentului de uscare;

-modul de obținere;

-temperatura;

-umiditatea agentului de uscare;

-debitul;

-impurități;

-presiunea [8].

III . Factori referitori la produsul final)material uscat:

-umiditatea finală;

-temperatura;

-granulometria;

-deformări;

-degradarea chimică și organoleptică;

– impurificarea [8].

IV. Factori de influență ai uscării la operația în sine::

-temperatura maximă admisă;

– durata uscării;

– modul de operare:continuă sau discontinuă;

– prăfuirea și recuperarea prafului;

– recuperarea solventului unde este cazul;

-evacuarea aerului rezidual ( după uscare) [8].

1.3.Umiditatea. Forme sub care se găsește în materialele solide.

Apa conținută de produs sau material poate fi legată mecanic, fizico- chimic si chimic. Apa poate fi legată mecanic de produs datorită udării acestuia sau a imbibării capilarelor acestuia. Legatura fizico – chimică se realizeaza prin absorbtie, osmoză sau poate fi structurală ( în interiorul celulelor vegetale etc.). Apa legată chimic este inclusă in reteaua cristalnă a unor produse. În procesul de uscare, umiditatea din material realizează o deplasare din interior spre exterior prin difuziune după care se evaporează [11].

Umiditatea relativă a unui corp umed în echilibru termodinamic cu aer de umiditate și temperatura dată se numește umiditate relativă de echilibru (EMC) notată cu ec (%), pentru care corespunde o umiditate absolută de echilibru Ue. Graficul EMC, la o temperatură dată, în funcție de umiditatea relativă a aerului se numește izotermă de sorbție. O izotermă obținută prin expunera solidului la aer, a cărui umiditate crește, se numește izotermă de adsorbție. Cea obținută prin expunerea solidului la aer, a cărui umiditate scade, este cunoscută ca izotermă de desorbție, caracteristică care este importantă în uscare deoarece conținutul de umiditate al solidelor descrește progresiv. Majoritatea materialelor uscate prezintă „histerezis”, adică cele două izoterme sunt diferite[12].

În figura.1. este prezentată forma generală a izotermelor de sorbție tipice pentru materialele solide. Ele sunt caracterizate de trei zone diferite A, B și C, care indică diferitele mecanisme de legare a apei în puncte individuale din matricea solidă. În regiunea A, apa este legată puternic și nu este disponibilă pentru reacție. În această regiune, este esențială adsorbția stratului monomolecular a vaporilor de apă și nu există nici o diferență între izotermele de adsorbție și desorbție. În regiunea B, apa este legată mai slab. Scăderea presiunii vaporilor sub presiunea de echilibru a vaporilor de apă la aceeași temperatură este datorată apei din capilarele mai mici. Apa din regiunea C și mai slab legată în capilare mai mari. Este disponibilă pentru reacții și ca solvent [12].

Numeroase ipoteze au fost propuse pentru explicarea histerezisului (Bruin și Luyben, 1980; Fortes și Okos, 1980; Bruin, 1988) [12].

Figura.1. Izoterme de sorbție tipice.

Figura.2. Diferite tipuri de umiditate.

În figura.2. se prezintă arată diferitele tipuri de umiditate.Izotermele de desorbție sunt deasemenea dependente și de presiunea externă. In cazul uscării convective, care se face la presiunea normală, acest efect poate fi neglijat.Conform lui Keey (1978), dependența umidității de echilibru de temperatură poate fi corelată prin relația [12]:

Parametrul variază în domeniul 0,005…0,01 K-1. Această relație poate fi folosită pentru estimarea dependenței de temperatură a umidității de echilibru Ue dacă nu sunt disponibile alte date [12].

Apa legată chimic este inclusă in reteaua cristalnă a unor produse. În procesul de uscare, umiditatea din material realizează o deplasare din interior spre exterior prin difuziune după care se evaporează [12].

a) Apa legată chimic.

– apa de cristalizare din hidrații cristalini, ( Îndepărtarea ei produce modificarea proprietăților fizice ale substanței) [8].

b) Apa lagată adsorbtiv.

– apa legată prin forțe intermoleculare ( tip van der Waals) și electrostatice (coulombiene),(Legarea este însoțită de un efect termic care descrește odată cu creșterea cantității de apă adsorbită) [8].

Apa legată osmotic.

Există în materialele celulare cu membrane semipermeabile.(Legarea apei este însoțită de umflarea materialului, fără efect termic sensibil) [8].

Apa legată structural.

Apa conținută în geluri, care pot conține până la 99% apă și 1% material solid [8].

Apa legată mecanic.

Prin forțe de capilaritate,

Prin forțe de adeziune [8].

1.4. Statica uscării.

Stabilește legătura dintre parametrii de inițiali și finali ai substanțelor care participă la procesul de uscare, această legătură stabilinduse prin intermediul ecuațiilor de bilanț de masă sși a celor de bilanț termic.

Statica uscării permite determinarea mai multor parametric cu ar fi :

Compoziția chimică a materilului,

Consumul de agent de uscare,

Consumul de energie termică (căldură) [8].

1.5. Metode și tipuri de uscare.

a) Uscare prin fierbere   în care analog evaporării, produsul este adus la o temperatură la care lichidul volatil se vaporizează. Aceasta metoda  se întalnește și la uscarea prin depresiune (vid) sau la uscarea prin biofilizare (sublimare) a produselor congelate [11].

b)Uscarea prin antrenare  presupune contactul produsului cu un agent gazos care furnizează caldura necesară antrenării prin evaporare a umidității, sistemul evoluând  spre echilapei este însoțită de umflarea materialului, fără efect termic sensibil) [8].

Apa legată structural.

Apa conținută în geluri, care pot conține până la 99% apă și 1% material solid [8].

Apa legată mecanic.

Prin forțe de capilaritate,

Prin forțe de adeziune [8].

1.4. Statica uscării.

Stabilește legătura dintre parametrii de inițiali și finali ai substanțelor care participă la procesul de uscare, această legătură stabilinduse prin intermediul ecuațiilor de bilanț de masă sși a celor de bilanț termic.

Statica uscării permite determinarea mai multor parametric cu ar fi :

Compoziția chimică a materilului,

Consumul de agent de uscare,

Consumul de energie termică (căldură) [8].

1.5. Metode și tipuri de uscare.

a) Uscare prin fierbere   în care analog evaporării, produsul este adus la o temperatură la care lichidul volatil se vaporizează. Aceasta metoda  se întalnește și la uscarea prin depresiune (vid) sau la uscarea prin biofilizare (sublimare) a produselor congelate [11].

b)Uscarea prin antrenare  presupune contactul produsului cu un agent gazos care furnizează caldura necesară antrenării prin evaporare a umidității, sistemul evoluând  spre echilibrul presiunii parțiale al vaporilor lichidului în fază gazoasă și al celui de la suprafața produsului.În figura.3. este prezentată   relația dintre temperatura aerului si umiditatea produsului [11].

Figura.3.   Relatia dintre temperatura aerului si umiditatea produsului.

Unde : (t umed) – temperatura termometrului umed.

(t uscat) – temperatura termometrului uscat.

În cazul legumelor si fructelor procesul de uscare se desfasoară in doua etape distincte (Fig.1 ).În prima etapa se produce o evaporare a apei libere cu o sinteză de uscare constantă, temperatura aerului fiind egală cu temperatura termometrului umed, pană când umiditatea de la suprafața produsului pe care-l uscăm se va egala cu umiditatea higroscopică constituind  umiditatea critică a produsului respectiv. Din acel moment caracterul  evaporării se schimbă. Aerul nu se mai saturează cu vaporii de apă pana la valoarea de 100 % decât la o valoare mai mică, egală cu umiditatea de echilibru. Temperatura aerului se va apropia de temperatura termometrului uscat [11].

Evaporarea se va produce tot mai mult in profunzimea produsului patrunzând spre centrul bucății. In momentul in care umiditatea intregii bucăți va fi egală  cu umiditatea higroscopică a produsului, zona de vaporare atinge centrul acesteia [11].

 In consecință viteza de uscare se reduce treptat in   a doua perioadă, proporțional cu reducerea umidității produsului. A doua perioadă poartă numele de perioaăa de scădere  a vitezei de uscare. Aceste două perioade de uscare sunt delimitate de umiditatea critică, de a cărei valoare depind atât durata uscării cât si calitatea produsului uscat [11].

Figura.4.  Diagrama uscarii in timp : v = viteza ; u = umiditatea [11].

Prin viteza de uscare se ințelege cantitatea de umiditate eliminată in unitatea de timp. (  v =dU/dt  ). Din urmărirea uscării unui material in timp s-a construit diagrama din figura.4. Curba poate avea o prima porțiune ascendentă  A B reprezentând perioada inițiala de stabilire a regimului de uscare când suprafața materialului supus uscării ajunge la temperatura termometrului umed al agentului de uscare, apoi o porțiune orizontală BC de uscare la viteza constantă și o  porțiune CD de uscare la viteză descrescandă. Punctul C de pe curbă, numit si punct critic corespunde umiditații critice. În unle cazuri când materialele au umiditatea critică foarte ridicată lipsește perioada de uscare la viteză constantă [11].

Uscarea prin convecție.

Uscarea prin convecție este un proces prin care încălzirea si evaporarea în vederea reducerii umidității materialelor se face cu ajutorul aerului umed sau cald sau a gazelor de ardere fierbinți. Procesul se poate realiza printr-o singură trecerea aerului peste material.Pentru realizarea procesului de uscare prin convecție, aparatele respective prezintă două parți distincte: un element de încalzire  a aerului, de obicei un schimbator de caldură, sau in cazul folosirii gazelor de ardere, un focar si o cameră de amestec si elementul de realizare al procesului de uscare propriu zis; aceste elemnte putnâd fi separate sau intr-un singur aparat [11].

Uscarea prin conducție.

În industria alimentară , uscarea prin conducție se aplică in special produselor care înainte de uscare se prezintă in stare lichidă. Procesul de uscare constă in principal prin turnarea sau pulverizarea lichidului pe o suprafță fierbinte, unde umiditatea va fi indepartată prin evaporare iar produsul uscat se razuiește cu un cuțit [11].

Acest procedeu poate influența negativ calitatea produsului uscat datorită acțiunii temperaturii ridicate asupra acestuia, in special la produsele coloidale termolabile ca sânge, ouă, vitamine, enzime etc. In procesul de uscare prin contact este importantă stabilirea temperaturii pe care trebuie sa o atingă  suprafața peretelui în contact cu materialul supus uscării [11].

Uscarea prin radiație

Caldura necesară realizarii uscării poate fi transmisă prin radiațiile infraroșii.Ca sursă de radiații se pot folosi lampi electrice cu temperatura de incandescență redusă, elemete metalice si ceramice in care se arde combustibil sau circulă gaze fierbinți [11].

Energia radiant infraroșie obtinută din radiații electrice necesită un consum mare de energie electrică, dar prezintă avantajele lipsei de inerție termică. La uscarea cu radianți încalzțti cu flacara sau gaze fierbinți, produsele de ardere părăsesc uscatorul fierbinți, dar pot fi utilizate la preâncalzirea materialului ce intră in uscător. În industria alimentară uscarea cu radiații infraroșii este aplicată în industria lactozei cazeinei si legumelor [11].

Uscarea sub presiune

Uscarea la presiune redusă este aplicată in special in cazul meterialelor termolabile. Datorită presiunii reduse  temperatura de  fierbere a lichidului care trebuie eliminat prin uscare este mai mică, evitându-se astfel fenomene nedorite ca oxidarea distrugerea hormonilor sau a vitaminelor conținute și schimbarea culorii materialului care este supus uscării [11].

Căldura necesară eleiminarii umidității, în aceste instalații nu se mai transmite prin intermediul aerului cald, ca la uscarea prin evaporare, ci prin conducție sau radiația unor suprafețe încălzite [11].

Transferul de substanță  presupune unele particularități față de uscarea la presiune normală, astfel, in perioada de uscare la viteza constantă, la suprafața materialului se produce vaporizarea care marește viteza de uscare, iar in perioada cu viteza descrescândă migrarea umidității este influentată de structura produsului, dimensiunile capilarelor, umiditatea si vâscozitatea mediului in care are loc migrarea apei. Uscarea sub  depresiune se poate aplica atât produselor lichide cât și celor solide [11].

1.6.Clasificarea metodelor de uscare.

a) După modul de transmitere a căldurii pentru eliminarea umidității.

Uscare convectivă,

Uscare conductivă,

Uscare radiant,

Uscare dielectrică (camp CIF),

Metode combinate – convective radiantă / covectiv dielectică [8].

b) După presiunea la care se realizează uscarea.

La presiune atmosferică

Sub depresiune – prin sublimare,

-uscare moleculară ( pentru produsele termosensibile).

c) După tehnica de uscare.

– uscare convectivă – convențională

– în pat fluidizat,

– pneomatică,( în suspensie)

– prin pulverizare,

– cu pompă de căldură [8].

– conductivă în radiant – conductivă – conductivă

– conductivă sub depresiune ( sublimare)

– prin procedee special – în câmp de (CIF)

– în câmp sonor (acustic) [8].

1.7.Clasificarea uscătoarelor

Pentru o clasificare cât mai corectă a uscătoarelor trebuie avuți în vedere mai multi factori, care pot influența mai mult sau mai puțin procesul de uscare cum ar fi : regimul de funcționare, forma materialului, sensibilitatea termică și sensibilitatea la oxigen a materialului, agentul de uscare, mișcarea agentului de uscare în raport cu materialul, circulația gentului de uscare, încălzirea agentului de uscare, recircularea agentului de uscare, îndepărtarea umidității din uscător, încălzirea materialului, presiunea în uscător și nu în ultimul rând forma și tipul constructiv al uscătorului [8].

CLASIFICAREA USCATOARELOR (STRUMILLO, 1984) [8].

1.8. Tipuri principale de uscătoare.

Industriile de process utilizează si prelucreazăo gamă foarte largă de materii prime și material, fapt ce conduce automat la utilizarea în procesele de prelucrare și condiționare a unei mari diversități de modele și tipuri de uscătoare( figura. 6.).

În funcție de particularitățile fiecărui tip de produs sau material ce urmează a fi supus unui process tehnilogic , s-au dezvoltat de-a lungul timpului mai multe tipuri de uscătoare care să satisfacă normele tehnologice impuse.Cercetătorii și specialiștii din domeniul construcțiilor de mașini si utilaje realizează în continuare noi tipuri si modele de uscătoare, ce înglobează descoperirile actuale ale științei și tehnicii moderne, care să indeplinească standardele de calitate și fiabilitate actuale.

Figura.6. Tipuri principale de uscătoare.

Capitolul 2. Uscarea cerealelor.

Generalități

Pentru o mai bună conservare a cerealelor trebuiesc aplicate un întreg ansamblu de măsuri tehnice, care se impun pentru dirijarea proceselor fizice și biochimice din masa de cereale, în scopul depozitării și păstrării în condiții optime a acestora.Obiectivul principal al conservării cerealelor este menținerea integrității cantitative și a proprietăților calitative ale acestora, având în vedere un consum cât mai eficient al energiei consumate în acest scop.

Produsele agricole boabe se pot conserva aplicând mai multe metode care urmăresc reducerea proceselor fiziologice și biochimice din masa de produs prin dirijarea controlată a umidității și temperaturii acestuia.Astfel, există mai multe metode de conservare a produselor agricole, ca de exemplu: păstrarea acestora prin tratare cu substanțe chimice, păstrarea în stare uscată, păstrarea cu sjutorul aerării active păstrarea la temperaturi scăzute, păstrarea prin iradiere,autoconservarea,etc.

Uscarea este cea mai răspândită utilizată metodă de tratare a cerealelor în vederea coservării lor, având în același timp și cea mai largp aplicabilitate pe segmentul produselor agricole boabe, atât la noi în țară cât și în lume.

Uscarea reprezintă una din cele mai importante operații ce se aplică în vederea depozitării ți conservării cerealelor, semințele de cereale păstrându-și proprietățile calitative și putând fi păstrate fără să se degradeze.

După procesul de uscare cu ajutorul mai multor tipuri de aparate și instalații, boabele de cereale destinate consumului uman precum si cele utilizate pentru hrana animalelor devin apte pentru a fi însilozate,depozitate, prelucrate și manipulate.

Uscarea cerealelor urmărește reducerea cantitășii de apa / lichide din structura acestora. Pentru înlăturarea din masa boabelor de cereale a excesului apă, este utilizat în general aerul ca agent de vehiculare a acesteia dar care de cele mai multe ori este și agentul termic al operației de uscare.

Pentru a crește viteza și capacitatea de evaporare a apei din masa de produs , în cele mai multe cazuri se apelează la ridicarea temperaturii aerului, aceasta putând atinge în cazul anumitor tipuri de uscătoare industriale, valori de până la 125 C0.

2.1.Tipuri de uscare a cerealelor.

a) Uscarea naturală.

Acest tip de uscare se desfășoară având ca factori de influență, aerul la temperatura atmosferică, razele solare, viteza vântului și implicit a aerului cald precum și dispunerea stratului de produs pe platforme de uscare.

Astfel prin expunerea produselor cerealiere, într-un strat de aproximativ 10-20 cm la soare în perioadele de insolație puternică când temperatura poate atinge pragul de 30-35 C0, umiditatea acestora scade cu unprocent cuprins între 2% și 3% pe parcursul unei zile.

Uscarea naturala a produselor cerealiere accelerează procesul de maturare a semințelor iar radiațiile solare au rol sterilizant, distrugând într-un procent semnificativ, aproximativ 40% din microorganismele din masa de semințe/boabe contribuind astfel la mărirea rezistenței la pastrare a acestora.

Pentru o eficientizare cât mai bună a procesului de uscare naturală se impun o serie de activități cum ar fi: amestecarea și nivelarea produsului ( cu ajutorul utilajelor sau prin lopătare) la un interval orar cuprins între 1-2 ore, executarea de rigole(șanțuri) în stratul de produs pentru mărirea suprafeței de expunere a acestuia la razele solare astfel mărindu-se și suprafața de evaporare a apei din produs.

Prin uscarea naturală a cerealelor nu se poate realiza o sterilizare totală a acestora, pe timpul procesului de uscare distrugându-se numai o parte din cantitatea de microorganisme aflate în masa acestora.

Pentru protejarea și conservarea cât mai bună a cerealelor, după procesul de uscare, acestea vor fi depozitate și păstrate ăn silozuri cu celule din beton sau metalice evitând astfel intrarea acestora în contact cu umiditatea atmosferică, fapt ce dăunează procesului de păstrare și influențează negativ parametrii calitativi ai produsului.

Umiditatea produselor cerealiere poate fi redusă cu ajutorul mijloacelor naturale (fără consum de energie și combustibil) prin depozitarea acestora în: remize,șoproane acoperite, spații betonate cu o bună circulație a curenților de aer, masa de produs fiind dispusă în straturi de o grosime cuprinsă între 20-30 cm.

Astfel sa constatat să, depozitând grâu sub forma unui strat de aproximativ 20-25 cm și executând lucrări de lopătare a acestuia( 1-2 pe zi) în condiții atmosferice cu parametrii de temperatură și umiditate medii de: 75% umiditate relativă a aerului și peste 20 C, umiditatea produsului se diminuează cu 0,5-1%pe zi.

b) Uscarea artificială,

În linii marii procesul de uscre artificială are la bază un proces de transfer termic și se realizează prin introducerea în masa de produs umed a agentului de uscare, acesta fiind de regulă un mediu gazos cald și care odată intrat în contact direct sau indirect cu produsul preia din umiditatea acestuia ducând în final la îndepărtarea din masa de produs a excesului de apă.

Aerul cald poate îndeplini rolul de agent de uscare( agent indirect) sau aerul atmosferic în amestec cu gazele fierbinți rezultate dintr-un proces de erdere a diferitelor conbustibili.

Pentru un control cât mai eficient al procesului de uscare trebuiesc cunoscute proprietățile agentului de uscare, indicii de umiditate și temperatură a aerului care constituie agentul de uscare precum și interdependența dintre proprietățile agentului de uscare și proprietățile produsului supus operației de uscare.

2.2. Procedee de uscare a cerealelor.

2.2.1.Uscarea cerealelor prin contact cu suprafețe încălzite.

Agenții de uscare utilizați în acest caz sunt: apa caldă,aerul cald,amestecul de aer cu gaze arse, care încălzesc cedând energie termică, radiatoarele, conductele termice sau suprafețele radiante ale instalațiilor de uscare.

Boabele în acest caz, vin în contactul cu suprafețele exterioare ale elemntelor termice se încălzesc( înmagazionează energie termică) prin radiație, provocând astfel eliminarea umidității din masa de produs, prin evaporare.

O metodă eficientă și care asigură calități superioare produsului uscat este uscarea prin preîncăzire și transpirație aceasta aducând însușire tehnologice superioare atât din punct de vedere alimentar cât și seminal, prevenind totodată și producerea fenomenului de călire a semințelor Călirea este fenomenul care se produce atunci când uscarea este efectuată cu agent direct (amestec de gaze de ardere cu aer atmosferic) și contă într-un proces rapid de uscare a învelișului boabelor, care produc o sudare intantaneie a porilor vaselor capilare, facând imposibilă difuzarea vaporilor de apă către exteriorul boabelor, fapt care atrage după sine producerea în miezul boabelor a unei suprapresiuni care conduce la fisurarea sau spargerea acestora.

Atingerea unui grad ridicat de eficientă în urma aplicării acestei metode de uscare, depinde de punctul de contact pe care le au boabele cu suprafața elementelor radiante, acestea trebuind să se modifice permanent lucru care se întâmplă neexistândastfel pericolul ca boabele să se supraîncălzească local.

Transpirața intensă a boabelor și temperaatura ridicată, fac posibilă uniformizarea umidității semințelor, chiar și în cazul în care în zona respectivă pătrund semințele cu un nivel al umidității diferit.

Procesul de uniformizare a umidității masei de boabe continua și în zona imediat următoare numită și zonă de liniștire sau neutră, această zonă aflându-se după zona de transpirație și unde are loc uniformizarea umidității prin schimbul de umiditate între boabe.

Procesele cele mai complexe au loc în zona de transpirație și sunt atribuite mai multor factori, cum ar fi : absorția;desorbția;tensiunea vaporilor de apă;termodinamica aerului umed;forța capilară;conductibilitatea termică.

2.2.2.Uscarea cerealelor cu gaze de ardere în amestec cu aer atmosferic.

Această metodă de uscare are o largă răspândire atât pe plan intern cât și pe plan internațional, principiul contând în amestecarea aerului atmosferic cu un flux de gaze calde care rezultă din arderea unor conbustibili solizi,lichizi,sau gazoși cum ar fi: lemn,carbuni,gaze naturale,motorină sau diferiți derivați petrolieri cu condiția strictă că în urma arderii lor aceștia să nu emane miros sau fum, fapt ce ar duce la deprecierea produsului uscat.

Asemănătoare cu uscarea cu aer cald această metodă are avantajul unui randament termic mai ridicat precum și a unui consum de combustibil mai redus.

Utilizând gazele arse în amestec cu aerul, în unele cazuri uscarea pot fi neuniformă, datorită distribuției neomogenă a curenților de amestec în întreaga masa de produs, fiind posibil ca în cazul în care temperatura agentului de uscare sa fie ridicată, la contactul acestuia cu masa de produs să se creeze condiții de producere a fenomenului de călire a tegumentului fapt ce conduce automat la pierderea calităților fizice și chimice a semințelor.

Datorită faptului că metoda face posibil contactul direct între gazele de ardere și produs există un risc mai mare de producerea a incendiilor comparativ cu celelalte metode de uscare.

Uscătoarele care funcționează după o astfel de metodă sunt mai productive și sunt utilizate frecvent în sectorul de valorificare a produselor, făcând față cu succes necesității unei uscări imediate a unor cantități mari de produs.

2.2.3.Uscarea cu aer cald.

Principiul acestei metode constă în încălzirea unui flux de aer utilizând radiatoare termice cu suprafață de contact mare punerea în mișcare a fluxului de aer fiind asigurat cu ajutorul unor ventilatoare, astfel aerului antrenat de ventilatoare este trecut prin suprafața radiantă a radiatoarelor și dirijat mai apoi cât se poate de uniform în masa de produs, unde se produce schimbul de energie termică.

Ca urmare a schimbului de căldură dintre agent termic și produs, în interiorul boabelor apa liberă se transformă în vapori producându-se termodifuziunea interioară, astfel umiditatea rezultată din interior boabelor migrează către exterior unde mai apoi este preluată de curenții de aer.

Această metodă de uscare este folosită în special în regim mixt împreună cu metoda de uscare prin contact cu suprafețe încălzite sau cu cea de uscare în vid, deoarece utilizată independent aceasta prezintă o eficientă economică scăzută și un randament slab.

În regim mixt această metodă combinată cu metoda prin contact cu suprafețe încălzite oferă rezultate foarte bune.

2.2.4.Uscarea în vid parțial.

Uscarea în vid parțial are un principiu de funcționare, variația presiunii aerului cumulată cu temperatura.

Metoda constă în micșorarea presiunii aerului din interspațiile granulare, acest fapt facilitând evaporarea umidității din boabe, la temperaturi scăzute.

Procesul de uscare constă în utilizarea unei camere cu presiune negativă (camera de vid) echipată cu radiatoare termice care preiau căldura de la apa care circulă în interiorul unor elemenți de fontă încăziți cu ajutorul unui generator termic, care produce temperatura de uscare.

În camera de vid produsele se deplasează pe suprafețe radiante ale radiatoarelor încălzindu-se favorizând astfel migrarea apei din interior către exteriorul boabelor.

Temperatura pe care o au boabele la intrarea în zona de uscare, este mai scăzută decât cea mai scăzută decât cea a vaporilor de apă din zona cu presiune negativă(vid) astfel producându-se fenomenul de condensare al vaporilor pe suprafață exterioară a boabelor, fenomen aproape identic cu cel produs în zona de transpirație de la metoda de uscare în contact cu suprafețe încălzite.

Costurile sunt reduse la uscarea în vid cu aproximativ 30% comparativ au cele pentru uscarea cu gaze arse în amestec cu aerul atmosferic.

2.3. Influența procesului de uscare asupra calității produselor cerealiere.

Privind din mai multe unghiuri, procesul de uscare poate să influențeze calitatea produselor agricole vegetale, atât pozitiv cât și negativ.

Produsele cu umiditate foarte mare dacă sunt supuse unui proces de uscare rapidă la temperaturi ridicate, pot suferi o uscare instantanee a tegumentului bobului, urmată de sudarea porilor de pe suprafața acestuia, astfel fiind împiedicată difuzarea umidității interioare a bobului spre exteriorul acestuia.

Astfel fenomenul duce la o acumulare de vapori în interiorul bobului și creearea unei suprapresiuni în vasele capilare, producând astfel fisurarea și spargerea acestuia.

Un proces de uscare nerațională,aplicat unui produs destinat însămânțării sau fabricării berii, poate determină pierderea de către produs a proprietăților de germinare, fapt ce poate constitui o pierdere însemnată.

În schimb aplicarea unei uscări cu un regim optim din punct de vedere termic cu o eliminare a umidității care să nu ducă la o uscare forțată poate aduce beneficii la viabilitatea și germinația semințelor.

La expunerea la temperaturi prea ridicate a masei de semințe, în funcție de natura produsului, componentele chimice pot suferi transformări ireversibile care să se ducă la scăderea proprietăților calitative a acestora.

Astfel amidonul, conținut de cereale dacă suferă o încălzire în soluție apoasă la peste 700C acesta se umflă și crapă, la temperatura de aproximativ 1000C-1100C se deshidratează iar la 1200C-1400C se transformă în dextrină.

Deasemenea proteinele și substanțele proteice își modificp însușirile în funcție de evoluția parametrilor procesului de uscare, deneturarea proteinelor începând la temperaturi cuprinse între 50-600C.

La plantele oleaginoase, semințele acestora supuse unui proces de încălzire la temperaturi prea ridicate grăsimile din structura acestora se pot descopune parțial, mărindu-și indicele de aciditate.

Aplicarea unor temperaturi mai scăzute la începutul procesului de uscare și mărirea progresivă a acestora odată cu scăderea umidității semințelor aflate în perioada de postmaturare cât și îmbunătățirea proprietăților biochimice, fizice și tehnologice ale semințelor.

2.4. Elemente care influențează procesul de uscare a cerealelor.

Elemente care influențează procesul de uscare sunt multiple și au arii de influență diferite asupra acestuia, expuse într-o ordine aleatorie ele sunt următoarele:

Specia produsului supus uscării;

Timpul de staționare în uscător;

Limita admisă de reducere a umidității la o trecere prin uscător;

Umiditatea produsului la intarea în uscător;

Randamentul instalației;

Modul de acțiune a gazelor de ardere;

Numărul zonelor de uscare;

Destinația finală a produsului;

Stadiul de post maturare a produsului.

Extracția surplusului de umiditate din produs variază în funcție de mai mulți factori cum ar fi:tipul uscătorului,specia produsului,umiditatea produsului.Dar influența cea mai mare o au temperatura de regim a procesului de uscare și timpul de staționare a produsului în uscător.

Temperatura aplicată pe timpul uscării este condiționată și limitată de compoziția chimică a semințelor precum și de însușirile calitative ale acestora.

Rezultatele cele mai bune se obțin prin uscarea în trepte de temperatură, acest lucru făcându-se progresiv în funcție de trecerea produsului dintr-o zonă de uscare la alta.

2.5. Proprietățile elementelor participante la procesul de uscare.

2.5.1. Proprietățile produsului supus uscării.(cereale)

Cultivate pentru semințele lor bogate în amidon, cerealele fac parte din familia ,,GRAMINEE”.Grâul, secara, porumbul, ovăzul, orezul, orzul, meiul și hrișca sunt utilizate ca materii prime în industria alimentară.

Dintre toate plantele de cultură cerealele ocupă cele mai mari suprafețe, aproximativ 50% din suprafața arabilă a TERREI este cultivată cu cereale.

Fructul cerealelor poate fi păstrat, perioade îndelungate de timp, în condiții corespunzătoare, acesta este o – cariopsă – (fruct uscat indehiscent- fruct care nu se deschide spontan când ajunge la maturitate, entru a pune în libertate semințele)

În general semintele sub constituite di trei componente principale:

Endospermul,

Embrionul

Învelisul bobului.

În urmatorul tabel (tabel.1.)sunt redate roporțiile anatomice aleprincipalelor tipuri de cereale.

Tabel.1. Părțile anatomice ale principalelor tipuri de cereale.

Indicii de calitate ai cerealelor sunt sunt erarhizați înfuncție de următoarele proprietăți:

Compoziția chimică,

Proprietățile fizice,

comportarea pe perioada păstrării,

proprietățile tehnologice.

Compoziția chimică a grăunților de cereale este influențată în primul rând de soiul acestora, 6 gradul dematurizarela momentul recoltării, de tipul și cantitatea îngrășămintelor,de climă, gradul de umplere al bobului (depinde de compoziția solului și de umiditatea acestuia), e.t.c.

În tabelul.2. sunt indicate valorile pricipalelor componente chimice a celor mai importante tipuri de cereale.

Tabelul.2. Compoziția chimică a principalelor cereale (%).

Cerealele sunt organisme vegetale vii, de acest aspect trebuie să se țină cont la depozitarea lor în vederea păstrării. Astfel, produsele rezultate în urma respirației cerealelor pe timpul depozitării/ pastrării, cum ar fi: vaporii de apă și căldura, accelerează si stimulează procesul de respiratie în sine.

De exemplu la o creștere a umidității cu două până la trei procente, prcesul de respirație crește semnificativ,iar dacă și valoare temperaturii crește cu 10 ᵒC, procesul de respirație a cerealelor se amplifică de 5 ori.

Caracteristicile fizice ale cerealelor sunt următoarele:

– greutatea a 100 de boabe (masa exprimată în grame),

– masa hectolitrică (masa exprimată în kg/hl),

– masa specifică ( densitatea )

– duritatea,

Sticlozitatea.

2.5.2. Proprietăți ale aerului umed / uscat.

a) Compoziția aerului.

Aerul atmosferic este în general un aer umed , deoarece acesta este un amestec de aer uscat și vapori de apă.

Aerul uscat este format dintr-un amestec de gaze cu concentrații și proporții diferite. Compoziția aerului uscat este prezentată în tabelul.3.

Tabelul.3. Compoziția aerului uscat.

Deasemenea în atmosferă există în proporții și cantități diferite praf, care poate fi de origine minerală,vegetală sau animală, cantitatea de prf din atmosferă este influențată în special de climă si de anotimpuri.

b) Temperatura presiunea și greutatea specifică a aerului.

Atmosfera terestră este formată din două straturi distincte și care au un gradient de temperatură raportat la altitudine constant:

troposfera – până la altitudinea de 11km, are un gradient de temperatură de 6,50C/Km,

stratosfera – de la altitudinea de 11km până la 30 de km, aceasta având un gradient de temperatură nul.

Apa conținută de aerul umed, se poate afla în mai multe stări de agregare, după cum urmează:

– stare gazoasă sub formă de vapori;

– stare lichidă sub formă de picături;

– stare solidă/cristalizată sau amorfă – gheață;

Aerul umed poate fi saturat, nesaturat sau suprasaturat în funcție de cantitatea de apă pe care o conține.În tehnica ventilării și a condiționării produselor aerul este caracterizat de următorii parametrii principali: temperatură, umiditate, greutatea specifică, căldura specifică și entalpie.

2.5.2.1..Temperatura.

Temperaturile care caracterizează aerul umed sunt următoarele:

Temperatura termometrului uscat(t)- este temperatura indicată de un termometru precis care în timpul măsurătorilor nu este influențat de radiații termice;

Temperatura termometrului umed (t)- este temperatura indicată de un termometru uzual care are rezervor cu mercur acoperit / înfășurat cu o pânză permeabilă îmbibată cu apă, temperatură indicată de termometru reprezintă temperatura de saturație adiabatică;

Temperatura punctului de rouă(t)- este acea temperatură la care presiunea vaporilor conținuți de aerul umed, având o anumită temperatură un anumit conținut de umezeală și răcit izobar, devine egală cu presiunea lor de saturație.La această temperatură vaporii de apă condensează la răcirea izobară a aerului umed.

2.5.2.2.Umiditatea.

În tehnica uscării, ventilării șia condiționării produselor, un interes major îl prezintă vaporii de apă conținuți de aerul atmosferic, cantitatea acestora influențând proprietățile fizice ale amestecului de gaze și aer.

Umiditatea aerului este caracterizată prin următoarele elemente: conținutul de umiditate;umiditatea relativă și umiditatea absolută(a).

Pentru a putea defini marimile menționate mai sus trebuie mai întâi definită presiunea barometrică:

-Presiunea barometrică (p)- a aerului umed este reprezentată de suma presiunilor parțiale a aerului uscat(pa) și a vaporilor de apă (pX):

p= pa+ pv [mmHg]

– Conținutul de umiditate (x)- reprezintă greutatea vaporilor de apă exprimată în grame a vaporilor de apă din aerul umed, care este raportată la 1kg de aer uscat ; relația cu care putem determina această mărime este:

[g/kg]

unde: mv – masa vaporilor de apă;

ma- masa de aer uscat;

Momentul când vaporii de apă saturează aerul, conținutul de umezeală atinge limita maximă și se notează cu xS.

-Umiditatea absolută (a)- este greutatea exprimată în grame a vaporilor de apă dintr-un metru cub de aer umed:

[g/m3]

Unde: V-volumul aerului umed în m3

Dacă vaporii de apă saturează aerul, umiditatea absolută atinge valoarea maximă și se notează cu (as).

-Umiditatea relativă (φ) – este raportul dintre umiditatea absolută (a) a aerului umed și umiditatea absolută maximă la saturație(as) la aceeași temperatură și presiune barometrică:

[%]

Practic umiditatea relativă (φ) este raportul :

[%]

Umiditatea relativă poate varia între 0%-100%.

2.5.2.3.Greutatea specifică.

Aerul umed are greutatea specifică mai mică decât cea a aerului uscat și se poate calcula cu relația:

[kg/m3]

Unde: T- temperatura absolută;

ya – greutatea specifică a aerului uscat.

Greutatea unui m3 de aer uscat la 00C este de 1,293kg/m3.

2.5.2.4.Căldura specifică.

Pentru plaja de temperaturi de până la 1000C, căldura specifică a aerului uscat la presiune constantă este :

Cpa= 0,24 [Kcal/kg .grd ]

iar căldura specifică a vaporilor de apă la presiune constantă :

Cpv= 0,46 [Kcal/kg .grd ]

2.5.2.5. Entalpia (continutul de căldură).

Entalpia cunoaște trei valori diferite după cum urmează:

a) Entalpia specifică a aerului uscat (ia ) – este creșterea continutului de căldură a unității de masă de aer în transformarea acestuia de la temperatura dată (t) , sub presiune constantă:

ia = cpa t =0,24 t [kcal/kg];

b) Entalpia specifică vaporilor de apă (iv) – reprezintă cresterea conținutului de căldură a umidității de masă a vaporilor de apă saturați în transformarea acestora de la 0 ºC până la temperatura dată (t), sub presiune constantă:

iv =cpv t+lv=0,46 t +597 [kcal/kg];

unde: cpv – căldura specifică vaporilor de apă,

lv – căldura latentă de vaporizare.

c) Entalpia totală a aerului umed (i)- raportată la un kilogram de aer uscat :

i=cpa t +( cpvt + lv ) .

Capitolul III – Uscătorul de cereale cu debit continuu mixt.

3.1. Descrierea instalației.

Figura.3.1. Instalația de condiționare și depozitare a cerealelor.

Instalația din care face parte și uscătorul cu debit continuu mixt, asupra căruia se face referire în prezenta lucrare, se află situată în zona industrială de nord a orasului Bacău.(figura 3.1.)

Pe platforma industrială unde își desfașoară activitatea, societatea comercială ,,Popasul Trebes” , a derulat în urmă cu un an, un program de investiții constând în:

– Retehnologizarea unui siloz de cereale (structură beton) construit în anul cu o capacitate de stocare de 10000 de tone cereale,lucrările având ca obiectiv principal, înlocuirea în totalitate a utilajelor și echipamentelor de condiționare ,transport și socare a cerealelor, cu echipamente i utilaje de nouă generație și de nivel tehnologic ridicat (2014).

– Construcția unei noi capacități de stocare și condiționare cereale compusă din:

– Silozuri metalice 5000 de tone – 6 unități,

– Silozuri metalice 2500 de tone – 8 unități,

– Buncăre tampon metalice 400 de tone – 2 unități,(figura.3.2.)

Figura.3.2.Buncăre tampon,uscător, tarar, rampe de descărcare.

– Uscător de cereale cu debit continuu mixt – 1 unitate,

– Tarare pentru condiționarea cerealelor – 2 unități,

– debit de prelucrare 100 de tone/oră,

– Rampe de încărcare descărcare a cerealelor – 2 unități,

– auto/CF.

Masa totală de prelucrare, condiționare și depozitare fiind de 50000 de tone.

Instalațiile îi utilajele achiziționate au fost produse de doi lideri în domeniul producerii de de astfel de unități de producție, respectiv – TORNUM Sedia și

BÜHLER Germania – cu tehnologii la nivelul anului 2014.

Instalația este structurată pe două linii (figura.3.3.),respectiv – 6 silozuri metalice de 5000 de toneîi 8 silozuri metalice de 2500 de tone – deservite individual de către un tarar cu debit de 100 t/h și în comun de un uscător cu debit continuu mixt cu o capacitate medie de uscare între 40 – 80 t/h completat de două buncăre tampon de câte 400 de tone fiecare.

Figura.3.3. Liniile de depozitare.

Instalația mai are în componența sa și unități auxiliare cum ar fi: instalații de aerare a produsului din celule,formate din: ventilatoare radiale, tubulatură , clapeți de separare, site; două buncăre de stocare a produselor secundare rezultateprin tarare (sprturi ,boabe șiștave, pleavă, praf, pietre ,e.t.c.

Toate unitățile de stocare sunt dotate cu sistem performant de aerare și de monitorizare a temperaturilor, nivelurilor și umidității.

3.2. Fluxul tehnologic.

Fluxul tehnologic pe care îl urmează produsul de la recepția cantitativă și calitativă și până la depozitarea acestuia este sructurat în figura de mai jos (Figura.3.4.). Controlul și monitorizarea tuturor activităților ce se desfășoară în instalație, se face total automatizat cu ajutorul calculatoarelor și a programelor IT, dintr-o cameră de comandă unde activează un singur operator.În instalație pot funcționa simultam mai multe fluxuri tehnologice.

Figura.3.4.Schema liniilor instalației din programul de operare.

Figura.3.5.Schema fluxului tehnologic urmat de produs.

3.3. Date generale ale uscătorului cu debit continuu mixt.

Gama de uscătoare cu debit continuu mixt este proiectată conform celor mai noi tehnologii și asigură cea mai bună economie pe ansamblu.

Este indicată pentru o gamă extinsă de produse, inclusiv:

GRÂU, SECARĂ, OVĂZ, ORZ, MALȚ, RAPIȚĂ, RAPIȚĂ SĂLBATICĂ,

MAZĂRE, PORUMB, FLOAREA SOARELUI, BOABE DE SOIA,

OREZ NEDECORTICAT, BOABE DE CAFEA, CAFEA.

Acest tip de uscător controlează eficient volumele de aer, temperaturile și ratele de trecere a materialului prin secțiunile de uscare, obținând astfel capacități de uscare optime intr-un mod economic cu consum de energie redus.

În uscător , aerul este circulat prin produsul în curs de uscare prin intermediul unui debit mixt. Prin utilizarea sistemului de debit mixt, umezeala are timp să se deplaseze din interiorul semințelor spre exterior. Acesta este cel mai

eficient mod de uscare și are ca rezultat uscarea extrem de uniformă și de blândă a produsului.

IMPORTANȚA USCĂRII:

Uscarea produselor se face cu scopul reducerii umidității acestora până la nivelul standardelor in vigoare astfel încât să se poata face depozitarea acestora pe perioade lungi in condiții de calitate optime. Uscarea se va face cu un uscător în flux continuu, cu funcționare pe principiul umiditîții presetate. Alegerea acestui tip de uscător s-a facut in baza urmatoarelor criterii:

Capacitatea de uscare in concordanță cu necesitatea;

Uniformitatea excelenta în uscare;

Randamentul ridicat al acestui tip de uscător ce se reflecta in special in optimizarea costurilor de exploatare (consum redus de energie).

S-a optat pentru eficientizarea procesului de uscare pe un uscator in flux continuu care funcționează automat în baza umidității dorite presetate. Astfel, uscătorul după calibrare si setarea umidității dorite a produsului ce urmează a fi uscat, va realiza descarcarea produselor atunci cand acestea ating umiditatea presetată .

După cum se poate vedea in graficul de mai jos, o valoare a umidității de peste 14% corelată cu o temperatură a cerealelor de circa 30 grade, duce la apariția mucegaiurilor si a ciupercilor.

Graficul 3.1. Valori de temperatură si umiditate care favorizează apariția mucegaiurilor și ciupercilor.

Nerespectarea umidității de stocare va duce la apariția produșilor toxici, a căror apariție va compromite în totalitate cerealele ducând la pierderi financiare considerabile. Produșii toxici cei mai des întâlniți sunt:

OCHRATOXINA A

• Produs metabolic toxic al fungilor Aspergillus si Penicillium;

• Contaminarea se face prin consumarea alimentelor contaminate,

• Incidența prin cereale si carne de porc;

• Generează afecțiuni grave precum nefropatia endemică ( boala balcanică ), gută viscerală; glicocenoză hepatică .

AFLATOXINA

• Produs metabolic toxic al fungilor Aspergillus.

• Incidența prin cereale si fructe oleaginoase.

• Aflatoxina B este puternic cancerigenă, toxică și hepatică, generează afecțiuni hepatice precum fibroza, necroza, steatoza.

În graficul de mai jos(graficul. 3.2.) sunt prezentate temperaturile și umiditățile sigure pentru stocarea produselor.

Graficul.3.2.Zona de stocare în siguranță a cerealelor.

După cum se poate vedea, zona sigură de depozitare (cea incercuită cu roșu) este determinată atât de umiditatea cerealelor cât și de temperatura acestora. De aici rezultă că, pe lângă uscare, trebuie să acordăm o importanță crucială și aerării cerealelor.

Uscarea cerealelor este un factor definitoriu care trebuie tratat cu maximă seriozitate. Introducerea in siloz a cerealelor cu umiditate mai mare decât cea recomandată, poate duce la consecințe deosebit de grave, atât din punctul de vedere a pierderilor cauzate de compromiterea cerealelor cât și din punctul de vedere al echipamentelor ce compun sistemul de depozitare. În cazul în care, chiar și o mică parte din cantitatea totală de cereale din siloz, are umiditatea mai mare decât cea recomandată, se pot forma focare unde temperatura crește necontrolat și care pot contamina și cerealele din jur.

Deasemenea se pot forma aglomerări solide de cereale care pot ajunge în gura de golire a silozului, blocând curgerea cerealelor. In concluzie nerespectarea umidității de stocare duce la compromiterea cerealelor cu implicatii majore și în functionarea optimă a sistemului de depozitare.

3.4. Descrierea și parametrii constructivi ai uscătorului.

Uscătorul in flux continuu HR – (cu recuperare de căldură) este proiectat exclusiv pentru uscarea cerealelor și altor plante de tip granular.

Uscarea continuă

Cerealele sunt alimentate în zona tampon din partea superioară a uscătorului și se scurg în timpul procesului de uscare prin zona de uscare și cea de răcire și în final, ies din uscător prin secțiunea de evacuare a uscătorului.

Zona tampon crează o zonă de amortizare care asigură că lateralele superioare de uscare din zona de uscare sunt bine acoperite de cereale.

În sectiunile tampon, există senzori de nivel, în zone diferite, în funcție de funcțiile acestora.

Zona de recuperare pentru uscare: în această zonă, cererealele au atins un nivel inferior al umiditatii și aerul evacuat, relativ cald, nu mai transportă atât de multă umiditate. Acest aer este condus înapoi în camera de ardere prin secțiunea de buclă, acolo unde cerealele nu au contact cu aerul de uscare.

Zona de răcire: Când cerealele au trecut prin secțiunea de buclă, acestea ajung în zona de răcire, unde prin cereale trece doar aerul din mediul înconjurător. Funcția zonei de răcire este de a răci cerealele uscate la temperatura mediului, potrivită pentru depozitare.

Aerul de răcire circulă în sens invers in comparație cu aerul de uscare , prin ventilatorul radial este amestecat cu aerul cald recuperat din secțiunea de buclă și împins înapoi în camera de ardere unde este amestecat cu aer fierbinte produs de arzătorul de gaz. Odată ce cerealele trec prin zona de răcire, acestea părăsesc uscătorul prin intermediul secțiunii de evacuare.

Uscătorul cu flux continuu este proiectat în principal pentru uscarea continuă cu recuperarea căldurii, însă uscatorul poate fi utilizat și pentru uscarea continuă standard.

Figura.3.1. Zonele de uscare ale uscătorului cu flux continuu.

Figura. 3.2.Secțiune prin coloana de uscare.

Figura. 3.3.Accesorii pentru flux de aer cald/rece.

Figura. 3.4.Modul cu accesorii de admisie / evacuare aer.

Secțiunea de încărcare.

Cerealele sunt alimentate în zona tampon din partea superioară a uscătorului și se scurg în timpul procesului de uscare prin zona de uscare și cea de răcire și în final, ies din uscător prin secțiunea de evacuare a uscătorului.

Zona tampon crează o zonă de amortizare care asigură, că lateralele superioare ale zonei de uscare sunt bine acoperite de cereale.

În secțiunile tampon, există senzori de nivel, în zone diferite, în raport cu funcțiile acestora. (Figura 3.5.)

Figura.3.5.Zona de alimentare a uscătorului

Figura. 3.6./ 3.7./ 3.8. Senzorii de minim, mediu și maxim a secțiunii tampon.

Senzorii de nivel:

Senzorul din partea inferioara a sectiunii tampon – : acesta are rolul de a opri functionarea uscatorului atunci cand nivelul produsului in uscator scade sub pozitia acestuia. (Figura 3.6.)

Este foarte important ca acest senzor sa fie acoperit cu produs , in caz contrar mare parte din aerul cald va lua calea cea mai usoara (prin sicanele fara produs) si va fi evacuat in atmosferă.

Acet lucru va duce la scaderea drastică a randamentului uscătorului si la marirea riscului de apariție a incendiului.

Senzorul din partea de mijloc a sectiunii tampon – are rolul de a da comanda de umplere a uscatorului atunci cand nivelul produsului scade sub nivelul senzorului.(Figura 3.7.)

Senzorul din partea superioara a zonei tampon – acesta este un senzor reglabil pe innaltime si are rolul de a da comanda de oprire a alimentarii uscatorului. Pozitia acestuia trebuie reglata astfel incat sa ramana loc in zona tampon pentru produsul ce ramane pe circuit dupa oprirea alimentarii. Acest reglaj se poate face doar prin teste si verificari. (Figura 3.8.)

Secțiunea de descărcare

Este dotată cu obturatoare de mică viteză, cu impulsuri, acționate electric.

Sistemul asigură o dozare precisă a fluxului de cereale. Secțiunea de descărcare este echipată astfel încât curățarea la schimbarea produselor se efectuează printr-o operație simplă de acționare a unei manete.(Figura 3.9.).

Figura.3.9.Sistemul de descărcare/evacuare produs uscat .

Schema cu elementele principale de control a uscării.

Agentul de uscare.

Fluxul de aer cald.

Fluxul de aer cald, este un amestec de gaze arse, rezultate în urma arderii gazului metan și aer atmosferic, acesta fiind pus în miscare de ventilatoarele uscătorului. Pentru producerea volumului de aer necesar, uscătorul este dotat cu ventilatoare de mare putere de două tipuri constructive, ventilatoare axiale și radiale.

Ventilatoarele axiale.

Uscătorul are în componența sa un număr de trei astfel de ventilatoare, montate în partea superioară a acestuia deasupra zonei de recuperare praf ,acestea având rolul de a evacua aerul umed din ineriorul uscătorului rezultat în urma procesului de uscare.

Ventilatoarele axiale sunt formate dintr-un ansamblu motor electric – elice, motat intr-o cameră (conductă) atât la intrare cât și la ieșire, fiind dotat alternativ cu o plasă de siguranță pentru a face imposibil contactul fizic al corpului cu rotorul, poziția de montaj a acestora fiind vertical.

Elicea este montată direct pe axul motorului de 22 kw la 3000 rot/min, sensul de rotație a celor trei ventilatoare fiind identic.(Figura.3.10.)

Figura.3.10.Ventilatoarele axiale.

Ventilatoarele radiale.

Sunt fixate în partea inferioară a uscătorului lateral zonei de răcire fiind în număr de cinci astfel de ventilatoare. Și în acest caz ventola este montată direct pe axul motoarelor de 15 kw/3000 rot/min, numai că de această dată sensul de rotatie a motoarelor este diferit, astfel trei dintre motoare se rotesc într-un sens iar celelalte două în sens invers pentru o bună distribuție a fluxului de aer în incinta uscătorului.(Figura.3.11.)

Figura.3.11.Sensul de rotație al ventilatoarelor radiale.

Ventilatoarele radiale produc fluxul și debitul de aer cald necesar uscării, direcția și sensul de circulație a aerului în interiorul uscătorului fiind contolată cu ajutorul unor flapsuri acționate manual sau electric, de a căror reglaj depinde în mare măsură întreg procesul de uscare.(Figura.3.12.).

Figura.3.12. Imagine de ansamlu a ventilatoarelor radiale.

Ajustarea debitului de aer.

Pentru optimizarea volumului de aer cald recuperat și pentru economisirea maximă de energie, debitul de aer din uscător trebuie reglat înainte de a începe uscarea. Pentru a putea ajusta debitul de aer, în camerele uscătorului sunt instalate șase manometre electrinice pentru citirea presiunilor în diferite puncte ale uscătorului și pentru a putea face un reglaj correct al circulației aerului în uscător.

Senzorul manometric este o conductă de plastic cu formă conică, care se montează cu șuruburi în diferite puncte ale uscătorului,de acesta este atașat un furtun din cauciuc de lungime corespunzătoare până la manometrul electronic după se remarcă în figura.3.13.

Figura.3.13.Senzorul și manometrul de presiune.

Încălzirea cu arzător pe gaz.

Pentru încălzirea aerului atmosferic și generarea puterii calorice, uscătorul are în coponență, un arzător care utilizează drept combustibil de ardere gazul metan.

Acesta este montat intr-o secțiune separată a uscătorului, între arzător și sectiunea de uscare existând o cameră cu aer fierbinte dotată cu trape de curățare care nu permit intrarea materialelor solide (praf, pleavă) în contact cu focarul arzătorului.(Figura .3.14.).

Figura.3.14.Arzătorul și camera cu aer fierbinte.

Arzătorul este complet automatizat iar controlul asupra funcțiilor acestuia se face digital cu ajutorul unui panou de comandă și a calculatorului utilizând un program de process personalizat.(Figura.3.15.)

Figura.3.15.Panoul de control al arzătorului și traductorul de temperatură.

Sistemul de control al prafului (Dust Control system DC).

Acest sistem reduce circulația fluxului de aer în interiorul uscătorului în timpul descărcării de produs uscat, astfel cantitatea de praf care ar fi expulzat în atmosferă odată cu aerul umed, se reduce în mod semnificativ deoarece prin micșorarea vitezei aerului, sub acținea geutății particulele de praf sedimentează în interiorul camerei de control praf.

Sistemul utilizează o rețea de dampere (amortizoare de deschidere/evacuare) poziționate în partea superioară a uscătorului pe cele trei laturi exterioare a camerei de control praf.(Figura.3.16.)

Figura.3.16.Poziționarea damperelor.

Aceste dampere au o funționare similară cu cea a unor ecluze, care pe durata descărcării de produs uscat se deschid permițând astfel scăderea vitezei de curgere

a aerului evacuat în structura căruia sunt antrenate particulele de praf, acestea din urmă sedimentându-se în camera de control praf urmând a fi evacuate cu ajutorulunui transportor elicoidal aflat la baza inferioară a camerei.(Figura.3.17.)

Figura.3.17.Dampere în poziția închis deschis.

Părțile dinamice ale damperelor (clapetele) sunt acționate cu ajutorul unor motoare electrice de 0,55 kw și a unor reductoare de turație care pun în mișcare geometria variabilă a clapetelor. Poziția clapetelor este monitorizată și contrlată cu ajutorul unor senzori de poziție, comanda de lucru fiind dată de către programul de proces al uscătorului.

Sistemul de comandă a uscătorului.TK-AMY HCS-M1.

Sistemul de comandă a uscării AMY, controlează un proces de uscare continuă pe un uscător continuu pentru ca sistemul să funcționeze corespunzător, este esențial ca toți operatorii să fie familiarizați cu diferitele componente ale uscătorului și cu funcțiile acestora.

Regulator de uscare HCS-M1

Evacuarea uscătorului se face prin intermediul unui motor de evacuare. Modul automat: Regulatorul de uscare păstrează constant conținutul de apă al cerealelor uscate, la valoarea dorită variind frecvența de evacuare în funcție de valorile indicate de senzori.

Frecvența de evacuare variază între 1 și 133 de impulsuri pe oră. În modul manual, frecvența de evacuare este indicată pe afișaj (Figura.3.19.) și ajustată manual în sus sau în jos.Numărul de descărcări (goliri) este afișat în secțiunea contor golire de pe interfața de proces a uscătorului. .(Figura.3.18.)

Figura.3.18.Interfața de proces a uscătorului.

Senzorii de umiditate nu sunt folosiți în modul manual.Senzorul de umiditate este montat în laterala cu aer fierbinte din zona inferioară de uscare, fiind înconjurat de cereale deja uscate și detectează conținutul de umiditate.

Senzorul de umiditate este conectat prin cabluri la interfața și amplificatorul de ieșire senzor, care transmite la rândul său informațiile amplificate la regulatorul individual al uscătorului. Citirile senzorului sunt amplificate de amplificator și citite pe regulatorul de uscare.

Acest tip de uscător este dotat cu senzori dubli de umiditate și amplificatoare de semnal .

Figura.3.19. Afișaj, amplificator și suport sensor de citire umiditate produs.

Regulatorul de uscare compară citirea conținutului de apă cu setările pentru conținutul de apă, așa cum este indicat pe afișaj. În cazul în care conținutul de apă din cereale este prea scăzut, regulatorul mărește frecvența de evacuare, astfel încât randamentul crește și conținutul de apă crește de asemenea.

În cazul în care conținutul de apă din cereale este prea ridicat regulatorul micșorează frecvența de evacuare, astfel încât randamentul este redus și conținutul de apă scade.

Sistemul de detectare a incendiu.

Acest tip de uscător este dotat cu un sistem performant de detectare și prevenire a propagării focarelor de inccendiu.

Sistemul este compus dintr-o rețea de senzori de temperatură tip cablu desfășurată pe părțile laterale ale secțiunii de uscare în zonele cu temperature ridicate.(Figura.3.20.).

Figura.3.20.Rețeaua de senzori de incendiu.

Astfel senzorii de temperatură tip cablu au un înveliș termosensibil din plastic care expus la o temperatură locală mai mare de 105 ºC se topește permitând astfel intrarea în contact a părții metalice a senzorului cu structura metalică a uscătorului.

La producerea unui astfel de contact se generază un semnal care este transmis către interfața sistemului indicând producerea unui incendiu (Figura.3.21.).

Interfața sistemului are conexiune direct cu panoul de comandă a uscătorului și transmite semnalul către acesta întrerupând funcționarea arzătorului și a ventilatoarelor de aer în acest mod reducându-se sursa de căldură și de oxigen care favorizează amplificarea incendiului.

Figura3.21.Interfața sistemului de detectare incendiu.

Capitolul IV. Optimizarea procesului de uscare.

4.1. Modelarea matematică a proceselor de uscare a cerealelor.

,,Condițiile pentru uscare cerealelor diferă de la o specie la alta, în funcție de destinația ulterioară a acestora”.,, Aceste condiții se referă la temperature agentului de uscare, umiditatea și durata de staționare a materialului în uscător [5,7].”

,, Între aceste mărimi există o corelație de o formă complexă, care depinde de o serie de parametri constructivi și funcționali ai uscătorului: arhitectura camerei de uscare, viteza agentului de uscare, umiditatea agentului de uscare, modul de circulație a materialului față de agentul de uscare [4,5,7].”

,,Atât temperature masei de cereale cât și durata de uscare (pentru o extracție de umiditate impusă) se pot regla prin modificarea valorii temperaturii agentului de uscare.”

,,Pentru a se obține o calitate maximă a semințelor,este necesar să se cunoască și să se aplice în fiecare moment o dependență:

Temperatură agent de uscare = f(umiditate semințe) sub forma unei ecuații polinomiale de gradul 2 (1,2):

T(τ,U)= aU U2 + bU U + cU + aτ τ2 (1)

unde: T este temperatura agentului de uscare [°C]; τ – durata procesului de uscare [min]; U – umiditatea produsului [%]; a, b, c – constante ce depind de produs și de destinația acestuia.”

T1(τ1,U1)= aU .U12 + bU .U1 + cU + aτ · τ12

T2(τ2,U2)= aU .U22 + bU .U2 + cU + aτ · τ22 (2)

T3(τ3,U3)= aU .U32 + bU .U3 + cU + aτ · τ32

T4(τ4,U4)= aU .U42 + bU .U4 + cU + aτ · τ42

,,În figurile 4.1. și 4.3. sunt prezentate diagramele ecuațiilor temperaturi agentului de uscare pentru semințe de grâu, porumb, în funcție de umiditatea inițială a acestora, destinate consumului, iar în figurile 4.2. și 4.4., diagramele ecuațiilor temperaturi agentului de uscare pentru semințe de grâu, porumb, în funcție de umiditatea inițială și durata de uscare a acestora.”

,,De asemenea, sunt prezentate ecuațiile temperaturilor maxime ale agentului de uscare pentru grâu și porum (3, 4).”

T(τ,U) = 0,062· U2 -1,75· U + 72,545 + 1,818 · 10-3 · τ2 (3)

T(τ,U) = 0,028·U2 – 0,5 · U + 93,529 – 1,176 · 10-3 · τ2 (4)

,,Figura.4.1. Temperatura maximă a agentului de uscare pentru grâu

consum [4, 5,7].”

,,Figura.4.2. Temperatura maximă a agentului de uscare pentru grâu

consum [4, 5,7].”

,,Figura.4.3. Temperatura maximă a agentului de uscare pentru porumb

consum [4, 5,7].”

,,Figura.4.4. Temperatura maximă a agentului de uscare

pentru porumb consum [4, 5,7].”

,,4.2.Experimente neliniare de tip răspuns suprafață.”

,,Acest set de experimente, sunt utilizate în scopul :

• setării factorilor pentru a obține cel mai bun răspuns,

• setarea factorilor care satisfac condițiile tehnice impuse,

• identificarea unor noi condiții de operare care conduc la îmbunătățirea calității procesului tehnologic,

• stabilirii modelului interdependențelor cantitative între factori și răspuns.”

,,Pentru experimentul la care dorim să aflăm răspunsul – uscarea porumbului, se stabilesc factorii de control și variația acestora, prin efectuarea a 14 încercări, planificate conform informațiilor anterioare obținute în procesul de uscare care au identificat domeniul optim [1,2,7].”

,,Pachetul de programe statistice ales, MINITAB, a permis modelarea matematică a procesului de uscare, rezultând coeficienții de regresie. Modelul mathematic permite urmărirea influenței fiecărui factor de control asupra uscării, rezultând astfel diagramele variației umidității finale a cerealelor în funcție de temperature agentului de uscare și durata procesului. Dependențele durată uscare în funcție de temperatura agentului de uscare (fig.4. 5) și curbele de nivel (fig. 4.6), indică prezența unui optim local pentru această dependență.”

,,Figura.4.5. Variația umidității finale a cerealelor în funcție de temperatura agentului de uscare și durata procesului.”

,,Figura.4.6.Conturul suprafeței umidității finale în funcție de

temperatura și durata procesului.”

,,Utilizând același raționament, în urma rulării programului de control statistic, s-au obținut următorii coeficienții de regresie estimați pentru umiditatea finală și dependențele temperaturii finale ale porumbului în funcție de temperatura agentului de uscare (fig. 7) și curbele de nivel (fig. 8), care la rândul lor indică

prezența unui optim local pentru această dependență [4,7].”

,,Figura.4.7. Variația temperaturii finale a cerealelor în funcție de

temperatura agentului de uscare și durata procesului [5, 6].”

,,Figura.4.7. Conturul suprafeței temperaturii finale a cerealelor în funcție

de temperatura și durata procesului de uscare.”

,,4.3.Optimizarea procesului de uscare a produselor cerealiere.”

,,Așadar pentru soluția aleasă a parametrilor de uscare, precum și a modelului matematic ales, rezultatele sunt foarte bune, urmând identificarea optimului pentru procesul de uscare a porumbului[1,2,3,7]. Prin suprapunerea curbelor de nivel ale contururile suprafețelor umidității și respectiv temperatura agentului de uscare s-a permis selectarea domeniul optim de setare a factorilor pentru optimizarea procesului de uscare.”

,, Valorile obținute pe timpul rulării programului MINITAB [1,7], au permis obținerea următoarei reprezentări grafice a optimizării procesului de uscare a porumbului (fig. 4.9).”

,,Figura.4.9.Conturul suprafeței umidității cerealelor și temperaturii

acestora în funcție de temperatura agentului de uscare și durata

procesului.”

,,Rezultatele obținute confirmă justețea soluției tehnice prezentate în cercetarea efectuată precum și faptul ca procesul tehnologic se află în control statistic. Factorii de control care asigură această calitate a procesului deuscare sunt, temperatura agentului de uscare = 98 °C și durata procesului de uscare = 66 minute.”

4.4. Concluzii.

,,Legislația europeană privind siguranța și securitatea alimentelor,

reglementările Ministerului Agriculturii, subliniază faptul că alimentele pot reprezenta o potențială sursă de îmbolnăvire atât a animalelor cât și a oamenilor,

în urma consumului acestora contaminate cu mucegaiuri și toxine fapt ce impune identificarea acelor tehnologii de uscare a cerealelor care să permită respectarea tuturor acestor condiții.”

,,Identificarea parametrilor de uscare reprezintă o activitate deosebit de importantă în condițiile în care produsele supuse procesului de uscare sunt produse

termolabile, asupra cărora nivelul temperaturii agentului de uscare are o importanță deosebită.”

,,Atât temperatura masei de cereale, cât și durata de uscare, se pot regla prin modificarea valorii temperaturii agentului de uscare. Prin ridicarea temperaturii

agentului de uscare la limita admisibilă a materialului, fără degradarea acestuia, are loc o intensificare a procesului de uscare, fapt ce permite obținerea unor randamente mai mari de extracție.”

,,Efectuarea controlului statistic prin intermediul programului MINITAB, a scos în evidență faptul că modelul matematic este bine determinat, instalația funcționează corect, în limite acceptate, măsurătorile sunt corect efectuate, iar rezultatele uscării sunt cele prognozate.”

BIBLIOGRAFIE

[1] Grozav, I., ș.a. – Optimizarea sistemelor integrate de producție, Curs Master, UPT, 2005.

[2] Grozav, I. – Noțiuni fundamentale de metodologia cercetării științifice medicale, Editura Marineasa, Timișoara, 2004.

[3] Feidt,M.L. – Termotehnica și optimizarea energetică a sistemelor și proceselor, București, 2001.

[4] Ionel, I. ș.a. – Energo – Ecologia combustibililor fosili, Editura Politehnica, Timișoara, 2004

[5] *** www.mgtrade.ro

[6] *** www.neuro-form.de

[7] *** www.agir.ro/buletine/779.pdf.

[8] http://cadredidactice.ub.ro/gavrilalucian/files/2013/12/Uscarea.pdf.

[9]https://www.uploady.com/…/Tehnologia-Uscarii-Cerealelor.

[10]https://www.google.ro/ =termodinamica+corpurilor+umede.

[11]http://www.scrigroup.com/tehnologie/merceologie/USCAREA-INSTALATII-DE-USCARE73757.php

[12] http://biblioteca.regielive.ro/cursuri/industria-alimentara/termodinamica-corpurilor-umede-196668.html

BIBLIOGRAFIE

[1] Grozav, I., ș.a. – Optimizarea sistemelor integrate de producție, Curs Master, UPT, 2005.

[2] Grozav, I. – Noțiuni fundamentale de metodologia cercetării științifice medicale, Editura Marineasa, Timișoara, 2004.

[3] Feidt,M.L. – Termotehnica și optimizarea energetică a sistemelor și proceselor, București, 2001.

[4] Ionel, I. ș.a. – Energo – Ecologia combustibililor fosili, Editura Politehnica, Timișoara, 2004

[5] *** www.mgtrade.ro

[6] *** www.neuro-form.de

[7] *** www.agir.ro/buletine/779.pdf.

[8] http://cadredidactice.ub.ro/gavrilalucian/files/2013/12/Uscarea.pdf.

[9]https://www.uploady.com/…/Tehnologia-Uscarii-Cerealelor.

[10]https://www.google.ro/ =termodinamica+corpurilor+umede.

[11]http://www.scrigroup.com/tehnologie/merceologie/USCAREA-INSTALATII-DE-USCARE73757.php

[12] http://biblioteca.regielive.ro/cursuri/industria-alimentara/termodinamica-corpurilor-umede-196668.html