PROGRAMUL DE STUDII: CHIMIE ALIMENTARĂ ȘI TEHNOLOGII [611033]

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA “OVIDIUS” DIN CONSTAN ȚA

FACULTATEA DE ȘTIIN ȚE APLICATE ȘI INGINERIE
PROGRAMUL DE STUDII: CHIMIE ALIMENTARĂ ȘI TEHNOLOGII
BIOCHIMICE

LUCRARE DE DIPLOMĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
ș.L.dr.ing. Anișoara -Arleziana NEAGU

ABSOLVENT: [anonimizat]
2018

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA “OVIDIUS” DIN CONSTAN ȚA

FACULTATEA DE ȘTIIN ȚE APLICATE ȘI INGINERIE
PROGRAMUL DE STUDII: CHIMIE ALIMENTARĂ ȘI TEHNOLOGII
BIOCHIMICE

SCHIMBĂTOARE DE CĂLDURĂ UTILIZATE ÎN INDUSTRIA
ULEIURILOR VEGETALE

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
ș.L.dr.ing. Anișoara -Arleziana NEAGU

ABSOLVENT: [anonimizat]
2018

DECLARAȚIE

Subsemnatul(a) ………………………………………………………………………………………………
absolvent(ă) al(a) Facultății de Științe Aplicate și Inginerie din Univeristatea „Ovidius” din
Constanța, promoția…………………………………, programul de studii
…………………………………………………………………………………………………………., de clar pe
proprie răspundere că am redactat lucrarea de licență/ diplomă/disertație cu respectarea
regulilor dreptului de autor, conform actelor normative în vigoare (Legea 8/1996
modificată și completată prin Legea nr. 285/2004, Ordonanță de Urgență nr. 123/2005
modificată și Legea nr.329/2006).
Pentru eliminarea acuza țiilor de plagiat :
– am executat lucrarea personal, nu am copiat -o și nu am cumpărat -o, fin în întregime, fie
parțial;
– textele din surse românești,precum și cele traduse din alte limbi au fost prelucrate de
mine și sintetizate, rezultând un text original ;
– în cazul utilizării unor fraze citate exact, au fost indicate sursele bibliografice
corespunzătoare, imediat după frazele respective.
Am luat la cunoștință că existența unor părți n ereferențiate sau întocmite de alte
persoane poate conduce la anularea diplomei de licență/master.

Data Semnătura

Rezumat
Uleiurile vegetale comestibile extrase din semințele variatelor plante oleaginoase au
o importanță deosebită , fiind co nstituente de bază ale dietei umane, prin aport energetic și
de subst anțe nutritive. Lipidele ameliorează proprietățiile senzoriale ale alimentelor,
oderind gust și miros plăcut. Lipidele servesc ca solvenți pentru ingredientele de aromă,
pentru activarea procesului de digestie și absorbției de alimente , asigurând introducerea
acestora în organism prin tractu l gastrointestinal.
Lucrarea de diplomă intitulată " Schimbătoare de căldură utilizate în industria
uleiurilor vegetale " cuprinde un rezumat, o introducere și șa șe capitole. Structura sa este
următoarea:
 Rezumatul și introducerea cuprind câteva date privin d rolul și importanța obținerii
uleiurilor vegetale comestibile, rolul și importanța transf erului termic în industria
uleiurilor vegetale comestibile , rolul schimbătoarelor de căldură cu plăci și
garnituri ;
 Capitolul 1, denumit ”Transferul de căldură în industria uleiurilor vegetale” este
struc turat în cinci subcapitole care tratează aspecte privind transferul termic,
mecanismele de transfer termic, ecuaț iile criteriale ale transferulului termic
convectiv, conductiv și radiant, transferul termic global, î ncălzirea și răcirea în
industria alimentară.
 Capitolul 2, denumit ”Utilaje de transfer de căldură ” cuprinde principalele
echimpamente de tranfer termic, în mod special schimbătoarele de căldură cu plăci
și garnituri, depunerile ce se pot produce în interi orul lor.
 Capitolul 3, denumit ”Procesul tehnologic de obținere a uleiurilor vegetele ”
prezintă principalele aspecte teoretice privind materia primă, tehnologia de obținere
a uleiului de floarea -soarelui, cu descrierea operațiilor din fiecare etapă tehnol ogică
până la obținerea uleiului brut. De asemenea sunt descrise și operațiile din etapa de
rafinare chimică.
 Capitolul 4, denumit ”Tendințe moderne privind utilajele de transfer de căldură ”
este structurat pe două subcapitole care prezintă principalele progrese atât al e
utilajelor de transfer termic, ale schimbătoare lor de căldură cu plăci și garnitur i,
precum și metode de îndepărtare a depunerilor din aceste utilaje .

 Capitolul 5, denumit ”Calculul tehnologic al sc himbătorului de căldură cu plăci și
garnituri” cuprinde o analiză comparativă a diferitelor metode de calcul pentru
determinarea coeficienților globali de transfer termic.
Lucrarea de diplomă se în tregește cu un capitol în care sunt prezentate principalele
instrucțiuni de securitate, sănătate în muncă, un capitol alocat concluziilor generale și
bibliografie.

CUPRINS
Introducere 9
1. Transferul termic în industria uleiurilor vegetale 10
1.1.Transferul de căldură prin conducție 10
1.1.2. Coeficientul de conductivitate termică 11
1.1.3. Conductivitatea termică a lichidelor 12
1.1.4. Transfer de căldură conductiv staționar prin pereți plani simpli 14
1.1.5. Transfer de căldură conductiv staționar prin pereți plani compuși 16
1.2. Transferul de căldură prin convecție 17
1.2.1. Coeficientul individual de transfer de căldură 18
1.2.2. Ecuațiile criteriale ale transferului de căldură convectiv 20
1.2.3. Transmiterea căldurii prin conducție și convecție în regim staționar 23
1.2.3.1.Transmiterea căldurii printr -un perete format din mai multe straturi
paralel e 24
1.2.4. Fluide în convecție naturală 24
1.2.4.1 Fluide în convecție forțată 25
1.2.4.2. Transferul de căldură în fluide non -newtoniene 26
1.3.Transferul de căldur ă prin radiație 27
1.4.Transferul global de căldură 28
1.5.Încălzirea – răcirea în industria alimentară 28
2. Utilaje de transfer de căldură 30
2.1. Schimbătorul de căldură –noțiuni generale 31
2.2.Clasificarea schimbătoarelor de căldură 31
2.3. Schimbătoare de căldură cu plăci 35
2.3.1.Plăcile și nervurațiile schimbătoarelor de căldură cu plăci 37
2.3.2. Schimbătoare de căldură cu plăci lipite sau sudate 40
2.3.3. Depunerile în schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri 42
2.4.Schimbătoare de căldură cu plăci și garnituri utilizate în rafinarea chimică a
uleiurilor alimentare 42
2.4.1. Caracteristici constructive și funcționale 42

3. Procesul tehnologic de obținere a uleiurilor vegetale 48
3.1. Materia primă – floarea -soarelui 48
3.2. Procesul tehnologic de obținere a uleiului de floarea -soarelui 48
3.3.Rafinarea uleiului de floarea -soarelui 56
3.3.1. Degumarea 57
3.3.2. Neutralizarea cu soluție alcalină 59
3.3.3. Winterizare 61
3.3.4. Decolorarea 61
3.3.5. Dezodorizare 63
4. Tendințe moderne privind utilajele de transfer de căldură 65
4.1.Schimbătoare de căldură cu plăci 65
4.1.1. Introducere 65
4.1.2. Model de spațiere și de control al schimbătorului de căldură cu plăci
pentru îmbunătățirea performanțelor dinamice 67
4.1.3. Corelarea transferului de căl dură pentru fluxul monofazat în
schimbătoarele de căldură cu plăci pe baza datelor experimentale 68
4.1.4. Schimbătoare de căldură cu plăci 69
4.1.4.1. Parametrii termo -hidraulici 70
4.1.4.2. Coeficentul de transfer termic 71
4.1.4.3. Căderea de presiune 73
4.1.4.4. Descoperiri recente 74
4.2. Depuneri în schimbătoare de căldură cu plăci 75
4.2.1. Introducere 75
4.2.2. Tipuri de depuneri 76
4.2.3. Metode de determinare a depunerilor în industruia alimentară 77
4.2.4. Analiza experimentală și numerică a depunerilor în schimbătoare de
căldură cu plăci ondulate 78
4.2.5. Metode experimentale de determinare a depunerilor utilizând
microscopul electronic de scanare (SEM) 79
4.2.6. Metoda de eliminare a CaCO 3 din schimbătoarele de căldură cu pl ăci 83
5. Calculul tehnologic al unui schimbător de căldură cu plăci și garnituri 85
5.1. Tema și datele de proiectare 85
5.2.Analiza comparativă a diferitelor metode de calcul pentru determinarea 86

coeficienților globali de transfer termic
5.3. Concluzii parțiale 104
6. Securitate și sănătate în muncă 108
6.1.Instrucțiuni de sănătate și securitate în muncă 107
6.2.Instrucțiuni de prevenirea și stingerea incendiilor 109
Concluzii 110
Bibliografie 111

9
Introducere

Industria uleiurilor vegetale deține o zonă apreciabilă în industria alimentară,
deoarece procură populației atât p roduse de bază (uleiuri vegetale comestibile), cât și
produse procesate (margarina, maioneze, sosuri, et c.). Toate aceste produse dețin în
componență lipide de origine vegetală indispensabile omului în cadrul un ui regim de viață
integral și rațional.
Principal a funcție a lipidelor în organi sm este acee a de a sedimenta(stoca) energie
în țesuturi, dar și de a apăra împotriva frigului, de a dizolva vitaminele liposolubile,
asigurându -se astfel introducerea lor în organism prin tractul gastrointestinal. Uleiurile
vegetale comestibile conțin vitamine importante A, D, E și K, totodată având și un rol
plastic, prin proteinele și lipi dele conținute, care intră în structura celulară și membranelor
celulare.
În industria de prelucrare și obținere a uleiurilor vegetale, o importanță deosebită o
are și transferul termic care se manifestă prin încălzirea sau răcirea uleiului vegetal în
distincte etape de prelucrare .
În industria alimentară, îndeosebi în sectorul uleiurilor vegetale comestibile,
transferul termic este util pentru transformarea temperaturilor materiilor prime sau
auxiliare prin încălzire sau răcire, sau pentru a condiționa schimbarea stării de agregare a
unor substanțe.
Eficiența proceselor de transfer termic are un scop foarte important acela de a
conduce la diminuarea consumului de utilități, la reducerea costurilor de producție, dar și
la micșorarea costurilor de investi ție și de întreținere.
Transferul termic eficient se poate definii ca fiind un proces în care se vor obține
coeficienți mari de transfer de căldură. Acest lucru va conduce la reducerea semnificativă a
dimensiunilor utilajelor.
Schimbătoarele de căldură sun t elemente ale instalației industriale în care se
desfășoară procese de transfer de căldură. Rolul acestora este de a realiza un transfer de
căldură cu un randament cât mai ridicat între agenții termici și de a respecta restricțiile de
temperatură impuse d e procesul tehnologic. Modalitățile de construcție ale schimbătoarelor
de căldură pot varia eficacitatea transferului termic .

10
CAPITOLUL 1. TRANSFERUL TERMIC ÎN INDUSTRIA ULEIURILOR
VEGETALE
În fizică , cantitatea de căldură , simbolizată prin Q, reprezintă energia transferată
între mediul înconjurător și un sistem termodinamic , între două sisteme termodinamice sau
între diferite părți ale aceluiași sistem termodinamic, în cursul unei transformări
termodinamice în care parametrii externi rămân constanți. Transferul de căldură se
realizează sub influența unei diferențe de temperatură . Principiul al doilea al
termodinamicii precizează că acest transfer are loc de la sine numaide la o temperatură mai
înaltă la o temperatură mai joasă.
Căldura este utilizată ca justificare a energiei termice . Când un sistem
termodinamic acceptă căldură, energia termică și temperatura sa crește, iar când cedează
căldură, temperatura și energia sa termică scade. Energia termică reprezintă o funcție de
potențial, iar căldura este definită ca o formă de schimb de energie. În termodinamică ,
noțiunea de energie termică este înlocuită cu termeni ca energie internă , lucru mecanic ,
entalpie , entropie . Aceste ultime noțiuni sunt definite exact în literatură fără a apela la
noțiunea de mișcare moleculară.
Fabricarea uleiurilor vegetale reprezintă o subramură însemnată a industri ei
alimentare. Industria uleiurilor vegetale participă la valori ficarea potențialului agricol în
țăra noastră . Produsele obținute sunt destinate consumului uman. Pre lucrarea uleiurilor
vegetale posedă o veche tradiție pe teritoriul României. La începutul secolului XX. -lea
începe producția și prelucrarea semințelor de floarea s oarelui. Fabrici de ulei de capacitate
mijlocie apar și se dezvoltă î n prima jumătate a secolului XX.
Scopul transferului de căldură nu este acela de atingere a unui echilibru termic, ci
este datorat diferenței de temperatură dintre două puncte din spațiu, ca forță motrice.
Temperatura este fluctuantă în timp și spațiu. Pentru un sistem, toate valorile
temperaturilor la un moment dat alcătuiesc câmpul de temperatură [1].
Există trei modalități de trasnmitere a căldurii: prin conducție, convencție și radiați e.

1.1.Transferul de căldură prin conducție
Într-un regim staționar, la baza unui proces de transfer de căldură prin conducție stă
legea lui Fourier. Pentru un flux unidirecțional legea se prezintă astfel [1]:

11

(1.1)
fluxul de căldură pe direcția x, (W);
aria secțiunii perpend iculare pe direcția fluxului, (m);
– coeficient de co nductivitate termică, ;

– gradientul de temperatură pe direcția x.
Coeficientul de conductivitate termică reprezintă mărimea fizică ce depinde de
natura substanței prin care se realizează transferul de căldură. În cazul materiale lor solide,
coeficientul de conductivitate termică prezintă valori mari, iar aliajele și metalele dețin cea
mai mare valoare.
Coeficientul de conducție termică are valori diferite pentru corpuri diferite, iar
pentru un același corp depinde de structura, densitate, umiditate și temperatură.
Asupra coeficientului de conducție termică se pot enumera următorii factori de
influență [2]:
umiditatea: dacă umiditatea crește coeficientul de conducție termică  crește de
asemenea; mărimea se explică prin apariția fenomenului convectiv;
porozitatea: dacă porii sunt mici, coeficientul de conducție termică este mic, iar
dacă porii sunt mari coeficientul de conducție termică este mare datorită
fenomenului convectiv ;
presiunea: dacă presiunea crește, porii scad în mărime, deci coeficie ntul de
conducție termică scade;
anizotropia: se manifestă prin existența pe anumite direcții a coeficienților de
conducție termică cu valori diferite.

1.1.2. Coeficientul de conductivitate termică
Proprietatea fizică specifică fiecărui tip de material, care exprimă comportarea
acestuia la transferul termic conductiv, se numește coeficientul de conductivitate, notat cu
. Dimensiunile conductive termice rezultă din condiția de omogenitate dimensională a
ecuației ( 1.2):
[( ⁄)
] *
+ (1.2)

12
Conductivitatea termică este dependentă de proprietățile fizice ale materialului:
temperatură, densitate, porozitate, umiditate.
La alegerea materialelor pentru construcția aparaturii de transfer de căldură se ține
cont și de : pentru accelerarea transferului termic se utilizează materiale cu va lori
ridicate ( metale, aliaje), iar pentru reducerea sau inhibarea transferului se utilizează
materiale cu valori scăzute (materiale izolante). Conductivitatea termică este o mărime
care trebuie cunoscută sau determinată în cazul fluidelor, fiind ne cesară pentru calculul
coeficientul ui global de transfer termică [3 ].
O a doua mărime importantă a transferului de căldură prin conducție este
difuzivitata termică.
Ea se calculează conform relației (1.3) :

[ ] (1.3)
Difuzivitatea termică este o mărime care indică viteza de propagare a căldurii
printr -o substanță, prin mecanism conductiv. Valorile mari ale difuzivității termice indi că
viteze mari de propagare a căldurii, iar valorile mici, tendința de a stoca energia termică
[3].
1.1.3 . Conductivitatea termică a lichidelor
Și în cazul lichidelor conductivitatea termică este funcție de temperatură și de
presiune.
Conductivitatea te rmică a lichidelor scade cu creșterea temperaturii, cu excepția
apei și glicerinei.
În cazul soluțiilor apoase, conductivitatea termică este mai redusă decât a apei și
scade cu creșterea concentrației solutului.
Pentru lichide, conductivitatea termică poate fi calculată cu relația aproximativă a
lui Webber :
√
(1.4)
unde:

13
coeficient care depinde de gra dul de asociere al lichidelor;
căldura specifică la presiune constantă, (J/kg· K) ;
densitatea, (kg/m3);
masa molară a lichidului, (kg/kmol) .
Pentru coeficientul sunt date următorele valori:
 pentru lichide asociate (apă),
 pentru li chide neasociate (benzen).
Relația lui Birdgeman se aplică pentru calculul conductivității termice la lichidele
rău conductoare de electricitate [3]:

(
) ⁄
(1.5)
unde:
R – constanta universală a gazelor;
N – numărul lui Avogadro;
densitatea;
M – masa molară a lichidului.
Pentru fracțiunile petroliere lic hide, C. S. Cragoe a stabilit relația (3.16) de calcul a
conductivității termice [3]:

(1.6)
unde:
– densitatea relativă a produsului petrolier în raport cu apa, ambele la 15 0C.
Pentru un amestec de mai multe lichide, conductivitatea termică medie poate fi
calculată cu ajutorul relațiilor empirice ( 1.6) și (1.7 ):
∑
(1.7)

14
unde:
– fracțiile masice ale componenților,
∑
(1.8)
unde:
– fracțiile molare ale componenților.
1.1.4 . Transfer de căldură conductiv staționar prin pereți plani simpli
Se consideră un perete plan, omogen, care are o suprafață infinit mai mare
comparativ cu grosimea sa . Transferul termic are loc unidirecțional, pe direcția x,
normală la suprafața peretelui (figura 1.1).
T1
T2
x1 x2qxd

Figura 1.1. Transfer de căldură prin pereți plani simpli
Fluxul termic unitar pentru un perete pla n, omogen este dat de relația (1.9) :

(1.9)
Fluxul termic total va fi dat de relația (1.10) :

(1.10 )

15
unde:
suprafața peretelui prin care are loc transferul termic;
forța motoare a procesului de transfer termic.
În cazul în care temperaturile pe cele două fețe ale pertetelui sunt egale ( ),
forța motoare a procesului se anulează și transferul de căldură încetează ( ).
În practică este necesar uneori cunoașterea valorii temperaturii în interiorul
peretelui, la o distanță oarecare x față de suprafață (figura 1.2).
T1
T2
x1 x2qxd
x
Tx

Figura 1.2. Temperatura în interiorul unui perete plan [3]
Prin stratul de grosime x va trece fluxul termic dat de relația (1.11) :

(1.11 )
În regim staționar cele două fluxuri sunt egale și deci va rezulta relația (1.12) a
fluxului termic :

(1.12)
Din relația ( 1.12) se poate determina valoarea temperaturii la distanța x în
interiorul peretelui [ 3] conform relației (1.13) :

16

(1.13 )

1.1.5. Transfer de căldură conductiv staționar prin pereți plani compuși
Dacă considerăm un perete format din n straturi paralele (figura 1.3) cu grosimile
și având conductivtățile termice și cu căderile de temperatură
corespunzătoare , regimul fiind staționar, fluxurile termice transmise prin
fiecare strat sunt egale între ele conform relației (1.14) :

(1.14 )
q
T0DTtotal
DT1 DT2 DTn1 2 n
d1d2 dn
T1 T2 Tn-1 Tn

Figura 1.3. Transfer termic conductiv prin pereți plani compuși [3]
Din relația (1.14 ) se poate scrie pentru fiecare perete relația (1.15) :

(1.15)

Prin adunarea ecuațiilor (1.15 ) membru cu membru, se obține relația (1.16) :
∑

(1.16)

17
Ecuația (1.16 ) mai poate fi scrisă și sub forma relației (1.17) :

∑

sau
∑

(1.17 )
Ecuația (1.17 ) poate fi scrisă sub forma următoare atunci când notăm cu căderea
totală de temperatură , rezultând relația (1.18) :
(1.18 )
unde:
k – coeficientul total de transfer conductiv, (W/m2 · K)
Acest coeficient total de transfer conductiv se poate scrie și sub forma relației
(1.19) :

∑

(1.19)
Inversul acestuia este rezistența totală la transmisia căldurii prin conducție,
exprimată ca sumă a rezistențelor termice parțiale (raportate la unitatea de suprafață) ,
conform relației (1.20) :

∑

(
) (1.20)

1.2.Transferul de căldură prin convecție
Convecția constituie modul de transmitere a căldurii care se execută simultan cu
mișcarea unei mase de fluid, pe lungimea unei suprafețe solide cu o temperatură mai
ridicată sau mai scăzută. În literatură există două definiții ale transferului de căldură prin
convecție, astfel :
Convecția liberă reprezintă modalitatea de transfer de căldură în care mișcarea
fluidului este influențată de diferențele de densitate, cauzate de diferențele de
temperatură ce se află în masa fluidului ;
Convecția forțată este definită de modalitatea transferului de căldură în condițiile în
care mișcarea fluidului este condiționată de acț iunea gradienților de presiune,
produși de o mașină de transport.

18
Atunci când convecția are loc în prezența mișcării fluidelor, legilor de transfer li se
atribuie legile transferului de impuls (legile curgeii fluidelor). De asemenea, se cunoaște că
la limita dintre suprafața solidă și fluid vitezele sunt tot mai mici ( tind spre zero), iar
conductivitatea va devenii mai puternică, lucru imperios necesar în studiul convecției.
Legea de răcire a lui Newton definește fluxul de căldură convectiv ce parcurge o
suprafață și se prezintă sub forma [1]:
( ) (1.21)
temperatura fluidului la perete;
temperatura fluidului la o distanță δ de suprafață .
coeficientul de transfer convectiv ( ) sau coeficientul individual de transfer de
căldură.
Convecția se intensifică simultan cu creșterea vitezelor de mișcare sau cu accentuarea
neuniformităților câmpului de temperatură. Convecția termică se manifestă la suprafața de
separație dintre un solid și un lichid sau la separarea fazelor com ponente ale fluidelor
polifazice [2].
1.2.1. Coeficientul individual de transfer de căldură
În zona în care apare cea mai mare cădere de temperatură se consideră a fi zona
determinantă de rezistență termică în transferul de căldură. Deoarece în apropierea
peretelui vitezele de curgere ale fluidului sunt mici, tinzând chiar spre zero, transferul de
căldură are loc prepond erent prin mecanism conductiv [3 ]. La încălzirea sau răcirea unui
solid prin convecție cu ajutorul unui fluid în mișcare se consideră că transferul de căldură
are loc prin conducție, deoarece vitezele de curgere sunt foarte mici, astfel încât :

[ ⁄] (1.22)
unde:
rezistența termică la transfer, (m2 · șC/W) ;
grosimea stratului limită, (m);
coeficientul de conductivitate termică a fluidului, (W/m ·șC) ;
coefic ientul de transfer convectiv, (W/m2 ·șC).

19
Schimbul de căldură are loc între două fluide în transferul termic global deci apar
doi coeficienți de transfer de căldură, care se mai numesc și coeficienți parțiali de transfer
de căldură.
Fluxul termic convectiv care trece printr -o suprafață ( ) este dată de legea de răcire
a lui Newton care se poate scrie sub forma:
( )
( ) (1.23)
Deoarece și ( ) sunt variabile iar în stratul limită termic transferul are loc
conductiv prin aplicarea relației lui Fourier se pot scrie următoarele relații:
( ) (1.24)
(
) (1.25)
Astfel se va obține expresia coeficientului individual de transf er de căldură:

(
) (1.26)
Din punct de vedere dimensional coeficientul de transfer de căldură se măsoară în:
[ ] [
( )] *
+ (1.27)
Cantitatea de căldură care se transmite prin convecție este căldura transportată de
un fluid aflat în mișcare. Ecuația diferențială a transferu l de căldură convectiv în regim
staționar este următoarea:
*
( )

+ (

)

(1.28)
unde:
a – difuzivitatea termică a mediului prin care are loc transferul de căldură.

20
Se determină cu relația (1.7 ) și dă o indicație asupra inerției termice a corpurilor și
anume, cu cât a este mai mare, cu atât corpul se î ncălzește sau se răcește mai rapid:

(1.29)
Ecuația ( 1.9) este cunoscută drept ecuația diferențială Fourier – Kirchhoff, e cuație
care redă distribuția câmpului de temperatură pentru un fluid aflat în mișcare staționară. În
regim nestaționar ecuația are următoarea formă:
*

+ (

)

(1.30)
unde:

derivata substanțială a temperaturii.
Dar ecuația Fourier -Kirchoff în aceste forme este imposibil de rezolvat anali tic, și
pentru calculul profilului temperaturii și a coeficienților individuali de transfer de căldură
se preferă ecuațiile criteriale [3 ].

1.2.2. Ecuațiile criteriale ale transferului de căldură convectiv
Două procese fizice, care nu sunt calitativ identice, nu pot fi niciodată similare
(asemenea). Dar între două procese diferite calitativ, poate exista o analogie (asemănare
parțială).
Două procese calitativ identice pot fi similare sau nesimilare. Sunt similare acele
procese fizice calitativ identice care admit constante de similitudine (fizice și geometrice)
pentru toate mărimile caracteristice. Dacă toate constantele de similitudine a dmise sunt
egale cu unitatea, cele două procese calitativ identice sunt și cantitativ identice. Dacă cele
două procese comparate nu admit constante de similitudine pentru toate mărimile
caracteristice, ele nu sunt similare.
Prin criteriu de similitudine f izică se înțelege, un raport adimensional, format cu
ajutorul unora dintre mărimile care caracterizează procesul fizic.

21
Teorema lui Newton referitoare la similitudine se enunță astfel: două procese fizice
sunt similare, dacă ele admit aceleași criterii de similitudine și dacă acestea sunt, respectiv
egale.
Teorema π a similitudini se enunță astfel: numărul minim de criterii de
similitudine independente, care se pot forma cu numărul de mărimi caracteristice prin care
se definește un proces fizic, este egal cu diferența dintre numărul de mărimi caracteristice
pri care se definește procesul și numărul minim de unități de măsură fundamentale cu care
se pot exprima dimensiunile mărimilor caracteristice.
Criteriile de similitudine caracteristice proceselor de c onvecție pot fi stabilite pe
baza ecuațiilor diferențiale fundamentale sau pe baza parametrilor care definesc procesul,
prin analiza dimensională [ 3].
O ecuație diferențială completă, dimensional omogenă, ce descrie un fenomen, se
poate pune sub forma ad imensională în vederea obținerii criteriilor de similitudine. Pentru
acest lucru se recurge la reducerea ecuației diferențiale la o formă dimensională
generalizată, omițând semnele diferențiale și constantele numerice, apoi se împart prin
unul din termeni pentru a adimensionaliza ceilalți termeni. Plecând de la ecuația
diferențială Navier – Stokes pentru transferul de impuls se vor determina următoarele
criterii de similitudine [3]:
 Criteriul Reynolds care reprezintă raportul între forțele inerțiale și de v âscozitate:

(1.31)
 Criteriul Froude care este o măsură a raportului între forțele inerțiale și cele
gravitaționale:

(1.32)
 Criteriul Euler este raportul între forțele create de presiune și forțele inerțiale:

(1.33)
Transferul de căldură prin convecție forțată este descris de ecuațiile diferențiale ale
transferului de impuls și de ecuația diferențială a energiei. Din acestea rezultă următoarele
crieterii adimesionale:

22
 Criteriul Peclet care reprezintă raportul între căldura transferată prin convecție și
căldura transferată prin conductivitate:

(1.34)
 Criteriul Nusselt reprezintă raportul dintre căldura transferată prin toate
mecanismele și căldura transmisă prin conductivitate:

(1.35)
Funcția criterială care descrie transferul de căldură convectiv este:
(1.36)
Pentru că criteriul Eu se poate exprima funcție de criteriul Re, se poate neglija.
Criteriul lui Fr se poate substitui cu un criteriu specific conveției li bere, numit criteriul
Grashof :

(1.37)
unde:
coeficientul de dilatare termică a volumului, *
+;
diferența de temperatură sub acțiunea căreia se modifică densitatea și se generează
convecția liberă.
Raportul dintre criteriile Pe și Re ne dă un alt criteriul al transferului de căldură,
numit criteriul Prandtl :

(1.38)
În urma modificărilor făcute funcția ( 1.36) se rescrie sub forma:
(1.39)
La această funcție s -au adăugat criteriile geometrice . Ultima funcție se poate
transcrie sub forma unei ecuații criteriale de forma:

(1.40)

23
Relația ( 1.40) poate fi particularizată în funcție de stările de agregare a fluidelor,
geometria spațiului de curgere, modul de contactare [ 3].

1.2.3 . Transmiterea căldurii prin conducție și convecție în regim staționar
În utilajele tehnologice transferul de căldură are loc atât prin conducție, cât și prin
convecție. Din această cauză este necesar să se introducă o mărime care să combine
conductivitatea termică a peretelui utilajului de transfer de căldură cu coeficienții de
transfer termic de convecție. Această mărime se numește coeficient total de transfer de
căldură [3].
Dacă considerăm un perete solid, iar pe o parte a acestui perete curge un fluid cald,
iar pe celalalt ă parte curge un fluid rece, se poate calcula debitul de căldură transferat cu
relațiile următoare [3]:
( ) [ ]
( )
(1.41)

( )
( )
(1.42)
( )
( )
(1.43)
Prin adunarea relațiilor ( 1.41) – (1.42) se va obține următoarea relație:
(

) (1.44)
Se poate defini un coeficient total de transfer de căldură notat cu , plecând de la
relația lui Newton:
(1.45)

24
Din relațiile ( 5.24) și ( 5.25) se poate obține relația de calcul a coeficientului total de
transfer de căldură:

(

) (1.46)

(1.47)
Acest coeficient total se poate raporta la aria internă , externă sau la aria
medie a unei conducte. În cazul în care avem un perete a cărui grosime nu este mare iar
ariile internă și externă nu variază foarte mult se poate folosi următoarea rel ațiie de calcul a
coeficientului total de transfer de căldură [ 3]:

(1.48)
1.2.3 .1. Transmiterea căldurii printr -un perete format din mai multe straturi paralele
Atunci când avem de a face cu un perete format din mai multe straturi, apar
rezistențe suplimentare. O astfel de situație este murdărirea pereților schimbătoarelor de
căldură din cauza depunerilor. Depunerile apar atât la substanțele alimentare, cât și la apă,
alterând performanțele utilajelor de schimb de căldură.
Coeficientul total de transfer de căldură se determină pe baza relației [3]:

∑

(1.49)

1.2.4 . Fluide în convecție naturală
Convecția naturală este un proces natural, spontan datorită transferului de căldură
care apare la c urgerea unui fluid. În acest caz procesul se deosebește de convecția forțată
deoarece curgerea nu este impusă din exterior prin consum de energie mecanică.
Convecția naturală apare ca urmare a distribuției neuniforme a forțele de masă în
fluidul implicat în transferul de căldură. Aceste forțe pot fi de natură gravitațională,
centrifugală sau electromagnetică.

25
Mișcarea fluidului în convecția naturală apare sub acțiunea diferenței de densitate
generată de transferul de căldură. Această mișcare a fluidului dă naștere unei forțe
ascendente sau descendente, funcție de transferul de căldu ră și de geometria sistemului [3 ].
Acest tip de tranfser de căldură apare a tunci când o suprafață solidă se află în
contact cu un fluid cu temperatura diferită de cea a suprafeței. În acest caz se va face
analiza simultană a ecuațiilor de mișcare și a ecuației de energie. Calculul coeficientului de
transfer de căldură s -a facut pentru plăc i verticale .
Ecuația generală care se aplică pentru fluide în convecție naturală este cea a lui
Nusselt, sub forma adimensională [3]:
(1.50)
unde și sunt constante numeric.
Aceste constante sunt determinate experimental iar relația ( 1.50) se aplică pentru
diverse geometrii, iar proprietățile fizice ale fluidului se calculează la temperatura sa medie
aritmetică.
1.2.4 .1 Fluide în convecție forțată
În industria chimică cel mai obișnuit mod prin care are loc transferul de căldură
este cel prin convecție forțată. Fluidele atât calde și reci, separate de suprafețe solide sunt
pompate prin utilajele de transfer de căldură. G eometria utilajului, debitele de curgere și
proprietățile fizice ale fluidelor ne dau date cu privire la viteza transferului de căldură.
Deoarece geometria utilajului este destul de complicată iar curgerea este în general
turbulentă, analiza teoretică a transferului de căldură nu se poate face și sa apelat numai la
relații empirice care sunt valabile doar în anumite condiții de operare.
Analiza teoretică a transferului de căldură în convecție forțată se face doar la
curgere laminară și numai pentru geome trii simple ale utilajelor.
Pentru a obține coeficienți de trasfer de căldură cât mai apropiați de realitate,
trebuie să se țină cont de mecanismul curgerii, de condițiile de intrare și condițiile la perete
în transferul de căldură în convecție forțată.

26
1.2.4 .2. Transferul de căldură în fluide non -newtoniene
O mare parte din materiile prime sau produsele finite din industria alimentară au o
comportare non -newtoniană, fie că sunt plastice tip Bingham, pseudoplastice, dilatante sau
chiar vâscoelastice.
Pe baza proprietăților acestor fluide se pot proiecta utilajele de transfer de căldură.
Din păcate nu există relații de calcul al proprietăților fluidelor, ele trebuind să fie
determinate experimental.
Dintre aceste fluide non -newtoniene, cele mai studiat e au fost cele cu caracteristici
reologice independente de timp, care pot fi caracterizate de legea puterii:
(
)
(1.51)
unde:
efortul tangențial de forfecare;
indice de consistență, *
+;

gradientul vitezei de deformare (viteză de forfecare, reopantă) ;
indice de curgere (adimensional).
Relația (1.51 ) se poate particulariza pentru fluide pseudoplastice, dilatante și
plastice de tip Bingham. Pentru fluide non -newtoniene caracterizate de legea puterii, aflate
în curgere turbulentă prin conducte circulare, Clapp a propus umătoarele ecuații empirice:

(
)
[
(
)
]
(1.52 )

(
) (
)(
)
[
(
)
]
(1.53 )

27
1.3.Transferul de căldur ă prin radiație

În procesele industriale, emisia radiațiilor se produce la orice temperatură, dar
transferul de căldură prin radiație are loc concominent cu transferul de căldură prin
convecție și conducție.
Energia radiantă, de natură termică , este amisă de orice corp cu o temperatură peste
zero absolut. Pentru întreg spectrul de radiații acționează aceleași legi, care descriu
fenomenele de schimb de energie, as ociate undelor electromagnetice [1].
Radiațiile electromagnetice au aceiași viteză de deplasare, dar se diferențiază prin
lungimea de un dă și origine. În vid este valabilă realția:

(1.54)
unde :
viteza luminii ;
frecvența.
Energia termică radiantă emisă de un corp depinde de temperatură și de natura
suprafeței.
Prin creșterea temperaturii va crește frecvența radiațiilor, corpul va transmite o energie mai
mare în domeniul radiațiilor vizibile și corpul va căpăta culoarea galben spre alb.
Puterea totală de emisi e, E este energia radiantă emisă de unitatea de arie a unui
corp, în unitatea de timp, pe totalitatea lungim ilor de undă ale spectrului său [1].
Schimbul de căldură prin radiație crește cu nivelul de temperatură, spre deosebire
de conducție și convecție. Dacă un corp este încălzit, o parte din energia sa termică se
transformă în energie radiantă. Purtătorul de energie radiantă îl reprezrintă oscilațiile
electromagnetice, radiațiile infraroșii fiind undele electromagnetice. Radiațiile infraroș ii
diferă de celelalte tipuri prin lungimea de undă. Razele infraroșii nu sunt calde, ele sunt un
transport de energie, care devine termică, numai dacă sunt absorbite de un corp. Denumirea
lor de raze calorice este improprie.
Toate corpurile cu temperatur a mai mare de zero absolut, emit raze infraroșii și
acestea cu atât mai mult cu cât temperatura corpului emisiv este mai mare, emisia fiind
maximă la incadescență.

28
Din punct de vedere termic, interesează acele radiații acăror emisie se transformă
rpin absorbție de către corpuri în energie calorică, acestea fiind radi ațiile luminoase și
infraroșii [2].
Particularitățile transferului de căldură prin radiație sunt [2]:
radiația și absorbția termică este rezultatul transformării energiei interne a unui
corp î n unde electromagnetice;
transferul de căldură r adiant are loc între două corpur i fără să fie necesar contactul
dintre ele;
fluxul de căldură radiant schimbat între două corpuri are loc în ambele sensuri,
deoarece orice corp emite unde electromagnetice dacă T00K;
transferul de căldură prin radiație are un as pect corpuscular și ondulatoriu.

1.4.Transferul global de căldură

Un proces complex este definit de schimbul de căldură realizat între două fluide în
curgerece sunt separate print -un perete solid și în care apar toate cele t rei tipuri de tr ansfer
de căldură. În figura 1.1 . este reprezenta transferul global de căldură [3].
Pentru fluidul 1 și respectiv 2 se consideră temperaturile și constante.
Inegalitatea definește fluxul termic și este constant pe orice secțiune, dacă
regimul se consideră staționar. Atunci forma căderilor parțiale de temperatură va fi [1]:

(1.55 )

(1.56 )

(1.57 )
1.5. Încălzirea – răcirea în industria alimentară
În cadrul proceselor tehnologice din industria alimentară, transmiterea căldurii este
necesară pentru a modifica temperatura materiilor prime sau auxiliare în vederea încălzirii
sau răcirii. În decursul operației de încălzire sau răcire, temperatura agentu lui termic poate
fi variabilă dacă acesta nu își schimbă starea de agregare (gaze calde care se răcesc, apa
rece care se încălzește) sau poate rămâne constantă dacă își schimbă starea de agregare

29
(abur care condensează, apa care fierbe). Agenții termici uz uali folosiți în industria
alimentară sunt apa caldă, aburul saturant, apa rece și apa răcită.
Apa caldă. Până la temperatura de 80°C, încălzirea cu apa caldă se realizează la
presiunea atmosferică. În intervalul de temperatură (80…375)°C se utilizează apă sub
presiune, denumită impropriu apa supraîncălzită.
Aburul saturant. Este cel mai uzual purtător de căldură din cauza avantajelor pe care
le prezintă:
căldura latentă masică de condensare mare pentru tem peraturile curente de
încălzire;
valori mari ale coeficientului parțial de transfer de căldură;
temperatura purtatorului de căldură se menține constantă;
este neinflamabil și netoxic;
cost suficient de redus pentru a nu se impune în toate cazurile recuperarea și
recircularea condensatului.
Aceste avanta je sunt pentru încălziri ce nu depășesc 150…200°C.
Apa rece. Folosirea apei ca agent de răcire se realizează în circuit deschis pentru
debite mici și în circuit închis pentru debite de apă de răcire mari .
Apa răcită. Este un agent de răcire secundar ut ilizat pentru temperaturi de răcire
mai mari de 4°C. Se utilizează în special la schimbătoarele de căldură cu placi.
Uleiuri minerale . Sunt folosite ca agent termic pentru temperaturi până la 300°C.
Dezavantajele utilizării uleiurilor: coeficient de transf er termic mic ș i vâscozitate mare [1].

30
CAPITOLUL 2 . UTILAJE DE TRANSFER DE CĂLDURĂ
Schimbătoarele de căldură sunt echipamente în care are loc transferul de căldură de
la un fluid cu o temperatură mai ridicată ( fluid termic primar) către un fluid cu o
temperatură mai scăzută (fluid termic secundar).
Transimterea căldurii între cele două medii se poate face printr -un perete solid care
le separă sau se poate face prin amestecarea celor două medii.
În cadrul instalațiilor tehnologice, schimbătoarele de căl dură pot constitui părți
determinante ale unor procese tehnologice sau pot fi introdus e în instalații din motive de
economie de căldură și substanțe, în această situație ele fiind considerate aparate
secundare.
Schimbătoarele de căldură sunt echipamente cu scopul de a realiza transferul de
căldură de la un fl uid la altul în procese ca cel de încă lzire, evaporare, fierbere, condensare,
răcire, dar și în alte procese termice, unde există două sau mai multe fluide cu temperaturi
diferite.
O poziție deosebită ocupă aparatele de schimb de căldură și în instalațiile tehnologice,
ele funcționează ca organe principale . Ele pot constitui părți determinate în procese le
tehnologice precum și în procese exclusiv termice. Coexistă, de asemenea, ca organe
secundare, inserate în instalații din motive economice, reducând astfel excesul de substanță
sau de căldură . Așa cum sistemul de pompe și de conducte utilizeză un număr mare de
echipamente termomecanice, pentru schimbul de căldură sunt necesare cele mai multe
echipament e din industrie de acest fel [4].
Realizarea instalațiilor tehnologice moderne nu poate fi concepută fără perfecționarea
continuă a proceselor și aparatelor de schimb de căldură. Domeniile de utilizare de schimb
de căldură sunt foarte variate, destinațiile principale ale acestor aparate fiind urmatoarele:
 schimb complex de căldură dintre gazele de ardere și apa -aburul din generatoarele
de abur;
 transferul de căldură în cadrul proceselor de încălzire, răcire, fierbere, condensare
sau alte procese speciale, p ractic din toate ramurile industriale;
 prepararea apei calde și fierbinți în sistemele de termoficare;

31
 evacuarea în atmosfera prin turnuri de răcire a căldurii rezidu ale rezultate din
procesele industriale;
 procesele complexe de recuperare a căldurii cu potenț ial termic redus pentru
încalzire și scopuri tehnologice [4 ].

2.1. Schimbătorul de căldură – noțiuni generale
Pentru înțelegerea modului de funcționare al insalației la nivelul schimbătoarelor de
căldură, se aplează la evidențierea caracteristicilor proceselor cu transfer termic. În astfel
de procese au loc fenomen е de propagar е a căldurii prin corpuri cu t еmperaturi
neuniform е. Legile termodinamicii, demonstrează că transferul de căldură se realizează de
la valori de t emperaturi ridicate la valori de temperaturi scăzute, fenomenul de propagare
oprindu-se în momentul echilibrării temperaturilor. Există numeroase mărimi fizice prin
care se pot descrie procesele cu transfer termic, însă principala mărim e fizică de star e este
temp еratura. Celelalte mărimi caracteristice depind în mod direct proporțional de
temperatură (cantitatea de căldură, fluxul termic, densitatea fluxului termic) [5].
Între agentul termic și produs, de regulă, fluid se realizează s chimbul de căldură .
Scopul procesului de transfer termic este de a modifca temperatura produsului – prin
încălzire sau răcire – în funcție de temperatura agentului de răcire în raport cu temperatura
inițială a produsului.
Schimbătoarele de căldură sunt elemen te ale instalați ei industriale în care se
desfășoară procese de transfer de căldură. Rolul acestora este de a realiza un transf er de
căldură cu un randament câ t mai ridicat între agenții termici și de a respecta restricțiile de
temperatură impuse de procesul tehnologic. D iversitatea tehnologică la nivel industrial este
în continuă creștere , prin urmare există o mare diversitate de tipuri constructive de
schimbătoare de căldură. Clasificarea schimbătoarelor de căldură poate fi evidențiată
ținând seama de particularitățile t ransferului de căldură precum și tipul constructiv.
Modalitățile de construcție ale schimbătoarelor de căldură pot varia e ficacitatea
transferului termic [5].
2.2. Clasificarea schimbătoarelor de căldură
Schimbătoarele de căldură pot fi componente ale unor instalații complexe sau pot
funcționa independent.

32

După natura contactului între agenții termici se pot menționa doua categorii mari
de aparate de transfer termic.
Prima categorie este cea a aparatelor de transfer termic cu contact direct sau cu
amestec între agentii termici . Aceste aparate sunt simple din punct de vedere constructiv
însă sunt limitate numai la procesele tehnologice care permit amestecarea mediilor.
A doua categorie, este cea a aparatelor de tranfer termic fara contact direct într e
agentii termici sau de suprafata ,este caracterizată prin faptul ca transferul termic are loc
prin pereți de separație între agenții termici. Din punct de vedere constructiv sunt mai
complexe decât precedentele. Pentru a avea un transfer termic eficient coeficientul de
conductivitate termică al pereților de separație trebuie să atingă valori ridicate.
După continuitatea transferului termic între agenți sunt cunoscute două mari
categorii de aparate de transfer termic. Cele cu acțiune continuă realizează un
transfer recuperativ iar cele cu acțiune discontinuă unul cu acumulare sau
regenerativ.

După modul în care se realizează transmiterea căldurii se deosebesc două
categorii de aparate pentru transfer termic. Prima categorie cuprinde aparatele de
transfer t ermic fără modificarea stării de agregare a agenților . Acestea sunt
schimbătoarele de căldură propriu -zise care pot funcționa ca răcitoare sau ca
încălzitoare. A doua categorie cuprinde aparatele de transfer termic cu modificarea
stării de agregare a agenț ilor. În această categorie se pot enumera evaporatoarele
și condensatoarele, care de regulă sunt construcții mult mai complexe decât
schimbătoarele de căldură propriu -zise și care sunt specifice unor procese tip din
industriile de proces.
Sub aspectul circulației fluidelor se deosebesc următoarele tipuri de aparate de
transfer termic cu circulație în echicurent, în contracurent, în curent mixt sau în
curent încrucișat.
Din punctul de vedere al modului de circulație a fluidelor circulația în
contracurent conduce la construcții mai avantajoase (constructiv, grad de
complexitate, preț de cost) față de circulația în echicurent. La aceste aparate se
obține cel mai mare gradient de temperatură între agenți, deci implicit randamentul
termic cel mai bun, indifer ent de raportul vitezelor de circulație a agentilor

33
termici wi. Sub raport constructiv, pentru aceeași cantitate de căldură transferată,
aparatele de transfer termic în contracurent necesită cea mai mică suprafață de
transfer termic deci, din acest punct de vedere reprezintă soluții recomandate și
economice.
Modalități de creștere a randamentul termic pentru aparatelor de transfer termic :
folosirea unor suprafețe de schimb de căldură cu o configurație specială, care să
conducă la reducerea grosimii stratului laminar de curgere;
dispunerea de generatoare de turbulență pe traiectoria de curgere a agenților
termici;
aditivarea agenților termici cu particule solide;
vibrarea sau activarea cu microunde a suprafețelor de transfer sau a fluidelor.
Materiale le utilizate în construcția acestor aparate trebuie să răspundă în general la
aceleași condiții, sub aspectul rezistenței mecanice și la coroziune, ca și materialele
utilizate pentru celelalte utilaje care funcționează în industriile de proces. Suplimentar ,
materialele utilizate în construcția aparatelor de transfer termic trebuie să prezinte o
conductivitate termică ridicată și rezistență bună la efectul abraziv al agenților termici.
Pentru condiții foarte grele de exploatare, mediu foarte coroziv sau tran sfer termic
pretențios, se utilizează frecvent materiale nemetalice ca: sticlă, grafitul, ceramica și
diverse materiale plastice (kevlarul, teflonul, hostaflonul, etc.).
Schimbătoarele de căldură se pot clasifica funcție de dispunerea fluxurilor (rece și
cald). Din această perspectivă există trei tipuri primare de schimbătoare de căldură:

1. Schimbătoare cu flux paralel fluidele intră în schimbătorul de căldură pe la
același capăt și parcurg în paralel toată lungimea acestuia, urmând să iasă pe la
capătul opu s [6].

Figura 2.1. Schimbător de căldură cu flux paralel [6]

34

2. Schimbătoare în contra curent fluidele pătrund pe la capetele opuse ale
schimbătorului de căldură. Acest tip de schimbător este unul dintre cele mai
eficiente, deoarece oferă capacitatea de transfer de căldură cea mai mare. Acest fapt
este posibil datorită temperaturilor fluidelor de lucru care doar tind să se egalizeze,
dar nu reuește să se întâmplă niciodată acest echilibru. În acest fel va exista
întotdeauna o diferență de temperatură într e fluidele de lucru, ceea ce reprezintă un
avantaj pentru schimbul termic [6].

Figura 2.2. Shimbător de căldură în contracurent Figura 2.3. Diferența de temperatură

3. Schimbătoare cu flux încrucișat fluidele , parcurg schimbătorul de căldură având
direcții perpendiculare unul față de celălalt.

Figura 2.4. Schimbător de căldură cu flux încrucișat [6]

În cadrul schimbătoarelor de căldură eficența crește cu maximizarea suprafeței de
contact între cele două fluide și în același timp minimizând rezistența fluidului la curgerea
prin schimbătorul de căldură. Performanța acestora poate fi îmbunătățită și prin adaugarea
de striuri pe suprafața de separație, în una sau în ambele direcții, mo dalitate prin care este
crescută suprafața de contact.
Din punct de vedere pur constructiv, două dintre cele mai importante tipuri de
schimbătoare de căldură sunt [6]:
 Schimbătoare de căldură cu tuburi și carcasă metalică
Produsul ce este supus răcirii sau încalzirii circulă prin sistemul de tuburi, în timp
ce agentul de răcire/încălzire va încărca spațiul dintre tuburi. Acest timp de schimbător de

35
căldură este unul de uz prioritar în aplicații de înaltă presiune ș i temperatură ( peste 30 de
bari și 250 grade Celsius), fiind robuste ș i foarte rezistente. Caracteristicile tuburilor
înglobate într -un schimbător de căldură cu carcasă metalică pot fi determinate în funcție de
fiecare aplicație în parte.
 Schimbătoare de căldură cu plăci
Acestea sunt constitu ite din numeroase plăci subțiri, separate î ntre ele, cu suprafață
mare și cu spațiu pentru trecerea fluidului. Acest timp de schimbător de căldură
poate fi , în unele situații, mai perfor mant decât schimbă torul cu tuburi.
După destinația aparatului, echipa mentele de schimb de căldură de clasifică astfel
[6]:
preîncălzitoare ;
răcitoare ;
condensatoare ;
vaporizatoare ;
fierbătoare (boilere) .
În ceea ce privește modul de transmitere a căldurii și a modului de funcționare, se
pot evidenția două mari ramuri:
 Schimbătoare de căldură cu amestec – schimbul de căldură se efectuează prin
contact direct între age nt și produs;
 Schimbătoare de căldură cu separație – schimbul de căldură are loc prin
intermediul unei suprafețe (serpentină cilindrică sau plată , tuburi) .
Se pot defini două modalități prin care schimbătoarele de căldură pot funcționa.
Acestea sunt : regimul staționar – temperaturile a genților termici nu variază – și regimul
nestaț ionar – este caracterizat de variația în timp a temperaturilor [6].

2.3.Schimbătoare de căldură cu plăci și garnituri
Conform modelul ui tehnologic de execuție a canalului de curgere a agenților
termici de lucru, se remarcă schimbătoare cu suprafață primară ș i schimbătoare cu
suprafață secundară de transfer te rmic (fig ura.2.5) [7].

36

Figura 2.5. Clasificarea schimbătoarelor de căldură cu plăci [7]

a) Schimbătoarele cu plăci sudate permit folosirea suprafețelor p rimare de schimb
de căldură, cu nivele de presiuni și temperaturi mai mari. Unele variante pot
funcționa la o presiune de 100 bar între – 80 0C și + 450 0C
b) Schimbătoarele cu plăci semisudate sunt echipamente utilizate în aplicații
deosebite unde unul dintre agenții termici de lucru impune un circuit ermetic, iar
celălalt circuit trebuie să îngăduie curățarea manuală.
c) Schimbătoarele cu plăci brazate se folosesc în cazul agenților frigorifici care
funcționează la temperaturi pozitive și negative, cu schimbare de fază. Prețul lor de
achiziție este relativ redus , prin urmare aceste utilaje se utilizea ză pe scară largă la
încălzire și preparare de apă caldă menajeră, dacă agenții de lucru sunt puri.
d) Schimbătoarele cu plăci și bare utilizează suprafeț e secundare de transfer termic
cu ajutorul nervurilor dintre două plăci plane. Pentru aplicațiile unde se utilizează
aerul atmosferic, aceste aparate sunt confecționate din tablă moale, iar pentru
întrebuințarea lor în criogenie sau aeronautică se folosește oțelul inoxidabi l sau
aluminiul, asamblarea schimbătorului având loc printr -o tehnică de brazare sub vi d
[7].

37
2.3.1.Plăcile și nervur ațiile schimbătoarelor de căldură cu plăci
Plăcile sunt executate prin ambutisare din foi metalice subțiri, din oțel inoxidabil
marca AISI 304, AISI 316 (Ti – aliat cu titan) și AISI 904L, sau oțeluri speciale aliate cu
titan, paladium, nichel, cupru, monel.
Pentru aplicațiile curente, plăcile au o grosime de ordinul a (0,5…0,8) mm, dar în
anumite cazuri, pot fi folosite și grosimi ce depășesc 1,0 mm. Tendința generală este de a
reduce grosimea plăcilor.
Interesul este evident pentru constructori, deoarece o reducere a grosimii plăcii de la 0,5 la
0,4 mm conduce la o diminuare cu 20 % a prețurilor de aprovizionare cu materie primă [6].
Efectele reducerii grosimii plăcilor se reflectă în:
diminuarea prețului de cumpărare,
reducerea greutății schimbătorului,
reducerea rezistenței de transfer termic a peretelui plăcii.
Pentru a putea reduce grosimea plăcilor trebuiesc luate în considerare condițiile de
utilizare:
presiunea de probă să fie cât mai apropiată de presiunea de st udiu (în general 1,3 –
1,5 ori presiunea maximă de lucru),
distanța între plăci redusă (ceea ce conduce, automat, la scăderea pasului
nervurațiilor),
lărgimea „gâtului/canalului” garniturii să fie redusă,
duritatea garniturii redusă [6].
Suprafața de transfer de căldură este alcătuită dintr -o înșiruire de plăci metalice
echipate cu garnituri, formând prin justapunere un set compact (fig ura.2.6.), asamblat într –
o ramă metalică cu plăci de capăt (placă sau platan fix sau mobil), bare de susținere și
ghidare, strâ nse cu ajutorul tiranților (figura 2.7).
Particularitatea schimbătoarelor de căldură cu plăci este dată de posibilitatea ca pe
un singur batiu să poată fi montate mai multe schimbătoare în serie, lucrând împreună sau
separat, cu sau fără plăci de legătură și care pot granta o eficacitate maximă într -un volum
redus.
Scopul esențial al nervurațiilor este creșterea turbulenței și creșterea coeficientului
de transfer de căldură. Totodată nervulațiile asigură rezistența mecanică printr -un număr
mare de puncte de contact metal -metal.
Cele mai utilizate modele de nervurații sunt cele:
a) drepte,

38
b) înclinate,
c) plăci speciale, dintre care s -au dezvoltat următoarele modele:
c.1) plăci cu nervurație asimetrică ;
c.2) plăci cu ambutisare globulară;
c.3) plăci duble și nemetalice.

Figura 2.6. Părțil e componente ale unui schimbător de căldură cu plăci
1 – placă de presiune, 2 – tiranți, 3 – pachet de plăci, 4 – bară de ghidare, 5 – placă de
capăt [3].

Figura 2.7. Batiu

a) Nervurațiile drepte sunt perpendiculare pe principala direcție de curgere , fiind
paralele între ele (figura 2.8) și pot deține o adâncime de ambutisare mai mare decât
grosimea garniturilor. Din acest ultim motiv, în cadrul ansamblului, nervurațiile se vor
îmbina unele cu celelalte [8 ].

39
Plăcile cu nervurații drepte poartă denumi rea și de „plăci de curgere liberă” (free
flow) și sunt create pentru lichide vâscoase, sau care conțin fibre sau alte particule care pot
obstucționa funcționarea normală a SCP clasice. Ele sunt plănuite astfel încât să nu existe
contact metal pe metal înt re ele, asigurând totodată o turbulență relativ bună a lichidelor,
deci un coeficient de transfer al căldurii relativ ridicat.

Figura 2.8. Plăci cu nervur ații drepte

b) Nervur ațiile înclinate, plăcile cu o astfel de nervur ație au o adâncime de
ambutisare egală cu grosimea garniturii comprimate (de la 1,8 la 5 mm). Aceste nervurații
sunt înclinate față de direcția principală de curgere. În procesul de asamblare , plăci le
adiacente se suprapun astfel încât vârful nervurației unei plăci să se suprap ună cu vârful
nervuraț iei plăcii corespondent următoare, ceea ce determină apariția unui numă r mare de
contacte metal -metal [8].
În ultimii ani s -a trecut la utilizarea unui amestec de plă ci “dure” și plăci “moi” [ 8],
care permite optimizarea circuitelor schimbătorului (calificativul “dure” este utilizat pentru
plăci cu unghiul de înclinare α = 60˚ față de direcția de curgere a fluidului, figura 2.9 a, iar
calificativul de “moi” pentru plăcile cu unghiul α = 30˚ , figura 2.9 b);
Orificiile de alimentare al e unui schimbător de căldură cu plăci trebuie
dimensionate astfel încât pierderile de presiune să nu existe sau să fie foarte mici.

a) α = 60˚ b) α = 30˚
Figura 2.9. Plăci cu nervulații înclinate a)plăci dure, b) plăci moi

40
Pierderile mari de presiune în secț iunile de alimentare pot cauza probleme privind
distribuț ia în aparat, mai ales în cazul curgerilor bifazice. Ordinul de mărime al vitezele
din aceste secțiuni po ate atinge pâna la 5 m/s.
În schimbatoarele de caldura cu plă ci exi stă diferite tipuri de circulați e ale agenț ilor
de lucru.Variantele cele mai des întâlnite sunt prezentate în figura 2.10 [9].

a
bc
d

Figura 2.10. Scheme de curgere [ 3]
a – cu o trecere în contracurent aranjament ”Z”; b – cu o trecere aranjament ”U”;
c – cu două treceri pentru ambele fluide; d – cu o trecere pentru un fluid și două treceri
pentru celălalt fluid

2.3.2. Schimbătoare de căldură cu plăci lipit e sau sudate
Schimb ătoarele de c ăldură cu pl ăci lipite sau sudate , dezvoltate recent, permit
utilizarea suprafeței de schimb de căldură la un nivel de temperatură și presiune mai mare.
Acest lucru este posibil datorită absenței elementelor de etanșare. Aparatele de schimb
termic pot atinge astfel, presiuni de 40 ÷ 50 bar și temperaturi de 450 ÷ 500 °C.
Schimb ătoarele de c ăldură cu pl ăci sudate sau lipite simbolizează o variantă a
aparatelor de schimb termic cu plăci și garnituri. Suprafața de schimb de căldură a acestor
ultime aparate este de asemenea realizată dintr -o serie de plăci metalice cu caneluri
înclinate, însă nu dețin elemente de etanșare și nici tiranți de strângere (figura 2.11).

41
Sudura din jurul fiecărei plăci asigură etanș eitatea , iar can alele formate între plăci
sunt așezate astfel încât cele două fluide să circule alternativ în curenț i paraleli [9].

Figura 2.11. Schimbător de căldură cu plăci sudate [7]

Grosimea redusă și compactitatea plăcilor îngăduie acestor echipamente, de altfel
foarte ușoare să fie direct montate pe t ubulatura de racordare a schimbă torului, nefiid
necesară fundația sau suport ul metalic .
Cercetările din anii precedenți au fost decisive în acest domeniu, deoarece s-au ivit
și alte tipuri de schimbătoare cu suprafa ță primară (asamblaje speciale) ce sunt construite
din materiale nemetalice ( ceramice, grafit , plastic ) și necesită un alt mod de asamblare.
Aparatele de schimb de căldură cu suprafață secundară sunt confecționate dintr -un
set de tole (întâlnite sub denum irea de tip “ figuri separate de plă ci plane ”). În cazul
aplicațiilor în care unul dintre agenț i este aerul atmosferic , aceste aparate sunt constituite
din materiale uș oare (aluminiu) , iar în cazul aplicaț iilor în aeronautică sau criogen ie,
materialele folosite sunt aluminiul și oț elul inoxidabil.
Următorii parametrii se iau în seamă pentru a caracteriza performanțele și a alege
tipul de plă ci ale unui schimbă tor de căldură [9] :
debitele primare ș i secundare ce determină dimensiunile tubulaturii de racordare a
schimbătorului, acestea oferă posibilitatea alegreii tipului de placă și stabilirea
numărului de plă ci;
numărul de unități de transfer de căldură (NTC), acesta caracterizaeză
performanțele termice ale echipamentului ;
pierderile de presiune existente sunt impuse de utilizator ș i în unele cazuri
influențează alegerea dimensiunilor plă cilor.

42
2.3.3. Depunerile în schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri
Aparatele de schimb de căldură cu plăci au o comportare mai bine comparativ cu
cele tubulare în ceea ce privește funcționarea reală în timpul căreia se pot alcătui depuneri
pe suprafețele plăcilor.
Curățarea schimbătorului se realizează foarte ușor, fie prin demontarea plăcilor
atunci când o curățire mecanică este necesară, fie prin proce dee chimice eficace [10].

2.4. Schimbătoare de căldură cu plăci și garnituri utilizate în rafinarea chimică a
uleiurilor alimentare
2.4.1. Caracteristici constructive și funcționale
Schimbătoarele de căldură sunt echipamente în care are loc transferul de căldură de
la un fluid cu o temperatură mai ridicată (fluidul termic primar), către un fluid cu o
temperatură mai scăzută (fluidul termic secundar). Transmiterea căldurii între cele două
medii se poate face printr -un perete solid, care le separă, sau se poate fac e prin amestecarea
mediilor [ 11].
În cadrul instalațiilor tehnologice schimbătoarele de căldură pot constitui părți
determinante ale unor procese tehnologice sau procese exclusiv termice, fiind considerate
aparate principale și/sau pot fi introduse în inst alații din motive de economie de căldură și
substanță, când sunt c onsiderate aparate secundare [11 ].
Primul patent/brevet al unui schimbător de căldură cu plăci datează din 1878, și
aparține inventat orului german Albretch Dracke , dar primul schimbător de căldură cu
plăci și cadru comercial din lume a fost introdus de către dr. Richard Sel igman, fondatorul
companiei APV. În jurul anului 1930, compania Alfa Laval din Suedia, a lansat un
schimbător de căldură cu plăci comercial asemănător. Un schimbător de c ăldură cu plăci
este un aparat care transferă un flux continuu de căldură de la un mediu la un alt mediu fă ră
a adăuga energie procesului și astăzi este recunoscut pe scară largă, că tipul acesta este cel
mai economic și eficient aparat d e pe piață. Pe baza structurii lor specifice și modului în
care plăcile sunt atașate împreună, sunt disponibile mai multe tipuri de schimbătoare de
căldură cu plăci, cel mai comun tip fiind schimbătorul de căldură cu plăci și garnituri [11].

43
Primele tipuri de schimbătoare de căldură cu plăci erau limitate din punct de vedere
a condițiilor de fun cționare la o presiune de 2 bar și la o temperatură de aproximativ 60 oC.
Schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri tip Chevron au fost introduse în
industria ali mentară în 1930 datorită faptului că utilizează drept fluide de lucru lichidele și
sunt ușor de curățat. De -a lungul anilor dezvoltarea acestor tipuri de schimbătoare de
căldură a continuat spre capacități mai mari de lucru, temperaturi și presiuni de lucr u mari
[11].

Figura 2.12 . Schimbător de căldură cu pl ăci și garnituri demontabile [11 ]
1 – picior suport, 2 – platou fix, 3 – platou mobil, 4 – tirant, 5 – plăci, 6 – garnituri.
Elemntul constructiv principal al schimbătoarelor de căldură cu plăci și garnituri
este o foaie subțire de tablă dreptunghiulară în care, prin presare de precizie, a fost
realizată o rețea de canale ondulate. Pe marginea fiecărei fețe a foii există câte o garnitură.
Schimbătorul de căldură e format dintr -un număr de astfel de plăci, montate pe un cadru și
presate una de cealaltă cu ajutorul unui sistem de strângere cu șuruburi. Spațiul dintre două
plăci alăturate formează un canal de curgere iar garniturile sunt aranjate astfel încât cele
două fluide să curgă alternativ prin canalele formate, de -a lungul laturii mai lungi a
plăcilor. În cele patru colțuri ale plăcilor sunt practicate orificii circulare care permit
trecerea fluidelor către canale ( figura 2.1 2 și figura.2.13 ).

44

Figura 2.13. Plăci tip Chevron cu unghi de ondulare de 30ș [11]

Materialul utilizat la fabricare plăcilor trebuie să fie suficient de ductil pentru a fi
deformat plastic prin ambutisare. Cel mai folosit material este oțelul inox, dar există plăci
standardizate și din alte metle și aliaje, cum ar fi: titan, aliaje de paladiu -titan, Inconel
600TM, etc. Operația de obținere a canalelor se numește ambutisare de precizie la rece.
Obținerea canalelor pentru fiecare placă se face într -o singură operație, decupările pentru
racorduri, suporți, se fac de obicei prin operații separate, ulteriore presării.
Forma constructivă a canalelor este astfel gândită pentru a mări suprafața efectivă
a plăcii și de a crește turbulența. Există diferite tip uri de plăci, dar geometria și forma
canalelor sunt mărci înregistrate. Cele mai utilizate tipuri sunt:
 Drepte, orizontale (scândură de rufe);
 în ”V” (tresă sau os de pește).
În cazul primului tip de canale, creșterea turbulenței se face prin schimbarea
continuă a direcției de curgere și a vitezei fluidului, la cel de al doilea tip de canale, plăcile
alăturate sunt asamblate astfel încât canalele de curgere imprimă fluidului o mișcare de
rotație.
Canalele în ”V” sunt cele mai utilizate. Ele au aceași adâ ncime cu pasul plăcilor.
Deschiderea unghiului canalelor este inversat între două plăci alăturate, astfel încât la
asamblarea plăcilor, canalele încrucișate să furnizeze numeroase puncte de contact,

45
conferind astfel o mai mare rezistență mecanică. Adâncime a canalelor este mică, ceea ce
duce la o ambutisare facilă și astfel costurile de fabricație sunt mai mici.
Pe marginea fiecărei plăci se găsește un șanț în care se va fixa, cu sau fără lipire, o
garnitură care este proiectată să se comprime cu cca. 25% d in grosimea inițială pentru a
asigura etanșarea fără a deforma placa. Integritatea întregului aparat depinde în mare
măsură de calitatea garniturilor.
Rama este formată dintr -o placă de capăt fixă la un capăt și o placă de capăt mobilă
la celălalt capăt. M arginile laterale ale celor două plăci sunt prevăzute cu crestături pentru
fixarea șuruburilor care fixează cele două plăci laolaltă. Plăcile din pachet sunt presate
unele de altele prin stăngerea șuruburilor și deplasarea plăci mobile. La partea superioar ă a
ramei există o bară de susținere orizontală, iar la partea inferioară o bară de ghidare care
sunt fixate de placa fixă la un capăt și de o coloană de sprijin la cealaltă. Rama este un
sistem de montare -demontare simplă și rapidă a schimbătorului (figur a 2.6).
Racordurile sunt decupări practicate în una sau în ambele plăci de capăt prin care
fluidele in tră în aparat. Racordurile pot fi amplasate în așa fel încât să se obțină o curgere
diagonală, în care fluidul intră și iese din aparat prin colțuri opuse , sau curgere verticală, în
care fluidul intră și iese din aparat pe aceași parte. La curgerea diagonală, sunt necesare
două modele diferite de plăci, una fiind imaginea în oglindă a celeilalte, ceea ce implică
costuri suplimentare. Cea mai utilizată curge re este cea verticală deoarece este mai ieftină
și se pretează mai bine standardizării. Suprafața interioară a racordurilor este de obicei din
același material cu al plăcilor pentru a evita apariția fenomenelor galvanice, iar uneori este
acoperită cu cauci uc.

Figura 2.14. Principalele caracteristici ale plăcii și a racordurilor de intrare/ieși re [11 ]

46
1 – intrare/ieșire, 2 – suprafața de distribuție, 3 – canal de garnitură, 4 – sistem de ghidare a
plăcilor pentru planeitate, 5 – trecere, 6 – camera de ”scu rgeri”, 7 – suprafața principală de
transfer termic.
Șuruburile utilizate sunt de obicei din oțel aliat cu 1% crom sau 0,5% molibden, și
sunt asemănătoare cu cele utilizate la celelalte tipuri de schimbătoare de căldură.
Trecerea reprezintă o traversare a plăcilor pe înălțime de către oricare dintre fluide,
de sus în jos sau invers. De obicei, toate trecerile au același număr de canale de curgere,
dar există și excepții.
Curgerea în echicurent sau în contracurent se poate realiza prin câte o trecere de
partea fiecărui fluid în două scheme de aranjare. La aranjarea în ”Z” (fig ura 2.10 a) vor fi
câte două racorduri pe plăcile de capăt fixă și mobilă, ceea ce înseamnă desfacerea
conductelor de legătură la placa de capăt mobilă în cazul desfacerii aparatului. La aranjarea
în ”U” ( figura 2.10 b), toate cele patru racorduri se găsesc pe pla ca de capăt fixă, cu
avantajul că aparatul poate fi desfăcut fără a afecta conductele de legătură. Din acest motiv
se preferă aranjarea în ”U”. Trecerile multiple se realizează prin conectarea în serie a mai
multor treceri. În figura 2.10 c, este prezentat ă o schemă în care ambele fluide au câte două
treceri în serie, fiecare trecere având același număr de canale de trecere la toate trecerile.
Curgerea se realizează doar în contracurent, cu excepția efectului de capăt amintit și a
plăcii centrale, la aceast ă placă, unde ambele fluide își schimbă direcția, curgerea în
echicurent este predominantă. În figura 2.10 d, este prezentat un aranjament în care un
fluid are o singură trecere, iar celălalt fluid două treceri în serie. În acest aranjament, în
jumătate di n aparat curgerea are loc în contracurent, iar în cealalaltă jumătate în echicurent.
O astfel de schemă de aranjare este folosită atunci când unul din fluide are un debit mult
mai mare sau o pierdere admisibilă m ai mică decât celălalt fluid [11 ].
Număru l efectiv de plăci ale unui schimbător de căldură dintr -un pachet este
numărul total minus două, plăcile de capăt nefiind plăci de transfer de căldură. Cu cât
numărul de plăci din pachet este mai mare cu atât efectul plăcilor de capăt devine mai
nesemnific ativ.
Verificarea și întreținerea. Unul din avantajele schimbătoarelor de căldură cu
plăci este ușurința cu care acestea pot fi desfăcute și reasamblate. După desfacere, toate

47
plăcile pot fi verificate pe ambele părți și dacă este necesar întregul pachet poate fi curățat
pe loc. Demontarea, montarea sau înlocuirea unei plăci se poate face și individual. Dacă
este necesar, sarcina unui aparat poate fi rapid modificată prin adăugarea sau eliminarea de
plăci, prin adăugarea unei conexiuni și chiar prin modifi carea schemei de curgere.
Garniturile sunt realizate astfel încât să reziste la mai multe demontări și asamblări.
Înlocuirea garniturilor a fost ușurată prin folosirea de garnituri prinse prin clame de
marginea plăcilor în loc să fie lipite. În figura 2 .15 este reprezentată schematic o placă cu
garnituri, cu principalele dimensiuni utilizate în calculele tehnologice.

Figura 2.15. Reprezentarea schematică a unei plăci cu garnituri [ 11]

48
CAPITO LUL 3. PROCESUL TEHNOLOGIC DE OBȚINERE A ULEIURILOR
VEGETALE
3.1. Materia primă – floarea -soarelui
Floarea -soarelui este o plantă oleaginoasă cu o importanță deosebită atât economică
cât și alimentară. Ea este originară din Mexic, America Centrală și a fost introdusă în zona
Europei în secolul al XVI -lea, fiind cultivată inițial doar ca plantă ornamentală. Planta
constituie una dintre principa lele surse de grăsimi vegetale ce se utilizează în alimentația
omenirii, iar în țara noastră este cea mai importantă sursă de ulei.
De a semenea, floarea -soarelui este și o plantă meliferă . De pe un hectar de floarea –
soarelui se poate obț ine o cantitate de 30 pana la 130 kg de miere.
Floarea -soarelui poate avea ș i întrebuin țări medicinale. Din florile li gulate (care
conțin anticianina, colina, betaina, xantofila ), se obț ine un ex tract alcoolic care se
utilizează î n com baterea malariei, iar tinctura în afecț iuni pulmonare.
La prelucrarea semințelor de floarea -soarelui și după dupa extragerea uleiului din
ele, rezultă turtele și șrotul. Compoziția șrotul deține doar 1% grăsimi , restul este compus
din circa 20% de hidrati de carbon, 3,0-3,5% de fitină, 14% de pectina, calciu, fosfor ,
vitamine de tipul B și alte substanțe importante. Turtele și șrotul se folosesc în special ca
nutrețconcentrat pentru animale, dar și î n calitate de component proteic la obținerea unor
furaje. Un kg de șrot conține 1,02 unități nut ritive și 363 g de proteină digestibilă. Proteina
șrotulu i de floarea -soarelui este alcătuită prepon derent din aminoacizi esențiali [12].

3.2. Procesul tehnologic de obținere a uleiului de floarea -soarelui
Operațiile principale ce sunt realizate pe parcur sul procesului tehnologic de obținere
a uleiului de floarea – soarelui sunt: recepția cantitativă și calitativă, depozitarea materiilor
prime, curățirea semințelor de floarea – soarelui, uscarea semințelor de floarea – soarelui,
descojirea, măcinarea, prăj irea (tratament hidro -termic), presarea, extracția cu dizolvanți și
recuperarea dizolvantului, și rafinarea uleiului brut obținut.
Recepția semințelor de floarea – soarelui se face cantitativ și calitativ la intrarea în
fabrică. Caracteristicile calitative ale semințelor de floarea – soarelui destinate
industrializării sunt conținutul de corpuri străine/impurități și conținutul în umi ditate.
Floarea -soarelui este un organism viu , iar în timpul depozitării semințele acestei
plante respiră. Intensitatea respirației este influențată de umiditatea masei de semințe și de

49
temperatură. Creșterea temperaturi are efect benefic asupra respira ției până la 40 0C. Peste
această temperatură sau cu cât crește temperatura, semințele nu mai respiră. Umiditatea la
care se intensifică respirația poartă d enumirea de ”umiditate critică”. Valoare umidității
critice pentru semințele de floarea – soarelui este de 6-7%. În cazul în care umiditatea
depășește peste aceste valori, intensitatea respirației crește și se poate produc ce faza de
germinare când semințele devin seci, prin consumul de proteine și ulei, devenind
neutilizabile.
Pentru a evita aceste imperfecțiuni se execută [11]:
precurățirea sau curățirea inițială, înainte de depozitare prin care se eliberează circa
50% din impuritățile inițiale;
postcurățirea în urma căreia conținutul de impurități se reduce la 0,3 – 0,5%.
De asemenea, p entru evitarea acestor defecte se aplează la separatoare de impurități, unul
dintre el fiind separatorul de impurități pe bază de aspirator ce se regăsește în figura 3. 1.

Figura 3.1 . Separatator impurități pe bază de aspirator [12]

Uscarea semințelor are ca scop încetini rea proceselor chimice, hidrolitice și
biochimice, ce se petrec în timpul depozitării și de a împiedica germinarea și încingerea
lor. În timpul procesul ui de uscare, apa este transportată din interiorul semințelor la
suprafața exterioară a acestor a, de unde este preluată cu ajutorul unui agent de uscare.
Temperatura masei de semințe nu trebuie să fie mai mare de 70 °C. Transportul apei din
interiorul seminței spre exterior este un fenomen complex la care participă , în proporții
diferite în funcție de natura semințelor, mai multe procese cum ar fi difuzia și curgerile
capilare. Modul de transmitere a căldurii este un factor important în uscarea semințelor .În
industrie se apelează la transmiterea căldurii prin conduc ție,convecție sau simultan prin
ambele metode. În fabricile de ulei, uscarea se dolosește de obicei la cel mult o treime din

50
materiile prime , astfel uscarea capătă un caracter preponderent tehnologic. Operația de
uscare se execută cu ajutorul utilaje lor de tipul: uscătoare rotative, coloană de uscare etc.
Un tip de uscător este prezentat în figura 3.2.

Figura 3.2.Uscător pentru semințe de floarea -soarelui cu o capacitate de 35tone/oră funcție
de umiditate [12]
Pentru obținerea unui ulei natural se renunță la etapa de rafinare, semințele de
floarea – soarelui sunt presate la rece de unde rezultă un ulei presat la rece care supus
filtrării se va obține uleiul natural, și șrotul cu un conținut de ulei de până la 8 – 11% [11].
Privind strict morfoan atomic , semințele oleaginoase au în componență coaja care
deține un conținut ridicat de celuloză și alcătuiește un material nedorit atât în procesul de
prelucrare , dar și în compoziția deșeurilor de prelucrare. Din acest motiv se recomandă
înlăturarea cojii prin intermediul operației de decorticare sau descojire.
Descojirea are un efect benefic asupra modului de desfășurare a procesului
tehnologic de obținere a uleiului brut astfel [11]:
capacitatea de prelucrare zilnică a instalațiilor folosite crește ;
uzura utilajelor se diminuează , în mod particular a valțurilor și a preselor;
pierderile de ulei în șrot se reduc ;
Dar pe lângă avantaje, descojirea prezintă și unele dezavantaje:
pierderile de ulei în miezul antrenat cu coaja;
necesită instalați i suplimentare care să execute această operație;
un consum mare de energie .
Pentru ca operația de descojire să decurgă cum trebuie este recomandat să se lase
în miez un procent de coajă (aproximativ 8% la floarea -soarelui) . Acest procent de coajă
are rolul de a asigura cele mai bune condiții de presare și extracție. De regulă , după ce
coaja se separă de miez, în coajă mai rămâne și un procent de miez, în jur de 0,5% la
floarea -soarelui.

51
Procesul de descojire se realizează practic în 2 faze destinate și anume:
separarea și detașarea cojii de miez;
separarea cojilor din amestecul obținut .
Semințele de floarea -soarelui se descojesc prin lovire. Această operație se desfășoară
prin intermedi ul tobei de spargere (figura 3.3) [12].

Figura 3.3. Toba de spargere
1-suprafa ța cilindrică, 2-ax, 3-rozete, 4-palete, 5-grătar de spargere, 6- grăunțar,
7-mecanism [12].

În figura 3.4 este prezentat separatorul de coji.

Figura 3.4. Separator de coji
1-cadru de susținere, 2-toba de spargere, 3-cadru cu site, 4-ax cu excentric, 5-site,
6-ventilator, 7-camera de aspirație, 8-canale de aspirație [12].
Măcinarea este operația de o importanță deosebită în procesul de pregătire pentru
extragerea uleiului, prin aceasta se realizează rupere a membranelor și destrămarea
structurii oleoplasmei celulare care conține ulei. Din celule le deschise uleiul se poate

52
extrage ușor prin presare, în timp ce, din celulele închise uleiul se poate recupera doar prin
extracți e cu dizolvanți .
Măcinarea este influențat ă de umiditatea semințelor și de conținutul de ulei. Dacă
semințele au o umiditate normală măcinare a se realizează fără impedimente , iar măcinătura
este sfărâmicioasă și pulverulentă. În cazul în care umiditatea semințelor crește, acestea
devin plastice, măcinarea este îngreunată , iar măcinătura este cleioasă conducând la o
presare și extracție mai dificile , deci mărind pierderile de ulei în șrot. Semințele care au un
conținut ridicat de ulei, la măcinare se separă o cantitate mai mare de ulei ce nu mai poate
fi absorbit în totalitate și rezultă o măcinătură cleio asă și pierderi de ulei în șrot [12].
Din semințele măcinate extragerea uleiului se poate realiza prin presare și extracție
cu dizol vanți (la semințele de floarea -soarelui, foarte bogat în ulei).
În fabricile de ulei se supun măcinării materiile prime uleioase , turtele de presă și
șrotul obținut în operația de extracți e, acesta din urmă se utilizează doar dacă este necesar.
Pentru operația de măcinare se utilizează valțurile , concasoarele și morile cu ciocane.
Prăjirea (tratamentul hidrotermic ) are rolul de a modifica proprietăților fizico -chimice ale
componentelor măcinăturii pentru a rezulta un randament cât ma mare la presare. Aceasta
se resimte mai intens la materiile prime care au un conținut de ulei peste 25% unde nu este
realizabilă recuperarea uleiului doar prin extracție cu dizolvanți ci se impune o presare
prealabilă. Prăjirea precedată de extracție deține rolul de a obține o plasticitate în vederea
prelucrării la valțur ile de aplatizare în paiete stabile , fine, poroase, care să nu se caseze în
extractor și să capete o struc tură internă favorabilă extracț iei cu dizolvant.
Condițiile optime de prăjire și parametr ii tehnici în cazul seminței de floarea –
soarelui [12]:
presiunea aburului: 4-5 kgf/cm² ;
timpul de prăjire : 40 – 45 min;
umiditatea măcinăturii : inițială: 8 – 9%,finală la ieșirea din prăjitor: 5 – 6 %;
temperatura finală la ieșirea din prăjitor: 115-120 °C;
stratul de măcinătură să aibă grosimea : 260 cm.
Acești parametrii trebuie controlați și menținuți în limitele optime.
Prăjirea se realizează în prăjitoare cilindrice compartimentate, multietajate, de largă
răspândire fiind cele cu 5 – 6 compartimente.

53
Presarea măcinăturii oleaginoase prăjite este operația tehnologică de separare a
uleiului din aceasta ce se realizează cu ajutorul preselor, obtinându -se uleiul brut de presă
și brocken ul. Prin presare este posibilă o separare a uleiului de până la 80-85%, restul
uleiului fiind separat apoi prin extracție cu dizolvanți.Du rata presării trebuie să garanteze
scurgerea unei cantități cât mai mari de ulei, în condițiile date. Timpul de presare depinde
de caracteristicile fizico -chimice ale măcinăturii, de caracteristicile constructive și
funcționale ale presei și de grosimea brochenului la ieșirea din presă. Durata presării poate
varia între 40 și 200 secunde.
Această operație se realizează cu ajutorul preselor, care după construcția lor pot fi
hidraulice s au mecanice (cu melc, figura 3.6 .) [12].

Figura 3.5 . Utilaj de prăjire -presare [12]
1 – șnec de alimentare; 2-șnec de inactivare; 3-prăjitor; 4-presă mecanică; 5-reductor; 6-
burlan de alimentare; 7-tub de scurgere a măcinăturii prăjite; 8-evacuare brochen; 9-tuburi
de aspirație; 10-burlan de evacuare vapori; 11-scurgere condensat; 12-registru de reglare a
alimentării.

În prezent, presele mecanice prezintă o serie de a vantaje față de cele hidraulice.
Figura 3.5 . reprezintă un utilaj de prăjire -presare [12].

54

Figura 3.6 . Presă mecanică cu melc [12]
1-suporturi din fontă, 2, 3 – suporturi verticale, 4-reductor, 5-roata de acționare, 6, 7- roți
dințate, 8, 9-ax, 10-lagăr de presiune, 11-cuplaje, 12-ax cușurub elicoidal, 13-camera de
presare, 14-dispozitiv de reglare, 15-placăde tablăînclinată, 16-jgheab colector .

În etapa de extracție se realizează primordial extracția cu dizolvanți și apoi are loc
recuperarea dizolvantului.
Prin extracție cu dizolvanți măcinătura, care anterior a fost supusă unor operații
tehnologice de pregătire, este degresată. Pentru extracție, materialul oleaginos se amestecă
cu dizolvant ul, timp în care uleiul și dizolvantul formează împreună miscela, rezultatul
extracției , adică materialul degresat, reprezintă șrotul.
La floarea – soarelui se realizează extracția cu dizolvant la brokenul rezultat în
urma presării. Dacă brokenul de floarea – soarelui are un conținut de ulei de 18 – 22%
acesta se pregătește prin prăjire și paietare, înainte de extra cție. Dacă conținutul de ulei în
broken este de doar 13 – 14% atunci se pregătește doar prin măcinare. Din grupa
hidrocarburilor alifatice, cel mai utilizat dizolvant este benzina de extracție. Cele mai
utilizate extractoare sunt cele tip cu bandă ”De Smet”, extractorul rotativ cu sită fixă (tip
Carusel), extractorul rotativ cu sită rabatabilă (tip Rotocel), extractorul cu coșuri.
În urma extracției uleiului rămân cantități considerabile de dizolvant care trebuie
recuperat atât în miscelă, cât și în șrot. La ieșirea din extractor în miscelă rămâne o
concentrație de ulei ce variază între 14 – 35%, funcție de instalația folosită. Recuperarea
dizolvantului se face prin distilarea miscelei pe principiul de bază privind volatilitatea
diferită a componentelor din amestec. Metoda constă în încălzirea amestecului la
temperatura de fierbere a benzinei, când aceasta se evaporă, fiind recuperată ulterior.

55
Pentru a păstra calitatea uleiului, care se deprecia prin distilare, s-a redus timpul dar și
temperatura de distilar e.
Recuperarea dizolvantului din miscelă se realizează în două faze și anume
predistilarea și distilarea finală.
Recuperarea dizolvantului din șrot: după extracție, în măcinătur a epuizată în ulei,
(adică în șrot), rămâne o cantitate mare de dizolvant, reținut în capilarele particulelor și la
suprafața acestora, variind între 25 și 50%. Pentru că dizolvantul prezent în șrot este
alcătuit , în general , din fracții ușoare, el se poate înlătura prin încălzirea șrotului. Parte a
dizolvantului, compusă din fracții grele se poate îndepărta prin introducerea direct ă în
instalație a aburului supraîncălzit. Recuperarea dizolvantului din șrot în instalațiile cu
funcționare continuă are loc în uscătoare cu melc sau în toastere. În figura 3.7 este
prezentată schema tehnolgică de prelucrare a semințelor de floarea – soarelui [12].
Semințe de floarea-soarelui cu 40% ulei,
11% umiditate și 4%impuritați
Precurățire la 2% impurități
Uscare la 7-8%umiditate
Precurățire la 0,5%
impuritățiPresare la rece
Ulei presat la
receȘrot
Filtrare Măcinare
Ulei naturalȘrot cu 8-
11%uleiMăcinare
1/2 -1/3 Descojire
Prăjire la 50-75°C, 30 min
sau 3-5 min în pat fluidizat.
Umiditate7-7,5%Coajă
10-15%
Combustibil
Furfurol
Fertilizant Miez cu 48% ulei
10% coajă
Presare preliminarăPresare finală Aplatizare I
Extracție I
Aplatizare II
Extracție II
ȘrotUlei de
extracție
Hidratare
Centrifugare
Uscare Toastare
Filtrare
Șrot furajer cu
1% ulei
Ulei brut de
extracțieȘrot
Turte Ulei de presă
Curățire
Hidratare
Centrifugare
Uscare
Filtrare
Ulei brut
de presăMăcinare
Șrot cu 5-
7%ulei Aplatizare la 0,2-0,3 mm
Extracție cu solvențiExtrudare
Ulei de extracție șrot
Hidratare
Centrifugare
Uscare
Filtrare
Ulei brut de
extracțieToastare
Șrot furajer cu
1% ulei
Figura 3.7 .Schema tehnologică de obținere a uleiului brut de floarea -soarelui [13]

56
3.3. Rafinarea uleiului de floarea -soarelui
Producerea industrială a uleiurilor alimentare a început pe la sfârșitul secolului al
XIX-lea. La început, se făcea doar extracția uleiului, fără rafinare. Nevoia de rafinare a
apărut în urma constatării faptului că uleiul își schimbă proprietățile în timp . Odată cu
producerea margarinei, nevoia de rafinare a uleiului a devenit și mai mare.
Uleiul este un lichid gras de proveniență vegetală, animală, minerală sau sintetică,
insolubil în apă și mai ușor decât aceasta folosit în alimentație, în industrie. Ul eiul vegetal
este un amestec de trigliceride și acizi grași, fluid la temperatură medie.
Uleiul brut este alcătuit din componenți majori, esteri ai acizilor grași cu glicerină
numiți și acilgliceroli sau trigliceride și care reprezintă 92 -95% din masa uleiului,
componenți minori (0,3 -2%) și până la 3% fosfolipide. Aciltriglicerolii sunt cei mai
valoroși, dar uleiul conține și mici cantități de di – și monoacilgliceroli, nedoriți. Unii
componenții minori (tocoferoli, steroli, pigmenți) fie sunt de dorit, fie cel puțin nu
deranjează. Alți componenți minori sunt contaminanții sau impuritățile, de asemenea de
nedorit, astfel că în procesul de rafinare, ei trebuie îndepărtați [11-14].
Pentru rafinarea uleiului există două opțiuni: rafinarea chimică (clasică al calină) sau cea
fizică.
Rafinarea chimică constă în principal în degumarea cu apă, neutralizarea acizilor
grași trans cu soluții alcaline, urmată de decolorare și dezodorizare.
Rafinarea fizică constă în degumarea cu apă, urmată de o degumare suplimentar ă,
cu acid, urmată de decolorare și deacidificare fizică concomitent cu dezodorizarea. Față de
rafinarea chimică, ea are avantajul că nu produce deșeuri de tipul săpunurilor.
Din ambele tipuri de procese, rezultă ulei rafinat și deșeuri: din rafinarea chi mică se
obține un amestec de săpunuri și sodă uzată, iar din rafinarea fizica se obțin gume acide; în
ambele variante se mai obțin gume cu caracter neutru, pământ decolorant uzat și un distilat
de la operația de dezodorizare. Managementul acestor deșeuri e ste o mare problemă, în
condițiile unei legislații de mediu restrictive, iar acest aspect este cel care influențează
decizia, atunci când se optează pentru un proces fizic sau chimic. În figura 3.8 este
prezentată schema generală de rafinare a uleiului bru t, cuprinzând atât etapa fizică cât și
cea chimică [12].

57

ULEI BRUTRAFINARE FIZICĂ RAFINARE CLASICĂ ALCALINĂ
DEGUMARE SAU
DESMUCILAGINARE
RĂCIRE ÎN VEDEREA
DECERUIRII LA
SUPERDEGUMARE
SUPERDEGUMARE
TRATAMENT CU ACID
DECERUIRE PRIN
DESMUCILAGINARE
LA RECE
NEUTRALIZARE
DECERUIRE PRIN
CENTRIFUGAREA DOUA NEUTRALIZARE
SPĂLARE
USCARE
DECOLORAREP-35
P-36
FILTRARESUPERDECOLORARE
FILTRARE
DISTILARE
NEUTRALIZANTĂDECERUIRE PRIN
CRISTALIZARE ȘI FILTRARE
DEZODORIZAREHIDROGENARE-FILTRARE
DECERUIRE(POLISARE)
FINALĂDECERUIRE
FINALĂ
ULEI RAFINAT
Figur a 3.8 . Schema tehnologică generală de rafinare a uleiurilor vegetale [13]
3.3.1. Degumarea
În ambele tipuri de rafinare, atât în rafinarea chimică cât și în cea fizică, în primă
instanță se face îndepărtarea gumelor cu ajutorul apei. În absența operației de degumare, în
uleiul brut se produc depuneri nedorite .
Gumele au o compoziție ne definită pe deplin , dar conțin în majoritate fosfatide,
substanțe albuminoide, precum și cantități mai mici de zaharuri care fermentează, rășini,
sterine, etc [12]. Operația de degumare a uleiului este utilă deoarece existența gumelor
afectează negativ conservabilitatea uleiului , prin hidratare parțială produc tulbureală în
timpul depozitării, determină spumarea uleiului, inhibă catalizatorii și prin proprietățile lor
caracteristice unor emulgatori, măre sc pierderile de ulei rafinat [12 ].
Cea mai accesibilă metodă de înlăturar e a gumelor este tratamentul cu apă. În
majoritatea procedeelor industriale moderne, nu s -a renunțat la această degumare dar s -au

58
adus unele îmbunătățiri. În principiu, procesul constă în îndepărtarea fosfolipidelor
(fosfatidelor) din uleiul brut, prin adă ugarea de apă fierbinte (80 – 85 oC), amestecarea cu
agitare a uleiului cu apa timp de 20 minute. Operația se mai numește și „hidratare”.
Unele fosfatide se dizolvă în apă, altele, prin hidratare devin insolubile și precipită;
este vorba despre așa – zisele fosfolipide nehidratabile (NHP) . La degumarea cu apă, sunt
îndepărtate atât fosfatidele solubile în apă cât și cele care precipită, ele aglomerându -se la
interfața apă -ulei. Totuși, gumele nu sunt îndepărtate complet, prin tratare cu apă. Gumele
separa te astfel se constituie în materie primă pentru producerea lecitinei comerciale [ 12].
Modul de realizare a dispersiei în apă nu influențează eficiența degumării. Se poate
efectua un tratament suplimentar cu un hidrogel sintetic , ceea ce va conduce la o
îndepărtare mai avansată a NHP dar și la înlocuirea parțială a pământului decolorant, la
albire.
Pentru creșterea eficienței degumării, o parte din fosfatidele insolubile în apă pot fi
îndepărtate prin adăugarea unui agent de chelatare, o sare a acidului e tilen diamin
tetraacetic (EDTA). În acest caz, realizarea unei dispersii fine a soluției apoase în ulei este
foarte importantă pentru cinetica procesului. Degumarea în prezența EDTA poartă numele
și de „degumare blândă” [ 12].
Degumarea acidă sau condițio narea cu acid [ 12] este o altă metodă modernă de
îndepărtare a fosfatidelor nehidratabile (NHP). Degumarea se face cu acid fosforic, cu acid
citric sau cu acid maleic. Acidul disociază fosfatidele, eliberând acidul fosfatidic (PA) și
săruri de Ca sau Mg. Acești componenți se vor adsorbi ulterior pe pământ decolorant. De
asemenea, acidul fosforic sau acidul citric poate forma complecși cu fosfolipidele,
albuminoidele care precipită în flocoane și care prin adaos de apă caldă își măresc
volumul, putându -se separa apoi prin centrifugare. Eficacitatea operației depinde de:
temperatura de lucru, natura și cantitatea agentul ui. Degumarea acidă se face în cadrul
rafinării fizice. Ea poate fi urmată sau nu de degumarea cu apă. Se poate aplica uleiurilor
care conțin concentrații relativ mici de fosfatide insolubile în apă. Procesul are loc la 90 –
100oC, asupra uleiului brut sau degumat cu apă. Soluția de acid trebuie să fie concentrată
(75-80%), iar c antitatea să fie bine controlată, deoarece excesul de acid nu se adsoarbe pe
pământul decolorant și ulterior, creează probleme prin hidroliză sau poate conduce la
fosforilarea mono – și digliceridelor. Excesul de acid nu poate fi eliminat cu carbonat de
calciu, deoarece aceasta ar putea conduce la inversarea reacției de degumare, cu refacerea
fosfatidelor insolubile în apă (NHP). Acidul în exces se diluează cu apă, pentru a evita

59
reacțiile nedorite. Conform unei tehnologii de degumare mai moderne, adoptată de
licențiatorul Unilever, degumarea cuprinde și o etapă de răcire la 40oC care asigură un
conținut scă zut de fosfor rezidual în ulei [12].
Degumarea enzimatică folosește enzime specifice, fosfolipazele, pentru
îndepărtarea anumitor fosfatide insolubile în apă, fiind un proces biochimic în care aceste
fosfatide sunt aduse în apă prin transformarea lor în liso -compuși, sub acțiunea enzimelor:
acidul lisofosfatidic (LPA) și lisofosfatidetanolaminele (LPE); ca și în cazul degumării
blânde, la degumarea enzim atică este de mare importanță realizarea unei dispersii fine a
apei în ulei [12].
Microfiltrarea prin membrane polimerice este o opțiune la degumarea clasică. Într –
un studiu de laborator [ 14], s-au făcut încercări pe membrane sandwich dezvoltate de Nitto
Denko Corporation din Japonia ( NTGS -1100 și NTGS -2100) ; ele au un strat activ de
silicon, între două straturi -suport, unul de polisulfonă și unul de poliimidă. Acest tip de
membrane resping selectiv fosfolipidele, lăsând să treacă uleiul. Procesul de filtr are se
desfășoară la 40oC și 2 -3 MPa. Fosfolipidele sunt îndepărtate cu un randament de peste
96%, chiar și la timp îndelungat de funcționare. Există însă impedimente de natură tehnică
și economică, legate mai ales de capacitatea mică de prelucrare a membr anelor, costul lor
ridicat și de costurile de mentenanță care stau în calea aplicării industriale. Totuși,
procesele de membrană câștigă din ce în ce mai mult teren în industria alimentară [14].
3.3.2. Neutralizarea cu soluție alcalină
Uleiurile brute au ca substanțe de însoțire acizi grași liberi, rezultați din scindarea
tricliceridelor în timpul depozitării sau prelucrării semințelor oleaginoase. Deoarece
aciditatea liberă a uleiurilor vegetale este limitată prin norme de calitate, est e necesară
eliminarea acidității libere excedentare [14 ].
Neutralizarea alcalină constă în următoarele etape: reacția propriu -zisă, separarea
”soapstock”, spălarea uleiului pentru eliminarea urmelor de săpun și uscarea uleiului.
Agenții neutralizanți sunt NaOH și Na 2CO 3.
Instalațiile de neutralizare funcționează în flux continuu, cu cele de
desmucilaginare, permițând diferite scheme, funcție de caracteristicile uleiului brut, în
prealabil și anume [12]:
Tratament cu acid fosforic direct în rezervorul de ulei hidratat → neutralizare
”long -mix” → una sau două spălări → uscare;

60

Desmucilaginare acidă → neutralizare ”short -mix” sau ”long -mixt” → două spălări
→ uscare;
Desmucilaginare acidă → neutralizare în două etape ”long -mixt” sau ”short -mix”
→ două spălări → uscare;
Neutralizare I ”long -mix” → prima spălare → tratament acid → neutralizare II
”long -mix” → a doua spălare → uscare.
Reacția cu hidroxid de sodiu este instantanee și are loc la suprafața picăturii de leșie
cu formarea unei pelicule monomoleculare de săpun, în care se absorb și impuritățile aflate
în ulei, de unde și caracterul de rafinare al neutralizării. Globulele de l eșie cu pelicula de
săpun se asociază între ele sub formă de ”soapstock”. La neutralizare, pe lângă
neutralizarea acizilor grași liberi, poate avea loc și o saponificare a trigliceridelor, deci o
pierdere de ulei. În plus, ”sopastock -ul” antrenează și ulei neutru. Cantitatea de ulei
saponificat și de ulei neutru antrenat în ”soapstock” este cu atât mai mică cu cât structura
”soapstock -ul” este mai puțin stabilă și cu cât condițiile de emulsionare sunt mai puțin
favorabile (regim de curgere, temperatura), fo sfatidele având rol de emulgator ca de altfel
și săpunurile formate.
Hidroxidul de sodiu este eficace, ieftin, dar agresiv față de uleiul neutral la
temperaturi mai ridicate.
Carbonatul de sodiu este mai puțin eficace și necesită un regim de temperatur ă bine
controlat pentru a împiedica formarea de CO 2, însă este mai puțin agresiv față de uleiul
neutral.
Procesul de rafinare se poate termina după neutralizarea cu soluție alcalină și
spălare, finisarea făcându -se prin uscare sub vid [12]. Spălarea are ca scop eliminarea
completă, prin dizolvare, a resturilor de sopastock rămas în ulei, după separarea prin
centrifugar. După spălare apa este supusă decantării în vederea recuperării uleiului
antrenat, și apoi este deversată la canal. Uscarea este operația necesară deoarece uleiurile
neutralizate cu soluții alcaline, după spălare, pot conține până la 0,5% apă. Uscătoarele
folosite sunt aparate cu funcționare continuă, eliminarea apei fiind realizată în instalațiile
de neut ralizare sub acțiunea vidului [12 ].

61
3.3.3. Winterizare
Winterizarea numită și deceruire se aplică după neutralizare, pentru îndepărtarea
așa-numitelor „cerùri”, esteri ai acizilor grași cu alcooli cu catenă lungă. Aceste cerùri
conferă o vâscozitate mare anumitor uleiuri, în special la temperaturi mai scăzute, iar la 15 –
20o C se petrece tulburarea datorată solidificării acestor compuși. Deci este necesară
îndepărtarea lor, pentru corectarea vâscozității și evitarea tulburării, astfel condiționându –
se uleiul pentru depozitare și utilizare în sezonul rece.
Procesul constă în răcirea uleiului până la temperatura de cristalizare a cerùrilor și
apoi separarea cristalelor într -un separator centrifugal. În principiu, winterizarea constă în
cristalizarea gliceridelor solide și a cerurilor, urmat ă de separarea acestora prin filtrare, de
ulei. Separarea gliceridelor solide și a cerurilor este cu atât mai completă, cu cât
temperatura la care se fac cristalizarea și filtrarea este mai mică, 5 – 7 oC . Cristalizarea
poate avea loc spontan sau prin int roducerea în ulei a germenilor de cristalizare, pentru a
scurta timpul alocat acestei operații. Drept germeni de cristalizare, se utilizează kiselgur
sub formă de praf fin, pe care se aglomerează microcristale de gliceride și ceruri,
obținându -se, ca urmar e, cristale de dimensiuni mai mari. După cristalizare, uleiul este
încălzit la temperatura de 12 – 16 oC și se filtrează. La această temperatură, viteza de
filtrare este satisfăcătoare, iar cristalele formate nu se dizolvă.
Procesul se aplică în combinaț ie cu neutralizarea cu soluții alcaline, deoarece la
winterizare este necesară adăugarea unei mici cantități de sodă caustică pentru a forma
puțin săpun ce aici joacă rol de legătură între cerùri și apă, ușurând separarea ulterioară.
Apoi, uleiul se încălz ește, spălându -se cu apă urmele de săpun din acesta [ 14].
Procesul se poate introduce în schema tehnologică îninte sau după albire și
dezodorizare. Atunci când se utilizează germenii de cristalizare, winterizarea se face
înainte de dezodorizare, pentru a elimina în faza de dezodorizare gustul străin introdus prin
folosirea kiselgurului.

3.3.4. Decolorarea
Uleiurile alimentare trec printr -un proces de decolorare (albire) care este menit să
îmbunătățească aspectul uleiului, conferindu -i o culoare deschisă , strălucitoare și un aspect

62
limpede și în cursul căruia se realizează totodată îndepărtarea unor impurități dăunătoare
sănătății, unele dintre acestea provenite din etapele anterioare de prelucrare. Astfel, în
această etapă se îndepărtează clorofila, fosf atidele reziduale, unii produși de oxidare, unii
pigmenți, metale și săpunuri.
Procesul de decolorare are o mare importanță și pentru că în timpul său, se rețin
compușii reziduali cu fosfor, tendința de calitate a uleiului alimentar fiind de a scădea
conținutul de fosfor de la max.15 ppm la max. 5 ppm, iar la uleiul pentru salată chiar sub 2
ppm.
Uleiul este tratat cu un adsorbant numit și „pământ decolorant”. Capacitatea de
adsorbție a acestui material este dată de structura mineralogică, mărimea particulelor,
porozitatea și distribuția mărimii porilor, suprafața specifică și numărul centrilor acizi de
pe suprafața particulelor. Dintre „pământuri”, sunt utilizate, de exemplu, bentonita,
attapulgita și sepiolita, singure sau în amestec. Pământurile găsite în natură trebuie activate
prin tratament cu acizi. Activarea se poate face direct asupra adsorbantului sau indirect,
prin acidifierea uleiului.
Procesul de adsorbție se petrece la suprafața particulelor de adsorbant, prin forțe
fizice Van der Waa ls, prin adsobție chimică dar și prin difuziune în interiorul porilor. După
adsorbția chimică (chemosorbție), pe suprafața adsorbantului, pe centrii acizi, se petrec
reacții chimice catalizate de acesta. Astfel, peroxizi sunt reduși la compuși volatili cu
oxigen. La încălzire și sub influența oxigenului, pe suprafața pământului decolorant,
pigmenții își schimbă culoarea și apoi sunt fixați pe adsorbant, prin legături mai puternice
sau mai slabe. Pigmenții de culoare roșie sunt mai greu de îndepărtat și pers istă în ulei
chiar și după albire.
Factorii principali care afectează eficiența procesului de albire sunt: temperatura,
timpul de contact, umiditatea uleiului și presiunea de operare.
Temperatura procesului este în domeniul 90 -125 oC, uzual. Ea se mențin e ridicată,
pentru a scădea vâscozitatea uleiului, o proprietate foarte importantă în transferul de masă.
De asemenea, temperatura crescută va mări viteza diferitelor reacții ce au loc la suprafața
adsorbantului precum va avea un efect benefic și asupra ci neticii procesului de adsorbție,
având însă un efect negativ asupra echilibrului termodinamic al procesului de adsorbție.

63
Temperatura nu trebuie să depășească în nici un caz 125 oC, deoarece ar fi afectate negativ
culoarea și stabilitatea la oxidare a ulei ului.
Timpul de contact variază între 15 și 45 minute; în principiu, cu cât este mai lung
timpul de contact, cu atât eficiența procesului ar trebui să fie mai bună; totuși, după
atingerea echilibrului de adsorbție, este inutil să se prelungească timpul de contact. Astfel,
cele mai multe procese operează între 20 și 30 minute.
Umiditatea uleiului care intră la albire se datorează spălării de după faza de rafinare
acidă sau bazică. Ea variază între 0,05 și 0,35% masă apă și are un efect benefic până la un
punct: îndepărtarea săpunurilor, a clorofilei și a fosforului sunt favorizate de umiditatea
uleiului. S -a stabilit că nivelul optim de umiditate este de 0,20 -0,30%.
Presiunea de operare poate fi cea atmosferică dar s -a constatat că este optimă între
50 și 125 mm Hg (presiune absolută), în primul rând pentru că apa va fi eliminată din
sistem dar și pentru că în acest fel se elimină și o bună parte din oxigenul care ar intra în
reacții nedorite cu pigmenții, rezultând compuși roșii care se îndepărtează cu dif icultate pe
pământul decolorant.
3.3.5. Dezodorizare a
Dezodorizarea are drept scop îndepărtarea acelor compuși volatili care dau un
miros specific uleiurilor vegetale, miros care în timp, sub acțiunea factorilor externi, se
poate modifica, devenind neplăcut. În această fază tehnologică, se îndepărtează și acizi
grași liberi, dacă aceștia nu au fost îndepărtați anterior, prin rafinare alcalină. Această
operație este obligatorie pentru uleiurile comestibile obținute prin presare și extracție.
Substan țele care produc gustul și mirosul uleiurilor se pot grupa astfel:
substanțe naturale, care imprimă mirosul și gustul caracteristice uleiurilor și
grăsimilor proaspete. Din această grupă de substanțe fac parte terpenele, precum și
unii compuși cu gust amar sau înțepător din uleiurile de crucifere (rapiță, muștar);
substanțe formate prin alterarea materiilor prime sau a uleiului în timpul
depozitării, al transportului și al prelucrării. În această grupă se regăsesc: acizii
grași liberi, formați prin hidroliz a grăsimilor, dintre care cei inferiori (butiric,
capronic, izovalerianic etc.) au un miros înțepător; aldehidele și cetonele rezultate
din degradarea grăsimilor, oxidarea terpenelor, etc.;

64
Alte modificări de gust și miros se înregistrează după anumite faz e de prelucrare, ca de
exemplu, mirosul de ars (care apare la supraîncălzirea semințelor în timpul prăjirii),
mirosul de benzină datorat urmelor de solvenți din uleiurile brute de extracție, gustul de
săpun, dacă săpunul nu este bine eliminat la spălare, g ustul de pământ (la utilizarea unor
cantități prea mari de pământ de albire sau la depășirea duratei de contact prescrise între
pământ și uleiul albit).
Toate acestea contribuie la formarea buchetului uleiului nedezodorizat. Pe lângă
substanțele specifica te înainte, în uleiuri se mai găsesc anumite substanțe care nu modifică
gustul și mirosul, cum ar fi tocoferolii, sterinele, substanțe care se elimină prin
dezodorizare.
În principiu, dezodorizarea se face la temperaturi de peste 200 oC, în prezența
aburu lui (stripare), menținând contactul dintre ulei și abur un timp suficient de lung pentru
ca acești compuși să se volatilizeze [14].

65
CAPITOLUL 4. TENDINȚE MODERNE PRIVIND UTILAJELE DE TRANSFER
DE CĂLDURĂ
4.1. S chimbătoare de căldură cu plăci
4.1.1. Introducere
Potrivit lui Thulukkanam, schimătorul de căldură cu plăci a fost inventat de
Richard Selingman în 1923. Dacă la început , schimbătoarele de căldură cu plăci au fost
utilizate din motive igienice în domenii precum industria laptelui și i ndustria hârtiei și a
celulozei ; mai târziu ș -au găsit o aplicare mai largă în domeniul încălzirii, ventilației și în
sistemul aerului condiționat. Conform lui Thulukkanam în anii 1990 a fost invetat
schimbătorul de căldură cu plăci brazate, plăcile adiacente ale acestuia sunt sudate, brazate
sau lipite împreună pentru a forma canale de scurgere interioară în locul etanșării cu
garnituri. Atât schimbătoarelor de căl dură cu plăci și garnituri, cât și schimbătoarelor de
căldură cu plăci brazate oferă performanțe termo -hidraulice excelente, sarcina de încărcare
este redusă, iar compactitatea sa este ridicată. Avantajul schimbătoarelor de căldură cu
plăci brazate este acela că este capabil să rezi ste la presiuni ridicate, iar dezavanta jul lor
comparativ cu schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri îl reprezintă curăța rea
mecanică mult mai dificilă [15 ].
Schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri sunt acum frecvent utilizate într -o
gamă l argă de procese chimice și alte aplicații industriale cu o atenție deosebită din partea
industriei alimentare din mai multe motive cum ar fi: utilitatea în aplicații igienice, ușurința
de curățare și controlul termic necesar pentru sterilizare și pasteuriz are. De asemenea,
schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri prezintă caracteristici excelente de transfer
de căldură care permit modele mai compacte decât cele realizate cu schimbătoare de
căldură convenționale și cu tuburi.
Prezintă totodată avanta jul unei suprafețe foarte mari într -un volum mic și pot fi
modificate pentru diferite cerințe prin simpla creștere sau micșorare a numărului de plăci
necesare. Cu aceste avantaje, împreună cu progresele tehnologiei materialelor sub formă de
materiale rezis tente la temperatură și presiune pentru plăcile de garnitură sau grafit, acum
este posibilă utilizarea acestei clase a schimbătorilor de căldură în mod corespunzător
pentru procesele chimice. Chiar dacă schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri sunt
utilizate în cea mai mare parte în cazul lichid – lichid , transfer ul de căldură necesită o

66
încălzire uniformă și rapidă sau răcire. Există o tendință de creștere a utilizării
schimbătoarelor de căldură cu plăci în evaporare și condensare pentru conversia energiei
vegetale. Pe de altă parte, principalul dezavantaj al schimbătoarelor de căldură cu plăci este
limita din intervalul său operațional în care presiunea maximă de funcționare este limitată
la 20,4 bari și temperatura de f uncționare la aproximativ 150 °C. Aceste condiții de
funcționare pot fi extinse la circa 40,8 bar și la 800 ° C în lamele de tip schimbător de
căldură cu plăci, dar care nu au flexibilitatea plăcii de garnitură [15].
Schimbătoarele de căldur ă cu plăci sunt utilizate în industria energetică, cum ar fi
sisteme de încălzire urbană, sisteme de răcire prin absorbție și sisteme de producție a
energiei electrice. Controlul eficient al schimbătorului d e căldură cu plăc i este o problemă
esențială pent ru sporirea performanțelor dinamice ale proceselor implicate în schimbătorul
de căldură cu plăci. În sistemele de încălzire urbană la scară largă, schimbătoarele de
căldură cu plăci sunt componente esenția le în controlul ieșirilor de căldură în rețele le
secundare . Controlul eficient al schimbătorului de căldură cu plăci îmbunătățește răspunsul
dinamic și îmbunătățește stabilitatea sistemului de control. Modelarea matematică este una
dintre metodele cele mai eficiente de investigare a caracteristicilor di namice și a
performanțelor de control a le schimbătoarelor de căldură cu plăci.
În literatură, abordările privind modelare a numerică au fost studiate pe larg și
aplicate la controlul schimbătorului de căldură și la analiza funcționării acestuia . Modelul
termic dinamic al unui schimbător de căldură cu debit încrucișat a fost stabilit și rezolvat
numeric pentru a prezice răspunsul tranzitoriu pentru analiza de operare a intrări lor
variabile multiple [16 ].
Două dintre categoriile principale de schimbatoare de căldură sunt: schimbătorul de
căldură cu transmitere directă a căldurii și schimbătorul de căldură cu transmitere indirectă
a căldurii. În primul caz, cele două medii care schimbă căldura sunt în contact direct (ex.
turnuri de răcire). În cel de -al doilea caz, cele două medii între care se schimbă căldura
sunt separate de un perete ca o placă în interiorul schimbătorului de căldură. Pentru
schimbătorul de căldură clasic, designul este cunoscut ca LMTD (Log Mean Difference
Temperature) și NTU (numărul unită ților de transfer). Din cauza acestor inconveniente, î n
proiectarea schimbăto arelor de căldură, se adoptă tehnica de calcul computerizată a
fluidelor dinamice (CF D) [17 ].

67
4.1.2. Model de spați ere și de control al schimbătorului de căldură cu plăci pentru
îmbunătățirea performanțelor dinamice
În literatură, abordările privind modelare a numerică au fost studiate pe larg și
aplicate la cont rolul schimbătorului de căldură.
În studiile lui Korzeń și Taler, a fost dat un nou set de ecuații care descrie procesul
de transfer a căldurii tranzitorii în tubul și în schimbătorul de căldură cu flux transversal de
căldură și ulterior a fost rezolvat utilizând metoda volumului finit și s -a obținut o corelare
bună între rezultatele numerice și cele experi mentale. Folosind această tehnică, rezultatele
experimentului arată că metoda de control propusă este mai stabilă comparativ cu
controlerul PID.
Recent, studii privind aplicarea metodelor numerice pentru proiectarea optimă a
căldurii schimbătoarelor au atras atenția . Lyytikäinen a obținut o metodă practică de
modelare a optimizării geometriei schimbătorului de căldură cu plăci prin reducerea
ecuațiilor de la 3D la 2D, ceea ce reduce durata de timp a simulărilor CFD de la ore la
minute. Zhang și colaborator ii au dezvoltat un model care folosește corelațiile transferului
de căldură și a factorului de fricțiune (de curgere ) pentru a evita rezolvarea ecuațiilor
diferențiale parțiale pentru proiectarea optimă a schimbătorului de căldură cu plăci care
reduce în m are măsură sarcina de calcul în comparație cu metoda CFD (Computational
Fluid Dynamics ).
Qiao a dezvoltat un nou model pentru analiza schimbăto arelor de căldură cu plăci și
ganituri cu fluide multiple și configurații cu mai multe treceri, care a fost rezolvată fără a fi
nevoie să se cunoască starea fluidelor în canalele adiacente. În ciuda eficacității tehnicilor
numerice de calcul pentru proiectarea optimă, este dificil de aplicat controlul în timp real
din cauza presiunii computaționale.
În studiile lui Akman și Uygun, a u fost stabilită o schemă de control predictiv a
unui model non -linear al unei rețele de schimbătoare de căldură și rezolvată secvențial cu
un model algebric de optimizare a stării staționare .
González a discutat despre optimizarea și controlul online al unei rețele de
schimbătoare de căldură printr -o structură de control pe două nivele, unde nivelul scăzut
este controlul predictiv al modelului și nivelul ridicat este un optimizator de supraveghere
online. Arbaoui a implementat un algor itm predictiv de control funcțional pe un

68
schimbător de căldură tubular cu flux în contra curent pentru a controla temperatura de
ieșire .
Michel și Kugi au dezvoltat o strategie de control despre transferul de căldură
pentru schimbătorul de căldură cu plăci bazat e pe controlul energiei termice totale stocate
în schimbătorul de căldură și a unui filtru K alman pentru estimarea stărilor .
În această lucrare, se dezvoltă pentru schimbătoarele de căldură cu plăci un nou
algoritm de control, cu un controler robust cu două grade de libertate pentr u a spori
performanța dinamică [16].

4.1.3. Corelarea transferului de căldură pentru fluxul monofazat în schimbătoarele
de căldură cu plăci pe baza datelor experimentale
În 1964, Jackson și Troupe au dezvoltat o corelație a transferului de căldură pentru
fluxul laminar într -un schimbător de căldură cu plăci utilizând ca fluid de lucru un amestec
de apă și sirop de porumb.
Talik și colaboratorii au explorat fluxul monofaz at într -un schimbător de căldură cu
plăci ut ilizând ca lichid de lucru un amestec de propilen glicol – apă cu valoari ale
numărului lui Prandtl cuprinse între 70 -450. Muley și Manglik atestă experimentul celor
din urmă și aplică metoda utilizând trei schimbătoare de căldură cu plăci, iar ca fluid de
lucru optează pentru ulei ul vegetal cu o valoare a criteriului lui Prandtl ce variază între
130-290. Au dezvoltat corelații empirice pentru a calcula numărul lui Nusselt și
coeficientul de frecare și au constat că acestea nu au aplicabilitate generală.
Hayes și Jokar au folosit un lichid de răcire într-un schimbător de căldu ră cu plăci
brazate, datorită vâ scozității reduse a a cestuia compartiv cu un alt amestec de etilenglicol și
apă. Ei au demonstrat că performanța transferului de căldură chiar și în acel ași schimbător
de căldură cu plăci brazate depinde de proprietățile lichidului, în mod special de
vâscozitate. Informațiile privind generalizarea sunt limitate, deoarece fiecare studiu este
realizat în mod selectiv doar pe o anumită geometrie a schimătoare lor de căldură cu plăci,
pe anumite condiții de funcționare, dar și pe fluide diferite. Pentru a cuprinde o gamă mai
largă și a mării sfera cercetărilor astfel încât metoda să devină mai generală și aplicată pe
un domeniu mai larg trebuie luați în consider are atât factorii precedenți (condițiile de

69
funcționare, tipul fluidului, geometria schimbătoarelor), dar și numărul lui Nusselt
împreună cu factorul de fricțiune.
Chiar și cu date mai extinse, gradul în care generalizarea poate fi atinsă este neclar.
Tran sferul de căldură are loc în nouă schimbătoare de căldură cu plăci brazate utilizând un
sistem monofazat compus dintr -un amestec de etilen gliocol și apă cu o valoare a criteriul ui
lui Prandtl între . Datele experimentale obținute sunt utilizate pentru a
aduce completări celor din literatură, așezând astfel o fundație pentru generalizarea
transferul ui de căldură [18].
Experimentul se desf ășoară într -un aparat ce constă din trei zone , o zonă caldă, o
zonă rece și o zonă a răcitorului de lichid. Zona caldă conțin e un încălzitor electric de 6
kW, un rezervor pentru amestecul etilen glicol -apă (cu un volum al tancului de 65%), o
pompă și un debitmetru [18]. În figura 4.1. este prezentată diagrama schemat ică a
instalației.

Figura 4.1. Diagrama schematică a aparaturii experimentale [18]

4.1.4 . Schim bătoare de căldură cu plăci
Schimbătorul de căldură cu plăci are o grosime mare și este caracterizat de o
flexibilitate mai bună comparativ cu alte tipuri de schimbătoare de căldură; fluxurile din
zona de răcire sau încălzire pot crește sau descrește ușor, de aceea este utilizat de o bicei
pentru lucrări de extindere și modernizare.

70
O serie de parametrii au fost revizuiți : structura schimbătorului de căldură cu plăci,
performanța termică, mecanismele de îmbunătățire a transferului de căldură, precum și
avantajele și limitările schimbătorului de căldură cu plăci. Oțelul ondulat din care este
confecționat schimbătorul de căldură funcționează eficient atât în fază monofazată, cât și în
zona c u două faze , însă regiunea de curgere cu două faze încă mai are nevoie de o atenție
din partea cercetătorilor . Se studiază de asemenea performanța căderilor de presiuni în
schimbătorul de căldură cu plăci ondulate atunci când se utilizează nano -fluide în s istem.
Îmbunătățirea suprafețelor de transfer de căldură s -a dezvoltat în timp, și este
principalul obiectiv în industria schimbătoarelor de căldură. Suprafețele îmbunătățite
produc un coeficient mai mare de transfer de căldură comparativ cu suprafețele ne regulate.
O suprafață poate fi îmbunătățită prin adăugarea unei extensii (de exemplu, aripioare) sa u
folosind suprafețe întrerupte (ondulate).
Schimbătoarele de căldură cu plăci sunt economice și eficiente pentru a fi
răspândite în mai m ulte domenii. Totod ată prezintă o flexibilitate deosebită, eficiență
termică ridicată, întreținere ușoară și toate acestea la un cost scăzut.
4.1.4 .1. Parametrii termo -hidraulici
Parametrii hidraulici principali sunt diametrul hidraulic, diametrul efectiv , numărul
lui Reynolds, numărul Nusselt și factorul de frecare . Pentru un schimbător de căldură cu
plăci se adoptă două relații de calcul a diametrului, diametrul echivalent (4.1.) și diametrul
hidraulic (4.2.)
(4.1.)
unde:
diametru efectiv, (m);
b- distanța dintre plăci, ( m).

(4.2)
unde:
diametru hidraulic , (m);

71
factor de extindere a suprafeței.
Numerele Reynolds și Nusselt se pot calcula conform relațiilor :

(4.3)

(4.4)
Factorul de frecare al unui schimbător de căldură cu plăci este definit pe baza
diametrului efectiv și a lungimii proiectate într e orificiile de intrare și ieșire, după cum
urmează:

(4.5)
unde:
diametrul racordurilor, (m);
lungimea plăci dintre centrele racordurilor , (m) .
4.1.4 .2. Coe ficentul de transfer termic
Coeficientul de transfer termic pentru schimbătoarele de căldură cu plăci a fost
investigat de mai mulți cercetători. Cele mai multe cercetări corelează coeficientul de
transfer de căldură folosind ecuația de bază a lui Dittus -Boelter, prezentată în relația 4.6.
(4.6)
unde :
criterii;
constante .
Bogaert și Bolcs au investigat transferul de căldură și căderea de presiune în
schimbătorul de căldură cu plăci, personalizând relația lui Dittus -Boelter astfel :
(
)
(
)
( ) (4.7)
în care :

72
constante empirice.
Aceste constante empirice corespunând anumitor numere Reynolds și sunt specifice
anumitor tipuri de plăci.
Muley a dezvoltat o relație de calcul a numărului lui Nusselt redată î n relația 4.8. :
(
)

(
)
(4.8)
în care :
(
) raportul dintre vâscozitatea fluidului și vâscozitatea la perete .
Această relație s e aplică pentru și .
Iar pentru valori ale lui Reynolds se aplică relația lui Muley :
( ) ( ) ( )
(
)
(4.9)
( ) (4.10)
( ) (4.11)
( ) (
) (4.12 )
în care :
variabilă intermediară a controlărului .
Martin a dezvoltat o corelație semi – empirică pentru t ransferul de căldură și pentru
căderea de presiune în schimbătorul de căldură cu plăci. Martin a folosit diametrul
hidraulic în definirea numerelor Reynolds și Nusselt, prin urmare relația ce se aplică este:
și .
Martin și -a dezvoltat corelația prin extinderea teorie i Leveque în regiunea
turbulentă, aplicând relația 4.13. pentru calcularea numărul Nusselt este:

(
)
[ ( )] (4.13 )
în care :

73
factor de fricțiune.
4.1.4 .3 Căderea de presiune
In relația lui Martin de calcul a numărului Nusselt a fost utilizat factorul de
fricțiune Moody ; care poate fi calculat cu relația 4.14.

√
√

(4.14 )
Muley a dezvoltat o corelație empirică pentru a calcula căderea de presiune ce
implică factorul de extindere a l suprafeței pentru o valoare scăzută a criteriului lui
Reynolds.
[(
)
(
)
]
(
)
(
)
(4.15 )
Lee și colaboratorii au investigat influența lungimii plăcii asupra coeficientului
global de transfer de căldură și asupra căderii de presiune . Ei au modificat corelarea lui
Muley și Manglik pentru a explica diferențele de aspect. Ei au concluzionat că lățimea
plăcii este param etrul principal care afectează căderea de presiune, deoarece o mare parte
din schimbătorul de căldură este utilizat pentru distribuirea fluxului pe lățimea plăcii . De
asemenea, este importantă căderea de presiune , iar Shah și Focke au dezvoltat una dintre
corelațiile utiliza te pe scară largă pentru aceasta [18].
(
) (4.16 )
unde:
numărul trecerilor de fluid. In tabelul 4.1 se regăsesc corelații de calcul a diferiților
factori utilizați.
Tabelul 4.1. Definirea factorului de frecare conform cercetătorilor
Referința/Cercetătorul Definiție Lungimea scalei
Martin(1996)
Lp-distanța până la centru
Edwards (1974)
L=A/W curgerea

74
Bogaert și Bolcs(1995)
–
Wanniarachchi(1995)
(
)
–
Foke
–
Muley și Manglik (1999)
–

4.1.4 .4.Descoperiri recente
L. Zhi -jian și c olaboratorii (2008) au introdus un nou model de placă pentru
schimbătoru l de căldură cu plăci ondulate. Plăcile din noul design au fost plăci ondulate
compuse. Noul design introdus a fost verificat atât numeric cât și experi mental. O astfel de
placă nouă, constând în ondulaț ii longitudinale și transversale, poate fi eficientă și poate
combate problema blocării căii de curgere, ceea ce contribuie la extinderea aplicabilității
acestor schimbătoare în cazul fluidelor impure. L. Zhi -jian a introdus ecuații teoretice atât
pentru c riteriu l lui Nusselt , cât și pentru factorul de fricțiune Fanning.
(
)
(4.17 )
(4.18 )
H. Lee și colaboratorii (2013) au analiza t performanța termo -hidraulică a pompei
de căldură a unui schimbător de căldură cu placă sinusoid ală utilizat în aplicații la
temperaturi scăz ute. În concluzie, cădere de presiune mare este cauzată de ondulații, iar
transferul de căldură este redus din cauza fazei de vapori create .
M. Kim și Colab (2010) au efectuat studii pe schimbătoare de căldură c u plăci
utilizate ca și răcitoare de căldură cu aer. Ei au fabricat două prototipuri de schimbătoare
de căldură cu plăci , unul prevăzu t cu o singugură ondulație și un schimbător prevăzut cu
dublă ondulație. Fluxul de aer trece prin schimbător în contracure nt pentru a răcii apa.
Aceste tipuri de schimbătoare vizează înlocuirea turnurilor de răcire a apei deoarece sunt
mai compacte și pot fi ușor curățate. Testele au arătat că, schimbătorul de căldură cu dublă
ondulație prezintă un transfer de căldură cu apro ximativ 50% mai mare în comparație cu
schimbătorul de căldură cu o singură ondulație . Schuimbătorul de căldu ră cu dublă
ondulație prezintă o cădere de presiune de 30%. Plăcile cu o singur ă ondulație au fost

75
fabricate dintr -o foaie de oțel inoxidabil, cu grosimea de 0,6 mm, iar plăcile cu două
ondulații au fost f abricate din aliaj de titan cu grosime a de 0,5 mm.
Aydın D. a efectuat un studiu experimental în care a ținut cont de efectele
geometriei suprafețelor pe trei tipuri dife rite de schimbătoare de că ldură : denumite
schimbător de căldură cu plăci plate , schimbător de căldură cu plăci ondulate și s chimbător
de căldură cu plăci Asterisk (încrucișate) . Experimentele au avut loc în contracurent și
echicurent , în condiții laminare de curgere . Valorile criteriilor lui Reynolds și a numărului
lui Prandtl au variat în intervalul , respectiv Rezultatele au
arătat că eficiența schimbătorului de căldură crește cu creșterea suprafeței de contact a
fluidelor, cu creșt erea debitu lui de masă, dar și cu creșterea căderii de presiunii.
Yueh -Hung Lin și c olaboratorii au efectuat un studiu experimental, folosind tehnica
de imagistică în infraroșu, pentru observa rea transferului de căldură la evaporare în timpul
fluxului în cele două f aze. Rezultatele lor au arătat o creștere mai mare a suprafeței regiunii
supraîncălzite, în zona centrală pentru flux ul în echic urent comparativ cu cel în
contracurent.
K. Sarraf, S. și colaboratorii au efectuat un studiu experimental asupra efectul ui
vaporilor supraîncălziți din procesul de condensare ce are loc în interiorul schimbătorului
de căldură cu plăci brazate. Fluidul de lucru utilizat în studiul lor este pentanul. Tehnica
infraroșu este adoptată pentru a caracteriza diferitele regiuni de tra nsfer de căldură în cele
două faze. Tehnica imagistică a arătat un efect semnificativ al supraîncălzirii vaporilor pe
distribuția fluxului la intrarea în schimbătorul de căldură cu plăci . Coeficientul de transfer
de căldură este mai mare cu 70% la fluxul d e masă scăzut [18].
4.2. D epuneri în sc himbă toare de căldură cu plăci
4.2.1. Introducere
Defecțiunea schimbătoarelor de căldură constă în depuneri de materie nedorită pe
plăcile schimbătorului , materie rezulta tă în urma schimbului de căldură. Când aceste
depuneri se dezvoltă, randamentul termic a l schimbatorului de caldură nu se mai
încadrează în grafic și scade din cauza rezis tenței la transferul de căldură . Acest lucru
determină o scadere a producț iei, iar echipamentele sch imbătorului de căldură necesită un
nou ciclu de curățare. Procesul de curățare este adesea costisitor ș i necesită un timp mare,
iar procesele de curățare obiș nuite sunt gr eu adaptabile diferitelor condiț ii.

76
Metodele de investigare a depunerilor se clasifică astfel :
1. cântărirea care co nstă în cântărirea atât a tubu rilor și a plăcilor cu depuneri cât și
a celor fără depuneri ;
2. folosirea parametrilor schimbului de căldură ;
3. metodele optice ;
4. metode le electrice ;
5. metodele acustice .
Desigur, depunerile pot apă rea și î n alte locuri cum ar fi membranele unde sunt
aplicate alte metode de identificare și curățare, cum ar fi scanare a cu raze laser cofocale
sau tehnici cu ultrasunete [19].
Ondulațiile în schimbătoarele de căldură cu plăci sporesc viteza de transfer de
căldură prin creșt erea su prafeței de transfer de căldură . Cu toate acestea, depunerile nu sunt
dorite în schimbătoare de căldură cu plăci deoarece conduc la un coeficient de transfer de
căldură mai mic [20].
Depunerea de CaCO 3 pe suprafețele schimbătoarelor de căldură reprezintă o
problemă gravă și exis tă numeroase modele numerice în literatura de specialitate care
încearcă să înțeleagă și să prezică comportamentul acestei depuneri . I. Babusska și
colaboratorii au prezentat un model de îndepărtare a CaCO 3 care constă în măsurarea
rezistenței termice în schimbătorul de căldură. Totodată au încercat să descrie
comportamentul acestor depuneri în timpul staționării, cât și distribuția temperaturii în
stratul depunerilor [22].
4.2.2. T ipuri de depuneri
Depune rile sunt clasificate în microdepuneri și macrodepuneri. A doua categorie nu
joacă un rol esențial în industria alimentară. Prima categorie se divide în: depuneri prin
precipitare, sedimentare, coroziune, reacții chimice , solidificare sau biofilm , prezentatate în
tabelul 4.2. [19 ].

Tabel ul 4.2. Compararea diferitelor tipuri de depuneri și cauzele apariț iei acestora
Tipul depunerii Descriere Cauze Exemple

77
Precepitare formare de cristale de
sare/oxizi Desalinizare depuneri de lactate
de tipul B
Sedimentare acumulare de particule pe
suprafața plăcilor sisteme cu
combustie î n
industria alimentara depuneri coloidale
Coroziune coroziune pe suprafața
metalelor tratamente pe bază
de apă rugina
Reacție chimică descompunerea/polimerizare a
proteinelor sau hidrocarburilor
pe suprafeț ele d estinate
transferului de căldură apar la
schimbătoarele de
căldură folosite în
industria lactatelor
sau a țiț eiului depuneri lact ate de
tipul A sau
depuneri de țiț ei
Solidificare înghețarea particulelor pe o
suprafață de ră cire industria procesă rii
de alimente/
industria de
mecanică fină gheața/c eara de
parafină
Biofilm creștere de alge sau bacterii tratamentul pe bază
de apă creștere de bacterii
pe membrană

4.2.3 Metode de determinare a depunerilor în industruia alimentară
Industria alimentară, dar cu precădere industria laptelui este cel mai afectat sector
privind depunerile care apar în schimbătoare le de căldură. De obicei , în funcție de
temperatura proce sului apar două tipuri de depuneri :
– reacția chimică la pasteurizare (de punere de tip A) ;
– precipitarea de săruri și oxizi la temperatură ultra -ridicată (depunere de tip B) [19].
Îndepărtarea depunerilor se efctuează pentru a preîntâmpina riscul apariți ei unor
alimente nesigure și pentru a diminua transferul de căldură în depuneri.
Pe lângă industria laptelui mai sunt și alte industrii care sunt afectate de aceste
depuneri cum ar fi indu stria berii sau în instalațiile de tratare a apei, etc..
Metodele ex perimentale de determinare a acestor depuneri constau în :
– măsurarea căderilor de presiune la intrarea și ieșirea fluidului din schimbătoarele de
căldură ; la apariția depunerilor suprafața medie pătrată într -un canal de curgere scade, ceea
ce va duce la o scădere a presiunii la debit constant ;

78
– măsurarea temperaturii și determinarea coeficientului de transfer de căldură ; atunci când
depunerile apar, transferul de căldură se diminuează, iar temperatu ra de ieșire a produsului
scade;
– parametrii electrici , pot fi utilizați când există încălzire electrică sau electrozi ; rezistența
electrică și conductivitatea sunt alese, iar rezistența electrică caracterizează capacitatea
materialului de a conduce curentul electric;
– metodele acustice (ultrasunete și vibrați onale).
În concluzie, în funcție de cerințele procesului unele metode pot fi mai avantajoase
decât altele. Rezultate foarte bune sunt obținute prin combinarea diferitelor metode
prezentate [19].

4.2.4. Analiza experimentală și numerică a depunerilor în schimbătoare de căldură cu
plăci ondulate
Studiul propune analiza experimentală și numerică a depunerilor sub formă de
particule și a depunerilor precipitate în schimbătoare de căldură cu plăci ondulate, cu
geometrie diferită cum ar fi : înălțimea plăcii, distanța dintre plăci ș i unghiul plăcii. Se va
realiza o simulare 3D numerică ținând cont de geometria canalului de curgere a
schimbătorului de căldură pentru a obține numărul Nusselt, iar analogia Von -Karman va fi
utilizată pentru a obț ine coeficientul de transfer de masă.
În acest studiu este propus un model k-ɛ (energie cinetică de disipare, turbulentă –
energie cinetică turbulentă) capabil să prezică caracteristicile globale ale fluxului cu o
acuratețe rezonabilă și într -un timp relat iv scurt.
În figura 4.2. este prezentată tipul de placă, pasul de ondulare și unghiul plăcii,
caracteristici de care s -au ținut cont pentru desfășurarea experimentului.

Figura. 4.2. Reprezentarea tipului de placă și a pasului de ondulare [20]

79
Prin de zvoltarea programelor de analiză numerică , cum este dinamica
computațională a fluidului (CFD -Computational Fluid Dynamics) au fost realizate studii
numerice recente pentru a prezice performanțele transferului de căldură și a depunerilor.
Au fost calculate criteriile adimensionale Reynolds, Nusselt și factorul de frecare.
Rezultatele au arătat că curgerea în schimbătorul de căldură a fost turbulent ă, cu
– , cel mai bun transfer de căldură a fost obți nut pentru placa al cărei unghi
este de 65 ° și cu cel mai mic pas al ondulației (7 mm), care a provocat turbulențe puternice
la intrare extinzând fluxul de fluid până la peretele lateral. Rezistențele depunerilor sunt
reduse odată cu creșterea vitezei. Rezultatele simulării numerice oferă previzi uni bune,
care pot fi utilizate în aplicații reale oferind instrucțiuni pentru o proiectare mai bună pe
viitor a acestor schimbătoare de căldură [20].

4.2.5 . Metode experimentale de determinare a depunerilor utilizând microscopul
electronic de scanare (SEM)
O metodă de îndepărtare a depunerilor din schimbătoarele de căldură cu plăci
ondulate este cea care folosește microscopul electronic de scanare (SEM ), utilizat pentru a
investiga depunerea compozită.
Fluidele de lucru au fost apa caldă (57 °C) și apa rece (40 °C), experimentul având loc în
patru schimbătoare de căldură cu plăci .
Au fost monitorizate t emperatura, presiunea și debitul de vo lum necesare pentru a
calcula coeficienții convectivi parțiali de transfer de căldură . Proprietățile termo -fizice ale
apei calde și a apei reci au fost determinate la temperatura medie a ritmetică și presiunea
medie ari tmetică la intrarea și ieșirea din schimbătorul de căldură . Pentru a calcula
coeficinetul global de transfer termic s -a utilizat metoda Curbeleor Wilson modificată atât
pentru apă caldă cât și pentru apă rece. Testele de determinare a depunerilor a u avut loc la
temperatura de 57 °C pentru apa caldă respectiv 40 °C pentru apa rece, iar poluanți au fost
adău gați doar în apa rece a cărei temperatură s -a menținut constantă. În schimb, pentru apa
caldă s -a menținut doar temperatura de intrare la 57 °C și nu au fost adăugați poluanți . Prin
microscopie eletrconică de scanare au fost investigate impuritățile care au apărut în cele
patru schimbătoare de căldură, atât impurităși sub formă de particule cât și impurități în
formă compozită. Cele patru schimbătoare de căldură cu plăci ondulate comerciale studiate

80
au modele geometrice diferite, cum ar fi înălțimea plăcii, distanța dintre plăci și unghiul
plăcii.
Poluantul folosit în testări a fost Al 2O3 în concentrațiile următoare : 1000 mg/L,
2000 mg/L și 3000 mg/L, el a fost utilizat pentru depunerile sub formă de particule.
Poluanții utilizați în depunerile sub formă compozită au fost NaH CO 3, CaC l2 și Al 2O3.
Vitezele la care au avut loc testările au fost 0,2 m/s, 0,4 m/s, și 0,6 m/s. Dispozitivele de
măsurare utilizate în această testare au fost traductoare de platină pentru temperatură,
traductoare de presi une, traductoare pentru căderi de presiune, debitmetre magnetice, toate
calibrate conform standardelor .
În figura 4.3 . sunt prezentate schema instalației de testare (a) și schema celor patru
schimbătoare de căldură din testare (b).

Figura 4.3 . Schema instalației de testare (a) și reprezentarea celor patru schimbătoare de
căldură luate în lucru (b) [21]

81
Deoarece procesul de formare a depunerilor este un proces încet au fost utilizate
concentrații mari de poluanți pentru a accelera procesul de depunere în aceste experimente,
astfel că timpul de formare a fost accelerat de la câteva zile la câteva ore.
În aplicațiile industriale apar șase forme diferite de depuneri :
1. depuneri sub formă de precipitații ;
2. depuneri sub formă de particule ;
3. depunerile chimice ;
4. depunerile corozive ;
5. depunerile biologice ;
6. depunerile solidificate .
Mai mult de 90% din acestea se regăsesc la răcirea apei în schimbătoare de căldură.
Nu va apărea un singur tip de depuneri, ci întotdeauna va exista o combinație din cele șase.
Dacă duritat ea apei reci inițial a avut valoarea de 1500 mg/L la sfârșitul testărilor duritatea
apei reci a scăzut la 600 mg/L.
Un alt parametru important îl constituie unghiul plăcii schimbătorului de căldură
care a fost de 60 ° pentru toate plăcile.
Atât depunerile sub formă de preipitat e cât și depunerile sub formă de particule se vor
influența reciproc în depunerile compozite. Procesele de cristalizare pot fi influențate de
depunerile sub formă de particule și în particular pot fi, de asemenea, depozitate în
struc tura cristalină. De aceea este necesar să se realizeze studiul miscroscopic al
interacțiunii dintre depunerilor sub formă de precipitate și depunerile sub formă de
particule. Figura 4.4 . ne prezintă structura cristalului de calcit [21].

Figura 4.4 . Structura cristalului de calcit [21]

Cristalul de calcit se va forma când temperatura este joasă [21].

82
Este efectuat un alt test p entru a strudia mecanismul depozitelor de depuneri
compozite , când în apa caldă este adăugat Fe2O3 la temperatura de 50 °C. Tipurile diferite
de particule (Al 2O3 și Fe 2O3) nu prezintă efecte signifiante asupra procesului de depunere.
Diferențele între r ezistențele depunerilor celor două tipuri de depuneri compozite apar la
temperaturi diferite la intrare. În figura 4.5. este pr ezentată structura cristalină de tip
baghetă a cristalului de aragonit.

Figura. 4.5 . Structura cristalului de aragonit [21]

Această structură este mult mai slabă decât a cristaluli de calcit, iar depunerile sunt
mult mai mari. Depunerile compozite sunt mai tari în comparație cu depunerile sub formă
de particule.
În urma testărilor a rezultat că schimbătorul de căldură #3 a avut căderi mari de
presiune cu toate că distanța dintre plăci este destul de mică. Schimbătorul de căldură #2 a
prezentat căderi de presiune scăzute datorită spațiului mare dintre plăci și a lungimii de
canalal mică. Schimbătorul de căldură #1 a prezentat cel mai bun coeficient de transfer
termic deoarece prezintă o structură și un design foarte compact, comparativ cu
schimbătorul de c ăldură #2 care a prezentat cel mai mic coeficient de transfer termic.
Comparând schimbătorul de căldură #4 cu schimbătorul de căldur ă #2 a rezultat că acesta
având o structură mai puțin compactă, prezintă o înălțime a plăcii mai mare ccea ce
sporește trans ferul de căldură între plăci.
Factorul de frecare în cele patru schimbătoare de căldură cu plăci a scăzut o dată cu
creșterea criteriului Rreynolds.
Totodată a fost dezvoltat un model semi -empiric pentru a prezice factorul de depunere în
diferite schimbăto are de căldură [21].

83
4.2.6 . Metoda de eliminare a CaCO 3 din schimbătoarele de căldură cu pl ăci
Depunera în schimbătoarele de căldură industriale este o problemă complexă și
serioasă care apare atunci când o substanță de degradare se depune de -a lungul pereților
unui schimbător de căldură, limitând eficiența transferului de căldură în sistem. Acest lucru
are un impact semnificativ asupra performanței echipamentului, crescând costurile .
În general, comportamentul unui model ideal poate fi caracterizat printr -o curbă
care descrie eficiența termică a sistemului. Aceste curbe iau câteva forme distincte, așa
cum se vede în figura 4.6. O curb ă de îngustare liniară (figura 4.6 A) se obține atunci când
rata de îndepărtare este neglijabilă în raport cu viteza de depunere. O cu rbă de scădere a
ratei (figura 4.6 B) apare atunci când rata depunerilor scade în timp. O cur bă cu deplasare
asimptotică (figura 4.6 C) este observată pentru de punerile în care rata de îndepărtare și
rata de depunere se egalizează în cele din urmă . O curbă (figu ra 4.6 D) tip “dinte de
fierăstrău ” pare a fi o curbă de r ezistență termică mai realistă, care menține un
comportament asimptotic general, dar este marcat prin îndepărtarea unei cantități mari de
material la anumite momente distincte. Acest tip de comportament a fost menționat în
literatura de specialitate încă de la primele modele propuse de Kern și Seaton și conform
lui Epstein acest lucru este un comportament neobișnuit.

Figura 4.6. Curbele modelelor de deformare standard [22].
Această lucrare propune un model de îndepărtare a depunerii cristaline de CaCO 3 în
schimbătoarele de căldură care încorporează o rată de îndepărtare a masei pe baza ruperii
datorată stresului termic în comparație cu rezistența materialului de degradare, care variază
odată cu vârsta.

84
Modelul propus are la bază alte două modele anterioare :
primul, de Yiantsios și colaboratorii , care adoptă un model de populație ce se
caracteriz ează prin pauze discrete, în care tensiunea critică necesară pentru rupere
este strâns legată de stresul la forfecare ;
al doilea este modelul dat d e Brahim și col aboratorii , care reprezintă o extensie a
modelului Bohnet, care definește densitatea depunerilor ca o funcție a mărimii
stratului de depunere , care, la rândul său, depinde de vârsta stratului însuși.
Acest lucru permite ca vârsta să joace un rol esențial în formarea depunerilor și de
asemenea, rezistența termică să se schimbe odată cu vârsta, într -o manieră mai realistă.
Scopul studiului a fost de a propune un nou model capabil să reproducă rupturile din stratul
depunerii aducând două îmbunătățiri semnificative față de lucrările anterioare :
în primul rând se îmbunătățește perioada de eliminare a depunerilor astfel încât s ă
se ia în con siderare îmbătrânirea. Acest lucru va permite evaluarea distribuției
temperaturii în fiecare strat incluzând chiar stresul termic, care va determina când
se vor rupe bucățile din stratul de depunere ;
în al doilea rând se va lua în considerare polimorfismul pe care îl produc e cristalul
de CaCO 3; modificarea structurii cristalului având două proprități de bază,
rezistența termică și conductivitatea termică.
Modelul a fost calibrat, iar precizia măsurării acestuia a fost evaluată prin analogie cu
modelul Kern -Seaton [22].

85
CAPITOLUL 5. CALCULUL TEHNOLOGIC AL UNUI SCHIMBĂTOR DE CĂLDURĂ
CU PLĂCI ȘI GARNITURI
5.1. Tema ș i datele de proiectare
Să se realizeze calculul tehnologic al unui schimbător de căldură cu plăci din etapa de
winterizare (deceruire) a uleiului vegetal . Acest utilaj are rolul de a răci uleiul albit din etapa
anterioară ( decolorare) cu apă rece. Debitul de ulei albit este de
.
Principalele temperaturi ale uleiului albit sunt prezentat e în tabelul 5 .1.
Tabel ul 5.1 . Temperaturile uleiului albit
Nr.
Crt. Uleiul de floarea
soarelui Temperatura
(°C) Temperatura medie
aritmetică (°C)
1. Uleiul albit intrare (UA) 60=

2. Uleiul albit ieșire (UA) 45=

Principalele temperaturi pentru apa de răcire sunt prezentate în tabelul 5.2.
Nr.
Crt. Apă de răcire Temperatura(°C) Temperatura medie
aritmetică (°C)
1. La intrare 30=

2. La ieșire 34=

Principalele caracteristici geometrice ale schimbatorului de căldură cu plăci sunt
prezentate î n tabelul 5 .3 [23].
Tabel ul 5.3. Caracteristici geometrice ale plăcii
Nr.
Crt. Caracteristicile geometrice ale
schimbătoarele de căldură Simbol Valorile pentru
preîncălzitor Unitate de
măsură
1. Lungimea verticală dintre centrele Lv 1070 (mm)

86
racordurilor
2. Lungimea plăci între racordurile de
alimentare LP 858 (mm)
3. Lățimea plăcii Lw 450 (mm)
4. Lungimea oriontală dintre centrele
racordurilor Lh 238 (mm)
5. Diametrul racordurilor Dp 212 (mm)
6. Grosimea plăcii δ 0,6 (mm)
7. Lungimea pachetului de plăci Lc 88 (mm)
8. Pasul de ondulare p 3,14 (mm)
9. Intervalul mediu de curgere b 2,54 (mm)
10. Diametrul hidraulic dh 4,34 (mm)
11. Factorul de extindere a suprafeței ϕ 1,17 –
12. Aria de curgere a unui canal Ach 1,144 ·10-3 (m2)
13. Aria suprafeței proiectate Alp 0,3861 (m2)
14. Aria de transfer de c ăldură pe o placă Al 0,4517 (m2)
15. Aria totală de transfer de c ăldură Ae 9,2 (m2)
16. Numărul total de plăci Nt 28 –
17. Numărul efectiv de plăci Ne 26 –
18 Numărul de treceri pentru ambele
fluide Np 1 –
19. Numărul de canale pe trecere Ncp 13,5 –
20. Unghiul ondulării β 30 Grade

5.2. Analiza comparativă a diferitelor metode de calcul pentru determinarea coeficiențilo r
globali de transfer termic
În etapa de winterizare, transferul termic intervine chiar la începutul procesului când
uleiul din etapa de albire este răcit cu apă rece în schimbătorul de căldură cu plăci (SCP #5) până
la temperatura de 45 0C. În etapa de dezodorizare are loc transferul termic în schimbătorul de

87
căldură cu plăci (SCP #6) unde are loc tot o răcire cu apă, de la 110oC la 40 oC. În figura 5. 1 este
prezentată schema procesului de transfer termic în cele dou ă etape.
Apă recirculata
t = 40 °C Ulei albit
1
23Apă rece
t = 30 °C
Apă la turnul de răcire
t = 34 °C Ulei albit
t = 60 °C
Ulei albit răcit
t = 45 °CCellatomApe glicolice
Ape glicolice4
5
6
78
9
Ulei winterizatUlei dezodorizt spre depozitApă rece
t = 30 °C

Figura 5.1. Schema procesului de transfer termic în schimbătoarele de căldură din etapele de
winterizare și dezodorizare [14]
1 – tanc de depozitare temporară, 2 – pompă, 3 – schimbător de căldură cu plăci SCP#5, 4 –
cristalizator, 5 – tanc de precotare, 6 – filtru, 7 – filtru de control, 8 – filtru, 9 – schimbător de
căldură cu plăci SCP#6

Curgerea în schi mbătorul de căldură SCP#5 și în schimbătorul de căldură SCP#6 se
realizează în contracurent cu aranjament ”U”, cu o trecere pentru ambele f luide. În figura 5.2 este
prezentat tipul de curgere pentru cele două schimbătoare.
Ulei albit
Ulei albitApă de răcire Apă
Ulei
dezodorizat
Ulei
dezodorizatApă de răcire Apă
a b

Figura 5.2 . Schema de curgere în sch imbătoarele de căldură cu plăci [14]

88
În literatură există mai multe forme particu lare ale ecuației criteriului Nusselt cu ajutorul
cărora se pot calcula coeficienții parțiali de transfer de căldură prin me canismul de convecție în
fluide. O serie de exeprimente au fost efectuate pe schimbătoare de căldură cu plăci și garnituri
tip Chevron, pentru particularizarea crteriului Nusselt. O importanță deosebită o au și căderile de
presiune care apar în schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri, deoarece cunoașterea
acestora servește la dimensionarea echipamentului de pompare , în așa fel încât să facă față la
pierderile de sarcină din sistem. Pentru calculul tehnologic al schimbătorului de căldură cu plăci
propus, au fost alese trei metode de calcul: Kuma r, Martin și Buonop ane și Troupe [14].
a) Metoda Kumar
Kumar propune o relație de c alcul a coeficienților parțiali de transfer de căldură și a
căderilor de presiune în schimbătoarele de căldură cu garnituri, pentru plăci al căror unghi de
ondulare este de 30°. Ecuația este una clasică ce include numai termenii utilizați în toate celelalt e
cazuri de convecție și considerând ca lungime caracteristică diamentrul hidraulic al secțiunii de
curgere, , [24].
Se va calcula fluxul termic al agentului termi c primar (fl uid cald) cât ș i al fluidului rece
(fluidul secundar) cu relațiile :
( ) [ ] (5.1)
( ) [ ] (5.2)
flux termic ulei albit ;
flux termic apă răcită.
Căldura specifică pentru uleiul de floarea soarelui se poate estima utilizând corelațiile
obținute de Choi și Okos (1987). Pentru uleiul de floarea soarelui se poate calcula căldura
specifică pentru clasa de substanță care intervine în formarea structurii acestuia, adică grăsimea,
funcție de temperatura medie a fluxului. Se calculeaza cu relatia:
[
⁄] (5.3)

89
Toate proprietățile termo -fizice ale fluidelor se calculează la temperatu ra medie
aritmetică între intrarea și ieșirea fiecă rui fluid. Cu ajutorul relatiei 5 .3 se calculeaz ă căldura
specifică masică pentru uleiul albit.
[
⁄]
[
⁄]
După calcularea că ldurii specific e a fluidului cald se calculează fluxul termic cu relația
(5.1):
( ) [ ]

Se calculează căldura specifică pentru apa răcită cu ajutorul relației obținut e din figura
5.1.

Figura 5.1. Variația căldurii specifice a apei răcite cu temperatura y = -0.0005x + 4.1950
R² = 1.0000
4.1744.1754.1764.1774.1784.1794.184.181
20 25 30 35 40 45Caldura specifica (kJ/kg · grd. Celsisu )
Temperatura (grd. Celsius) Series1
Linear (Series1)

90
[
⁄] (5.4)
[
⁄]
[
⁄]
Din e galarea fluxurile termice se poate detrmina debitul masic de apă răcită, necunoscut
la început :
(5.5)
[
⁄] [ ]
[ ]

⁄ ⁄

[
⁄] [ ]
Debitul masic pe un canal este calculat cu ajutorul relatiei :

*
+ (5.6)
Din tabel ul 5.3 se citeșt e numărul de canale pe o trecere ca fiind egal cu: .
Se calculează pentru uleiul albit debitul masic pe un canal cu relația (5.6):

[
]
Se va aplica relația (5.6 ) particularizată pentru apa răcită :

91

[
]

[
]
Vitez a de masă în canalul de curgere este dată de relația:

*
+ (5.7)
Din tabel ul 5.3 se cunoaște aria de curgere a unui canal : .

*
+
*
+

*
+
*
+
Se calculează criteriul de curgere Reynolds atât pen tru fluidul cald, uleiul albit (UA) cât
și pentru apa de răcire pe baza relației:

(5.8)
Se vor determina proprietăț ile fiz ice ș i termice ale fluidelor la anumite temperat uri date
conform relațiilor lui Choi și Okos .
[
⁄] (5.9)

⁄
Densitatea apei se calculează conform relației extrase din graficul reprezentat în figura
5.2.

92

Figura 5.2. Densitatea apei în raport cu temperatura

⁄ (5.10)

Vâscozitatea dinamică a uleiuri lor vegetale se determină cu relația lui D utt și Prasad [25]:
( ) *
( )+ [ ] (5.11 )
( ) *
)+
[ ]
Vâscozitatea dinamică a apei se calculează cu ajutorul relației rezultate din figura 5.3. y = -0.4x + 1008
R² = 1
991.5992992.5993993.5994994.5995995.5996996.5
20 25 30 35 40 45Densitatea (kg/m3)
Temperatura (grd. Celsius) Series1
Linear (Series1)

93

Figura 5.3. Vâscozitatea dinamică a apei în raport cu temperatura
(5.12)

[ ]
Se va calcula regimul de curgere pentu UA și pentru apa răcită cu relația (5 .8) .
*
+
[ ]
*
+
[ ]
Conductivitatea termică pentru uleiul de floarea soarelui se poate estima utilizând
corelațiile obținute de Choi și Okos (1987) .
* ⁄+ (5.13)
* ⁄+ y = -0.64x + 91.4
R² = 1
656667686970717273
20 25 30 35 40 45Vascozitatea dinamica, h5 (Pa s)
Temperatura (grd. Celsius) Series1
Linear (Series1)

94
Conductivitatea termică pentru apa răcită se calculează cu ajutorul relației extrasă din
figura 5.4.

Figura 5.4. Variația conductivității termice a apei de răcire cu temperatura
* ⁄+ (5.14)
* ⁄+
Se calculează criteriul Prandtl pentru fluidul cald (UA) cu relația:

(5.15)

*
⁄+ [ ]
* ⁄+
Criteriul Prandtl pent ru apă se calculează cu relația extrasă din graficul reprezentat în
figura 5.5. y = 0.0018x + 0.561
R² = 1
0.6140.6160.6180.620.6220.6240.6260.6280.630.6320.634
20 25 30 35 40 45Conductivitatea termica (W/m · grd.
Celsisu)
Temperatura (grd. Celsius) Series1
Linear (Series1)

95

Figura 5.5. Variația criteriului Prandtl pentru apa răci tă cu temperatura
(5.16)

Coeficientul parțial de transfer de căldură al fluidului cald (UA) cât și pentru apa răcită
se calculează din criteriul Nusse lt, conform relației:

(5.17)
Pentru regimul laminar rezu ltat, Kumar a propus următoarea relație de calcul a criteriului
Nusselt funcție de criteriile Reynolds și Prandtl:
(
)
(5.18 )
Unde , – constante.
Se va calcula temperatura la perete cu relația:
(5.19)

Se va ține cont de raportul vâscozității dinamice a uleiului cu vâscozita tea la perete
(
)
Se calculează vâscozitatea dinamică la temperatura peretelui cu relația Dutt și Prasad . y = -0.11x + 8.7
R² = 1
33.544.555.56
20 25 30 35 40 45Criteriul Prandtl
Temperatura (grd. Celsius) Series1
Linear (Series1)

96
( ) *
+ (5.20)
( ) *
+

În tabelul 5.4 sunt redate valorile acestor proprietăți.
Tabel 5.4. Proprietățile fizice și termice ale fluidelor
Proprietăți Ulei albit (UA) Apă răcită
Densitatea (Kg/m3) 903,66 995,52
Vâscozitatea dinamică μ (Pa ) 19,95
Vâscozitatea dinamică μ p (Pa ) la
temperatura peretelui = 42,25 28,84

Din tabelul 5 .4 se va lua vâscozita tea la perete la temperat ura de 42,25 °C pentru ambele
fluide.
Se aplică relația de calcul (5.18 ) pentru a obține valoarea criteriului Nu sselt pentru uleiul
albit (UA) și apă .
( ) ( )
(
)

( ) ( )
(
)

Cu relația (5.17 ) se calculează coeficientul parțial de transfer de căldură pentru ambele
fluide:
* ⁄+
*
+
* ⁄+
*
+

97
Coeficientul global de transfer de căldură de suprafață (teoretic) fără depuneri se
calculează cu relația:

*
+ (5.21 )
Pentru confecționarea plăcilor s -a utilizat oțel inoxidabil de tip AISI 304, a cărui
conductivitate termică este 16,2*
+.
Cu relația (5.21 ) se calculează coeficientul global de tr ansfer de căldură de suprafață fără
depuneri înlocuind termenii cunoscuți.

*
+
Ținem cont de rezistențele termice specifice ale depunerilor pe placă care apar în timpul
funcționări. Se va calcula coeficientul global cu relația:

*
+ (5.22 )
Conform literaturii de specialitate, rezistențele termice specifice ale depunerilor pentru
uleiul de floarea soarelui au valoarea *
+ și *
+, [23,
26-27].
Din relația (5.22 ) rezultă conform celor de mai sus valoarea coeficientului gl obal:

[
]
Se recalculează fluxul termic fără depuneri, respectiv cu depuneri conform relației:
[ ] (5.23 )
Diferența medie logaritmică se va calcula cu relația:
( ) ( )
( )
( ) (5.24)

98
( ) ( )
( )
( )
Aplicând relația (5.17 ) obținem:
[ ]
[ ]

Căderile de presiune
Pentru fluidul cald (UA) cât și pentru apa răcită coeficientul de frecare se calculează cu
relația:
( ) (5.25 )
Pentru un unghi de 30 și , Kumar propune următoarele valori pentru
și iar pentru acelaș i autor propune următoarele valori
și .
Conform relației (5.24 ) coeficientul de frecare pentru cele două fluide are valorile :

( )
( )

( )
( )
Căderile de presiune pentru cele două fluide se calculează cu relația:

(
)
[ ] [ ] (5.26 )
Se cunoaște că .
Cu rela ția (5.26 ) se calculează căderile de presiune pentru cele două fluide .

*
+

⁄ (
)
[ ] [ ]

99

*
+

⁄ (
)
[ ] [ ]
Căderile de presiune prin racordurile de intrare/ admisie și ieșire/evacuare a fluidelor se
calculează cu relația:
[ ] [ ] (5.27 )
unde:
numărul de treceri pentru f iecare fluid
viteză de masă în racordurile de admisie și evacuare,

Această viteză de masă se calculează cu relația:

(5.28 )
unde: debitul total de intrare în racord ,
.
Relația 5.28 servește la calcularea vitezei de masă pentru cele două fluide, iar valorile
obținute sunt:

( )

( )

Cu relația (5.28 ) se calculeaz ă căderile de presiune pentru cele două fluide:

[ ] [ ]

[ ] [ ]

100
Căderile totale de presiune pentru fiecare fluid se calculează cu relația:
(5.29)
Pentru cele două fluide conform relației (5 .23) valorile sunt:
[ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]

b) Metoda Martin
Autorul a dezvoltat o relație semi -empirică pentru coeficientul de tranfer de căldură și
pentru căderile de presiune în schimbătoarele de căldură. în această metodă lungimea
caracteristică este lungimea pe verticală, Lv, între cele două racorduri, utilizată la cal culul lui Re
dar și al lui Nu. Factorul de frecare Fanning f este definit în funcție de factorii empiricii f0 și f1
care, la rândul lor, sunt calculați funcție de criteriul Reynolds [28].
Pentru Reynolds calculăm f actorii cu ajutorul relațiilor:

(5.30 )

(5.31 )
Aplicând relațiile de calcul (5.30) și (5.31 ) obținem pentru uleiul albit (UA) următoarele
valori :

și

Se cunoaște că . Factorul de frecare se calculează cu relația:

(
)
(5.32 )
Din relația (5.32 ) rezulă factorul de frecare :

101

(
)

√
( )
Criteriul lui Nusselt în această metodă se va calcula cu relația:
(
) ⁄
( ) (5.33 )
( )
(
) ⁄
( ( ) )
Conform relației (5 .17) vom calcula coeficientul parțial de transfer de căldură.
* ⁄+
[
]
Aplicând relațiile de calcul (5.30) și (5.31 ) pentru agentul de răcire , apa vom obține:

și
.
Cu relația (5.32 ) se calculează factorul de f recare pentru apa răcită .

(
)

√
( )
Conform relației (5 .33) criteriul Nusselt particularizat pentru acest caz va fi:
( )
(
) ⁄
( ( ) )
Relația (5.17 ) se aplică pentru a calcula coeficientul parțial de transfer de căldură.
* ⁄+
[
]

102
Cu relațiile (5.21) și (5.22 ) se calcul ează coeficientul ui global de transfer de căldură fără
depuneri și respectiv cu depuneri.

[
]

[
]
Cu relația (5.23 ) se calculează fluxurile termice astfel:
*
+ [ ]
*
+ [ ]

c) Metoda Buonopane și Troupe
Aceștii autori au propus o relație generalizată pentru regimul laminar. la calcularea
criteriului Reynolds cât și Prandtl au ținut cont de diametrul hidraulic, dh și de lungimea verticală
între centrele racordurilor, Lv, [29].
Se calculează factorul de frecare cu relația:

(5.34 )
Conform relației (5.34 ) factorul de frecare pentru uleiul albit (UA) :

Se calculează criteriul lui Nusselt cu relația:
(
)
(
)
(5.35 )

103
(
)
(
)

Pentru coeficientul parțial de transfer de căldură se aplică crieteriu l lui Nusselt, analog
relației (5.17).

* ⁄+
[
]
Pentru agentul de răcire se va calcula factorul de frecare:

Relația (5.35 ) particularizată pentru fluidul analizat se aplică analog .
(
)
(
)

Coeficientul parțial de transfer de căldură se calcul ează cu ajutorul relației (5.17).

* ⁄+
[
]
Calculul coeficientului global de transfer de căldură și a coeficientul global cu depuneri
se realizează prin intermediul relațiilor (5.21) și (5.22 ).

[
]

[
]
Pentru fluxurile termice cu depuneri și respectiv fără depuner i se aplică relația de calcul
(5.23 ).

104
*
+ [ ]
[
] [ ]
Căderile de presiune
Cu relația (5.26 ) se calculează căderile de presiune pentru cele două fluide .

*
+

⁄ (
)
[ ] [ ]
Se cunoaște că

*
+

⁄ (
)
[ ] [ ]
Căderile totale de presiune pentru fiecare fluid se calculează cu relația (5 .29) și se
menționează că vor fi aceleași căderi de presiune pe racorduri
[ ] [ ] [ ] [ ]
[ ] [ ] [ ] [ ]
5.3. Concluzii parț iale
În tabelu l 5.5 sunt prezentate criteriile de similitudine Re, Pr, dar și valorile coeficientului
global de transfer termic atât pentru uleiul albit de floarea -soarelui cât și pentru agentul de răcire,
în acest caz, apa.
Tabelul 5.5. Valor ile criteriilor calculate și a fluxului termic transferat pentru uleiul albit și apă
Fluide Debite
(Kg/s) Flux termic
transferat (W) Criteriul
Re Criteriul
Pr
Ulei albit
(UA) 2,43 34,23 236,2
Apă răcită 4,47 74720,52 1765,31 5,18

105
În tabelul 5.6 sunt prezentate valorile criteriului de similitudine Nu ce au fost obținute în
urma calculelor precum și valorile coeficienților parțiali de transfer termic rezultate în urma
aplicării diferitelor metode de calcul din literatura de specialitate. Valorile coeficienților parțiali
de transfer termic vor avea o influ ență semnificativă asupra coeficientului global de transfer
termic.
Tabelul 5.6. Valorile coeficienților parțiali de transfer termic calculate prin diferite metode
Metoda Fluide le Criteriul Nu Coeficienții parțiali de
transfer termic ( )
Kumar UA 20,96 835,5
Apă 45,34 6462,52
Martin UA 11,93 475,55
Apă 17,08 2434,5
Buonopane
și Troupe UA 13,68 545,3
Apă 14,66 2089,55

Valorile coeficienților globali de transfer termic calculate prin diferite metode propuse
de literatura de specialitate sunt prezentate în tabelul 5.7.
Tabelul 5.7. Valorile coeficienților globali de transfer termic calculate prin diferite metode
Metoda Fluide le Criteriul Nu Coeficienții globali de transfer
termic ( )
Kumar UA 20,96
Apă 45,34
Martin UA 11,93
Apă 17,08
Buonopane
și Troupe UA 13,68
Apă 14,66

106
Se evidențiază faptul că cele mai mari valori au fost obținute prin metoda Kumar, aceasta
fiind de altfel considerată „metoda de căpătâi” în acest domeniu. Această metodă este cea mai
indicată pentru a fi aplicată pentru calcularea coeficinților globali de transfer termic prin pri sma
faptului că, obținerea unor valori ridicate ale coeficinților globali de transfer termic conduc la
diminuarea costurilor de investiție și de întreținere, la reducerea consumului de utilități precum și
la diminuarea substanțială a dimensiunilor utilajelor.
Tabelul 5.8. prezintă valorile căderilor de presiune pentru schimbătorul de căldură cu
plăci și garnituri din etapa de winterizare, obținute prin diferite metode.
Tabelul 5.8. Valorile căderilor de presiune din schimbătorul de căldură cu plăci și garnituri
Metoda Fluidele Căderile de presiune [Pa]

Kumar UA
Apă
Buonopane
și Troupe UA 12366,22
Apă 20438,76

Se menționează faptul că în cadrul metodei Martin căderile de presiune sunt incluse în
cadrul criteriului lui Nusselt.
Conform tabelului 5.8 . se poate observa că valorile calculate pentru căderile de presiune
pe canale sunt semnificativ diferite. Cauza acestor diferențe nu poate fi determinată din pricina
faptului că, autorii, în lucrările lor nu au evidențiat toate elementele de calcul. Valori le căderilor
de presiune totale sunt foarte puțin infulențate de pierderile pe presiune pe racorduri , iar cele mai
importante caracteristici geometrice ale utilajului sunt : lungimea plăcii și unghiul de ondulare.
Factorul de frecare, f, este invers proporț ional cu criteriul Re, dar totodată este direct
proporțional cu căderea de presiune. Se remarcă că influența factorului de frecare asupra
pierderilor de presiune în utilaj este mică comparativ cu cea a vitezei de masă și a vitezei liniare
a fluidului. Expl icația acestui fenomen este aceea că, cu cât curgerea este mai turbulentă cu atât

107
căderile de presiune sunt mai mari. După cum se remarcă, căderile de presiune în racorduri sunt
semnificativ neglijabile comparativ cu căderile de presiune pe canale.
Pentru a dimensi ona tehnologic acest aparat, cu siguranță prima opțiune ar fi de a opta
relația lui Kumar care este considerată „metoda de căpătâi ” și care asigură de o “rezerv ă de
capacitate”. Sub alt aspect obervăm că rela țiile lui Martin și Buonopane și Troupe oferă rezultate
asemănătoare între ele, motiv pentru care ar putea reprezenta o opțiune să se calculeze cu
acestea, condiserând că, prezumția lor a fost efectuată cu mai multă exactitate și precizie.

108
CAPITOLUL 6. INSTRUCȚIUNI DE SECURITATE ȘI SĂNĂTATE ÎN MUNCĂ

6.1. Instrucțiuni de securitate și sănătate în muncă
Șefii responsabili de sec ție trebuie să v erifice înainte de pornirea secț iei stadiul
măsurilor de tehnica securității. Pentru operații deosebit de periculoase, se vor elabora
instrucțiuni amănunțite de executare, cuprinzând reguli de manipulare a utilajelor
elaborându -se toate măsurile de protecție legate de aceste operații, în conformitate cu
instrucțiunile în vigoare.
Se vor afișa la l oc vizibil măsurile de prim -ajutor pentru cazuri de : accidentare,
intoxicații, arsuri specifice fiecărui loc de munca.
Fiecare sec ție trebuie să aibe în inventarul său trusele sanitare de prim – ajutor
necesare în caz de arsuri termice și chimice, tăietur i, intoxicații, etc., precum și vase cu
soluții neutralizante contra stropirii cu acizi și alcalii pentru corp și pentru ochi.
Îmbrăcămint ea stropită cu acizi sau alcali se va scoate imediat, făcându -se duș sau o
spălare cu soluții neutralizant e (soluție diluată 1 % de bicarbonat sau carbonat de sodiu în
cazul acizilor sau de acid citric în cazul alcaliilor ).
În sălile de lucru este complet interzisă :
– spălarea dușumelelor cu benzină, pe trol sau alte produse volatile ;
– uscarea obiectelor pe conductele de abur, gaz, calorifer, etc.;
– lăsarea meselor sau pardoselii neșterse de produsele raspândite pe acestea.
La secț ia extrac ție unde se utilizează n-hexanul, încăperile vor fi prevăzute cu
instalații electrice antiexplozibile, protejate pe ntru mediul în care se lucrează și cu
ventilația naturală și artificală. Aceste încăperi vor avea mobilierul din material
neco mbustibil.
În incinta sec ției extracție, în afară de măsurile de tehnica securității cu substanțe
inflamabile , se vor lua următoare le măsuri :
 nu se va intra și nici nu se va apropia de secț ia extracție cu foc direct, cu materiale
și scule ce pot deven i generatoare de foc și scântei ;
 nu se admite depozitarea de : cârpe, hârtii, bumbac, vată , etc, care pot da naștere la
autoaprindere.
Recoltare a probelor se va face numai din locurile stabilite și marcate . La luarea
manuală a probelor, este cu desăvârșire interzisă luarea probelor din mecanismele de
transport ( elevatoare, șnecu ri, redlere, benzi de transport ) sau din utilajele în fu ncțiune

109
(valțuri, prăjitoare, prese descojitoare, uscătoare, etc .). Personalul care ia probe va purta
halate bine închise .
La luarea probelor de ulei din rezervoare și cisterne vor fi folosite pentru urcare
numai scări fixe și în bună stare. La luarea probelor de ulei fierbinte cu ajutorul sticlelor,
acestea vor fi încălzite în prealabil, pentru a se preveni spargerea lor.

6.2. Instrucțiuni de prevenirea și stingerea incendiilor
În toate sec țiile se vor executa lucrări specifice profilului numai de către un
personal instruit în acest scop.
Atât pe ușile de intrare cât și în interiorul sec țiilor se vor pune plăcuț e cu “Fumatul
interzis”, fumatul fiind permis numai în locuri stabilite si marcate “Loc pentru fumat”.
Executarea opera țiilor cu ajutorul instalațiilor sau aparatelor care funcționează la
presiuni și temperaturi înalte, precum și a substanțelor explozive se va face în încăperi
separate, special destinate unor astfel de lucrări.
Secțiile în care se utilizează substanțe combustibile , inflama bile sau toxice vor
deține un sistem de ventilație mecanică sau naturală în perfectă stare de funcționare .
Înainte de începerea lucrului, în locurile în care se folosesc substanțe inflamabile se
va pune în funcțiune sistemul de ventilație pentru evacuarea eventualelor concentrații
periculoase de vapori și gaze din atmosfera acestor încăperi.
Substanțele toxice, caustice sau inflamabile se vor păstra doar în depozite, în locuri
special amenajate.
Se va evita păstrarea în același loc a substanțelor care, p rin amestec, pot da naștere
la reacții violente și care pot forma amestecuri explozive.
În cazul unor scăpări masive de gaze sau vapori inflamabili, se vor stinge imediat
sursele de foc, se vor îndepărta cauzele emanațiilor și se vor aerisi încăperile res pective.
Este interzisă lăsarea fără supraveghere a becurilor de gaz, a lămpilor sau a alt or
aparate pentru încălcăzire (cuptoare, etuve, reșouri, etc. ).
Deșeurile combust ibile vor fi colectate în vase închise și vor fi evacuate după
terminarea lucrului din laborator.

110
Concluzii

În urma lucrării de diplomă elaborată , intitulată “Schimbătoare de căldură utilizate
în industria uleiurilor vegetale”, se deduc următoarele concluzii:
 Transferul termic în industria uleiurilor vegetale joacă un rol esențial deoarece cu
ajutorul lui se pot modifica atât temperatura materiilor prime, cât și a celor auxiliare
prin încălzire sau răcire;
 Principalele utilaje de transfer termic de c ăldură utilizate în această in dustrie sunt
schimbătoarele de căldură și schimbătoarele de căldură cu plăci și garnituri;
 Industria uleiurilor vegetale ocupă un loc important în industria alimentară fiind o
industrie furnizoare de produse de bază (ulei vegetal comestibil), dar și de pro duse
procesate ( margarină, maioneză, sosuri) ;
 În privința progreselor privind utilajele de transfer termic din industria uleiurilor
vegetale pot fi enumerate următoarele :
– abordarea privind modelarea numerică a acestor utilaje ;
– optimizarea schimbătoarelor de căldură cu plăci și garnituri și dezvoltarea unor
relați i de calcul care să conducă la o bținerea unor valori ale coeficienților
globali de transfer termic cât mai mari ;
– optimizarea unor metode de îndepărtare a depunerilor în utilajele de transfer
termic .
 S-a realizat calculul tehnologic al unui schimbător de căldură cu plăci și garnituri
care asigură răcirea uleiului albit din etapa de decolorare folosind ca agent de răcire
apă răcită ;
 S-au calculat atât coeficienții parțiali de transfer termic, cât și c ei globali prin
metodele : Kumar, Martin și Buonopane și Troupe ;
 Cele mai mari valori ale coeficienților globali de transfer termic au fost obținute
prin corelațiile lui Kumar.
Lucrarea de diplomă se încheie cu câteva instrucțiuni de securitate și sănătate în muncă
și norme de stingere a incendiilor.

111
Bibliografie
[1]. Băisan I., „Operații și tehnologii în industria alimentară ”, 2015, (format electronic),
pg. 31 – 44
[2]. Ioan M., „ Termodinamică și transferul de căldură” , Suceava, 2013, (format
electronic), pg. 13 – 29
[3]. Neagu A., „Fenomene de transfer de căldură -note de curs ”, Constan ța, 2017 (format
electronic) C3 pg. 1 – 15, C5 pg. 1 – 18
[4]. Miron V., „Transfer de căldură și masă” , (format electronic), pg. 68 – 84
[5]. Pleșa A., Nagi M., Grieb C.F., “Utilaje termice. Schimbătoare de căldură cu plăci ”,
vol. I, Editura MEDIAMIRA, Cluj -Napoca, 2008, ISBN 978 -973-713-210-9, pg. 1 – 51
[6]. Iliescu S.S., Dumitru I., “Sisteme și echipamente de tranfer termic” , Bucure ști, 2013,
Universitatea Politehnică București, pg. 10 – 14
[7]. Pleșa A., „ Cercetări privind schimbătoarele de căldură cu plăci și aripioare utilizate
în instalații termice” , Teză de doctorat , Universitatea Tehnică Cluj, 2007 pg. 8 – 20
[8].***, „Îndrumar de practică – Schimbătoare de căldură recuperatoare cu plăci” ,
Universitatea Politehnică București, 2013 (format electronic), pg. 2 – 18
[9]. Duinea A.M., “Echipamente și instalații termice I – notițe de curs ”, Craiova, (format
electronic), retele.elth.ucv.ro, pg. 12 – 76
[10]. Carabogdan I.Gh., Badea A ., „Instalații termice industriale” , vol.I, Editura Tehnică,
București, (format electronic)
[11]. Neagu A.A., „Tehnologie în industria uleiului – note de curs ”, Constan ța, 2017
[12]. Manole V., Stoian M. , „Agromarketing” , Editia a II -a, Editura ASE, București, 2003
[13]. Banu C., “Manualul inginerului din industria alimentară ”, vol. II, Editura Tehnic ă
București, 1998, pg. 1178 -1300
[14]. Neagu A.A., “Cercetări privind investigarea cazurilor speciale de transfer de
căldură în industria alimentară” , Teză de doctorat, Galați, 2015

112
[15]. Mazen M. Abu -Khader „Plate heat exchangers: Recent advances” , Renewable and
Sustainable Energy Reviews , 16, 2012, pg. 1883 – 1891
[16]. Yaran W., Shijun Y., Wandong Z., Huan Z., Xuejing Z., Qingwei M. , “State space
model and robust control of plate heat exchanger for dynamic performance improvement” ,
Applied Thermal Engineering, septembrie 2017 , pg. 2 -45
[17]. Talal M., Abou – Elmaatya A., Kabeelb E., Mahgoub M., “Corrugated plate heat
exchanger review” , Renewable and Sustainable Energy Reviews , 70, (2017) pg. 852–860
[18]. Jie Y., Anthony J. , Wei L. , “Heat transfer correlations for single -phase flow in
plate heat exchangers based on experimental data” , Applied Thermal Engineering 113
(2017) , pg. 1547 –1557
[19]. Wallhäußer E., Hussein M.A. , Becker T., “Detection methods of fouling in heat
exchangers in the food industry” , Food Control 27 , (2012 ), pg. 1 – 10
[20]. Wei L., Hong -xia L., Guan -qiu L., Shi -chune Y. , “Numerical and experimental
analysis of composite fouling in corrugat ed plate heat exchangers” , International Journal
of Heat and Mass Transfer 63 , (2013 ), pg. 351–360
[21]. Guan -min Z., Guan -qiu L., Wei L., Zhaoyan Z., Xue -li L., Mao -cheng T.,
“Particulate fouling and composite fouling assessment in corrugated plate heat
exchangers” , International Journal of Heat and Mass Transfer 60 , (2013 ), pg. 263–273
[22]. Ivo B ., Renato S., Jonas A ., “Break -off model for CaCO 3 fouling in heat
exchangers” , International Journal of Heat and Mass Transfer 116 , (2018 ), pg. 104–114
[23]. Neagu A.A. , “Procese de transfer de căldur ă. Îndrumar de proiectare ”, “Ovidius”
University Press, Constan ța, 2012, pg. 1 -16
[24]. Kakac S., Liu H., Heat Exchangers. Selection, Rating and Thermal Design, Second
Edition , CRC Press, 2002, USA, ISBN 0 -8493-0902 -6, pg 389 – 410
[25]. Toscano G., Riva G., Foppa Pedrett E., Duca D., “Vegetable oil and fat viscosity
forecast models based on iodine number and saponification number” , Biomass and
bioenergy 46 , (2012), pg. 511 -516
[26]. *** www.the -engineering -page.com/typical fouling factors. html.
[27] *** www.engineeringpage.com/technology/thermal fouling -factors.html.

113
[28]. J. R. Garcia -Cascales, F. Vera -Garcia, J. M. Corberan -Salvador, J. Gonzalvez -Macia,
Assessment of boiling and condensation heat transfer correlations in the modelling of plate
heat exchangers , International Journal of Refrigeration, 30, (2007), 1029 -1041.
[29]. Kuppan T., Heat Exchanger Design Handbook . Hemisphere Publishing Corporation,
1983, ISBN 0 -8247 -9787 -6.