Separatorul Centrifugal de Lapte

CAPITOLUL 1

GENERALITĂȚI

1.1 Noțiuni introductive din industria laptelui

Consumatorii din țara noastră, în ultimii 20 de ani, și-au manifestat interesul pentru o alimentație sănătoasă, devenind principalul factor de influența asupra noilor tendințe apărute pe piața de alimente. Obiectivul principal rămâne îmbunătățirea sănătății oamenilor, printr-o mai bună calitate a alimentelor și un control mai bun al producției sub toate aspectele impuse și de bunăstarea sănătății animalelor de la care provin produsele.

S-a considerat că, o dată cu intrarea Romaniei în Uniunea Europeană, piața de produse alimentare va evolua în sensul alinierii la standarde europene prin creșterea calității produselor românești. Țara noastră aplică direct noile Regulamente comunitare de igienă a produselor primare de origine animală destinate consumului uman.

Anumite produse alimentare pot periclita în mod specific sănătatea umană și este necesară stabilirea unor norme specifice de igienă. Este în special cazul produselor alimentare de origine animală la care au fost frecvent constatate riscuri microbiologice și chimice. Aceste norme de sănătate au redus obstacolele în schimburile comerciale cu produsele respective, ceea ce a contribuit la realizarea pieței interne, asigurând în același timp un nivel ridicat al protecției sănătății publice. Prin urmare, este necesară evaluarea permanentă a progreselor înregistrate în sectorul laptelui pentru îmbunătățirea calității laptelui materie primă, conform programelor de restructurare și modernizare stabilite pentru perioada de tranziție, pentru fermele de animale producătoare de lapte și centre de colectare a laptelui.

Trasabilitatea produselor alimentare este un element fundamental pentru garantarea siguranței alimentelor. Operatorii din sectorul alimentar, care răspund de o unitate supusă autorizării în conformitate cu prezentul regulament, ar trebui să se conformeze normelor generale prevăzute la Regulamentul (CE) nr. 178/2002 (1).

Starea igienică a laptelui materie primă este condiționată de unii factori, dintre care putem enumera: starea generală a animalelor și a glandei mamare în particular, starea igienică generală a exploatării, condițiile igienice în care se practică mulsul manual sau mecanic, igiena condiționării primare a laptelui, condițiile igienice de manipulare, transport, depozitare a laptelui.

Impuritățile din lapte oferă relații importante privind condițiile de igienă în care s-a realizat recoltarea laptelui (igiena vaselor, a mulgătorilor, a încăperilor în care a fost menținut) și asupra modului cum a fost manipulat laptele.

Calitatea laptelui este importanta nu doar pentru fermier ci și pentru fabricile procesatoare care transformă laptele în produse. Ea determină: perioada maximă de stocare a laptelui, gama de produse ce pot fi fabricate,gustul produselor rezultate,termenul de valabilitatea al produselor rezultate, pierderile de producție ale procesatorului.

Este interzisă darea în consum a laptelui care prezintă modificări organoleptice, fizico-chimice și bacteriologice.

Conform normativelor actualizate, pentru ca un lapte să fie calitativ, trebuie îndeplinite condiții de igienă de la producător până ajunge pe masa consumatorului. Laptele care părăsește ugerul vaci are un număr limitat de bacterii (< 100/ml) dar imediat ce este expus aerului și microflorei de contaminare, mulsul cu mâini murdare, echipamentul de muls și stocare murdar , favorizează multiplicarea și creșterea numărului de bacterii. Evident, dacă răcirea laptelui se face la temperaturi sub 4 °C atunci se reduce rata de multiplicare a bacteriilor. De asemenea, nivelul celulelor din lapte este un indicator de calitate igienică, care are o importanță deosebită. Evaluările cantitative și calitative a celulelor prezente în lapte sunt importante pentru a putea înțelege numeroase mecanisme, fiziologice sau/și patologice din glanda mamară. Efectele negative ale mamitei asupra producției, compoziției și salubrității laptelui are o unanimă recunoaștere, motiv pentru care noile reglementări ale U.E. pun accentul pe numărul de celule somatice, astfel încât țările membre să ia măsuri de reducere a numărului de celule pe ml lapte și să rămână astfel competitive.

1.2 Clasificarea Separatoarelor

Separator în industria alimentară – un dispozitiv care separă o fracțiunea a produsului.Sub acțiunea forței centrifuge separarea impurităților are loc foarte rapid și direct proporțional cu pătratul vitezei de rotație, raza tobei separatorului, cu pătratul vitezei particulei, în suspensie cu diferența dintre greutatea specifică a mediului de dispersare și greutatea particulei în suspensie și invers proporțional cu vâscozitatea mediului de dispersare.[7]

Separarea amestecurilor eterogene sub influența forței centrifuge care apare când în amestec se realizează viteze de rotație mari poartă denumirea de separare centrifugală sau centrifugare. Separarea amestecurilor eterogene sub influența forței centrifuge a devenit una din metodele cele mai răspândite. În prezent în aproape toate subramurile industriei alimentare se utilizează pentru separare efectul forței centrifuge. Utilajele utilizate pentru separarea sub efectul forței centrifuge poartă denumirea generică de centrifuge, centrifugele fiind caracterizate prin elemente în mișcare la turație mare. În unele cazuri centrifugele primesc denumiri speciale, determinate de operația pe care o realizează sub efectul forței centrifuge ca : separator, clasificator, concentrator, rămânând însă utilaje de separare sub influența forței centrifuge.[7]

Există separări sub efectul forței centrifuge, când numai amestecul de separat este pus în mișcare de rotație, aparatul neavând elemente în mișcare. Aceste aparate poartă denumiri speciale : cicloane, hidrocicloane, în funcție de tipul de amestec care îl separă sub influența forței centrifuge.[7]

Separarea sub efectul forței centrifuge la utilajele în mișcare de rotație, realizează separări cu consum mare de energie. Este de așteptat din acest motiv ca pe viitor utilizarea lor să se strângă.[7]

Separarea amestecurilor eterogene sub influența forței centrifuge, se realizează pe două principii :

– Sedimentare, când separarea sub influența forței centrifuge se realizează pe bază de diferență de viteză de sedimentare. Separarea componenților se realizează prin stratificarea lor. Ea se aplică amestecurilor eterogene lichid – lichid, solid – solid, solid – lichid, solid – gaz. Spațiul în care se realizează separarea este în mișcare de rotație și are pereți plini sau spațiul este fix însă crează pentru amestecul de separat viteze periferice de rotație mari. Separarea centrifugală pe principiul sedimentării, uneori capătă denumiri speciale, în funcție de faza tehnologică pe care o realizează, de exemplu : limpezire, concentrare. Sedimentarea sub influența forței centrifuge se realizează de fapt în două faze :

– Depunerea fazei cu viteză de sedimentare sau cu densitatea mai mare, care se supune legilor hidrodinamice, în cazul sedimentelor solide și apoi tasarea sedimentului, care se supune legilor mecanicii solului. Sedimentarea sub influența forței centrifuge se deosebește de sedimentarea sub influența forței gravitaționale printr-o serie de elemente și în primul rând prin faptul că se realizează sub influența accelerației centrifugale.[7]

– Prin filtrare, care se aplică în special amestecurilor eterogene solid – lichid. Lichidul străbate suprafața filtrantă sub influența forței centrifuge, iar particulele solide din amestec, acționate și ele de forța centrifugă se depun la suprafața masei filtrante, ca și în cazul filtrării obișnuite. Filtrarea sub influența forței centrifuge este un proces mai complex decât filtrarea obișnuită. La filtrarea sub influența forței centrifuge apar trei faze: formarea sedimentului, tasarea lui și eliminarea lichidului reținut din porii sedimentului. Faza de formare a sedimentului se aseamănă cu cea de la filtrarea obișnuită, însă în cadrul filtrării sub influența forței centrifuge, presiunea cu care trece lichidul prin stratul de sediment este provocată de forța centrifugă și în mod normal este mai mare decât filtrarea obișnuită. Umiditatea din sediment este înlăturată mai intens. Faza de tasare și cea de eliminare a lichidului reținut de forțele capilare la filtrarea obișnuită nu există. Faza de tasare se supune legilor mecanicii solului. Faza de eliminare a umidității reținute în porii sedimentului se aseamănă cu o uscare mecanică. Viteza de eliminare a lichidului scade treptat, tinzând către 0. O parte din lichid nu se poate elimina. Totuși în cazul filtrării sub influența presiunii creată de forța centrifugă se elimină mai mult din fază lichidă decât la filtrarea obișnuită și se obține un precipitat cu umiditate mai redusă. Durata filtrării în ansamblu și pe faze – în cazul intervenției forței centrifuge, depinde de o serie de factori. În cazul suspensiilor diluate faza de formare a sedimentului – faza propriu zisă de sedimentare – este cea mai lungă, în cazul filtratelor cu procent mare de particule faza de formare a sedimentului aproape nu există deoarece apare sedimentarea instantanee. Ca și la filtrarea obișnuită și în cazul filtrării centrifugale, dacă este necesar se poate realiza faze de spălare. [7]

Centrifugele sunt utilaje care realizează separarea prin rotirea unui tambur cilindric sau tronconic montat orizontal sau vertical. În funcție de operația de separare, filtrare sau sedimentare, tamburul este perforat sau este din tablă compactă. [7]

Separarea centrifugală se clasifică în funcție de mai multe criterii:

După metoda de încărcare în separatoare a soluției de limpezit și evacuării din ele a lichidului limpezit. [7]

separatoare deschise

introducerea soluției inițiale și evacuarea lichidului limpezit se realizează la presiunea atmosferică

separatoare semiermetice –incarcarea soluției de limpezit se realizează la presiunea atmosferică,iar evacuarea lichidului limpezit la presiunea creată de forța centrifugă (P=15*Pa)

separatoare ermetice-incarcarea soluției de limpezit și evacuarea lichidului limpezit se realizează în sistem închis sub presiunea excedentară. [7]

După elementele constructive:

-separatoare cu talere cilindrice concentric

-separatoare cu talere tronconice

După operația tehnologică realizată:

– separatoare centrifugare clarificatoare(de limpezire);

– separatoare centrifugare concentratoare ;

– separatoare centrifugare pentru separarea a două faze lichide.

Separatoarele cu talere cilindrice concentrice sunt întrebuințate numai pentru operații de clarificare,în timp ce separatoarele cu talere troconice pot fi clarificatoare, concentratoare, pentru separare de faze lichide etc. [7]

Clarificarea se aplică pentru înlăturarea impurităților solide din suspensie ,în fază lichidă. Condiția esențială este că faza solidă să fie în proporție redusă. [5]

În industria alimentară clarificarea centrifugă și-a găsit multe aplicații deoarece substitue cu succes o filtrare dificilă,la care stratul de precipitat se depune greu.Aceasta clarificare are și efect de sterilizare, fiindcă separă o parte dim microorganisme prin sedimentarea lor.[5]

Separatoarele cu talere tronconice.

Acest tip de separator este cel mai vechi și cu cele mai variate utilizări, având elemente adaptate situației specifice. Prototipul separatorului centrifugal este cel pentru separarea în sistem eterogen lichid – lichid la separarea smântânii din lapte fără de care industria laptelui de consum nu poate fi concepută. [5]

Separatorul cu talere tronconice funcționează în sistem deschis, semiermetic sau ermetic.[5]

În cazul separatoarelor ermetice din aceiași grupă, care funcționează cu doi efluenți, pentru asigurarea alimentării sub presiune apar noi modificări.[5]

În categoria separatoarelor ermetice se întâlnesc două tipuri de utilaje. Unele la care alimentarea se realizează pe la partea superioară, de exemplu tipul separatoarelor Titan, altele cu alimentarea pe la partea inferioară.[5]

La separatoarele ermetice cu alimentare pe la partea superioară singură modificare este de principiu, este cea a înlocuirii rezervorului de alimentare și conductei respective cu o conductă prin care se realizează alimentarea în sistem închis, sub presiune. Aceasta nu aduce nici o modificare constructivă de principiu tobei de la separatorul semiermetic.[5]

Separatoarele ermetice cu alimentare pe la partea inferioară a tobei, din cauza acestui sistem de alimentare apar deosebiri constructive și la partea inferioară și la partea superioară, diferențiindu-se atât de separatoarele deschise cât și de cele semiermetice. Alimentarea se realizează prin intermediul arborelui de antrenare care este un arbore tubular. El se deosebește de arborele celorlalte separatoare pentru că are la partea superioară un dispozitiv cu orificii care permite pulverizarea lichidului de alimentare în interiorul tobei centrifugei, iar la partea inferioară apare dispozitivul de alimentare și reglarea debitului.[7]

În interiorul tobei talerul de alimentare este modificat la partea inferioară fiind închis, și la partea superioară modificarea fiind necesară pentru a permite lichidului cu densitate mai mică să se ridice pe același ax vertical cu sistemul de antrenare și să se evacueze sub presiunea imprimată de forța centrifugă. Evacuarea lichidului cu densitate mai mare se realizează printr-un stator care este împins sub presiune în conductă de evacuare.[7]

Separarea în interiorul tamburului, atât la separatoarele semiermetice cât și la cele ermetice, la separarea lichid – lichid se realizează în același principiu ca la separatoarele deschise. [7]

În categoria separatoarelor ermetice cu talere tronconice se găsesc și separatoare clarificatoare în care se realizează limpezirea unui lichid ca în cazul separatoarelor cu talere cilindrice. La acest tip de separatoare toba are o serie de modificări. Talerele curente de separare nu mai au orificii să formeze canale de distribuție între talere. Distribuția se realizează la marginea talerelor lângă carcasă și lichidul limpezit este împins spre partea centrală. Evacuarea lichidului clarificat se realizează la partea superioară. Fiind un singur efluent la evacuare, acesta atrage modificări la partea superioară, modificând talerul central care era taler de alimentare și practic făcând să dispară al treilea tip de taler : talerul superior.

Pentru cazul lichidelor bogate în sediment, separatoarele clarificatoare nu pot fi utilizate din cauza cantității mari de sediment. Prin separare de fapt se urmărește îmbogățirea unei faze în particule solide, atât cele care interesează, cum apare în industria alimentară în cazul industriei amidonului și a drojdiei. Prin separare de fapt se urmărește îmbogățirea unei faze în particule solide și eliminarea unei raze limpezite, care în cele mai multe cazuri nu este interesantă.[7]

Eliminarea fazei concentrate în particule solide prin intermediul separatoarelor concentrice pune probleme speciale, ceea ce a atras unele modificări în construcția separatoarelor respective. O primă condiție care se impune pentru separate este ca particulele solide să aibă densitate mai mare decât faza fluidă.[7]

Evacuarea lichidului bogat în sediment impune ca panta unghiului de evacuare să fie mai mare decât unghiul de taluz natural sau unghiul de alunecare al sedimentului. Acesta e atras de necesitatea evacuării concentratului prin porțiunea cu diametru mai mare din tobă, a atras mărirea diametrului tobei și ca o consecință reducerea turației și a eficacității de evacuare.[7]

La separatoarele concentratoare alimentarea cu suspensie și evacuarea lichidului limpezit se fac pe la partea superioară, în timp ce eliminarea efluentului bogat în sediment, printr-o serie de canale sau orificii care se găsesc în peretele carcasei în porțiunea cu diametrul maxim. Toate acestea au adus modificările corespunzătoare în construcția tobei și a părții superioare a separatorului. Talerele curente nu mai au orificii de distribuție, funcționând ca la separatoarele clasificatoare, talerul superior nu mai există, talerul de alimentare este modificat, carcasa tobei este modificată pentru a apărea canalele respectiv orificiile de evacuare și a respecta condiția de unghi impusă de curgerea concentratului.[7]

Sub aspectul fucționalități legat de alimentare și evacuare se întrebuințează două tipuri de separatoare: semiermetice și ermetice. Spre deosebire de celelalte separatoare semiermetice la acestea evacuările se realizează în contact cu atmosfera și alimentarea sub presiune.[7]

1.3 Domenii de utilizare

Centrifugarea este o tehnică de lucru care permite realizarea unor procese de separare sedimentare, filtrare, spargerea emulsiilor, extracție, etc.) într-un câmp de forțe centrifugal, procese care uneori sunt dificil sau chiar imposibil de realizat numai sub acțiunea gravitației. Acest capitol tratează numai procesele și aplicațiile referitoare la sedimentarea în câmp de forțe centrifugal. [6]

În biotehnologii, centrifugarea are numeroase aplicații: separarea masei celulare din lichidele de fermentație, îndepărtarea resturilor celulare, colectarea precipitatelor, prepararea unor medii de fermentare, separarea diferitelor tipuri de celule, extracția diverșilor componenți (alcaloizi, arome, uleiuri esențiale din plante, antibiotice din lichidul de fermentație, steroizi, proteine), etc. Prima aplicație a separării centrifugale în industria alimentară a fost în procesul de smântânire a laptelui, iar în biotehnologie la recoltarea masei celulare în fabricarea drojdiei de panificație.[6]

1.4 Factorii ce influiențează asupra compoziției chimice și a proprietăților laptelui

Compoziția și proprietățile laptelui sunt influențate de mai mulți factori atât de ordin fiziologic (specia și rasa animalului, perioada de lactație, individualitatea, starea sănătății) cât și de factori externi și tehnologici (condițiile de întreținere și alimentație, anotimpul, modul și frecvența mulsului, masajul ugeailui etc.).

Acești factori acționează asupra organismului animalului în mod complex modificând compoziția și proprietățile laptelui, mai cu seamă conținutul și componența grăsimii. Cunoașterea influenței principalilor factori va permite evitarea acțiunii lor negative și industrializarea corespunzătoare a laptelui materie-primă în scopul obținerii unor produse calitative.

Factori fiziologici

– Rasa animalului. Laptele obținut de la diferite rase de animale diferă atât după conținutul principalilor componenți, cât și după structura acestora, ceea ce condiționează o comportare diferită tehnologică a laptelui materie primă.

– Perioada de lactație. Acest factor influențează considerabilă asupra compoziției chimice și a proprietăților tehnologice ale laptelui, mai cu seamă în primele și ultimele zile de lactație. în primele 7-10 zile după fătare glanda mamară secretă așa numitul “lapte colostral”, care se deosebește considerabil de cel normal atât după compoziția chimică, cât și după comportarea tehnologică.

Starea sănătății animalului. Funcționarea glandei mamare este strâns legată

de funcționarea întregului organism, de aceea oricare dereglare a unui sau altui sistem vital se răsfrânge și asupra cantității și calității laptelui.

Vârsta și individualitatea animalului. S-a constatat că atât nivelul productiv, cât și conținutul de substanțe nutritive din lapte crește până la a IlI-a lactație, se menține ridicat până la a VH-a și a VUI-a lactații, apoi scade. O influență considerabilă are și individualitatea – unele animale menținând un nivel înalt de producție calitativă până la a 10-12-a lactații.

Factorii externi

– Alimentația animalului este unul din factorii principali ce condiționează atât nivelul producției animalului, cât și calitatea laptelui ca produs alimentar și materie primă pentru fabricarea diferitelor produse lactate.

Condițiile de întreținere. Condițiile de întreținere trebuie să corespundă “zonei de confort”, în care organismul să-și poată realiza potențialul său fiziologic și genetic. S-a constatat că temperatura ridicată, transpirația, umiditatea relativă mărită influențează negativ atât asupra nivelului de producție cât și asupra conținutului de grăsime în lapte. Scăderea temperaturii în încăperi cu 10°C sub limita optimă mărește conținutul de grăsime în lapte cu 0,2%, dar scade cantitatea de lapte cu 7-10 %.

Factorii tehnologici

Modul de obținere a laptelui. Este cunoscut faptul că excitarea mai frecvența a glandei mamare în decursul zilei mărește cantitatea de lapte și conținutul de grăsime al acestuia. în practica zootehnică mulsul vacilor se efectuează mecanic sau manual de 2 sau 3 ori pe zi în funcție de tehnologia de producție.

Starea de igienă a unităților de producție. Calitatea laptelui, mai cu seama indicii organoleptici și microbiologici, este influențată considerabil de condițiile igienice din unitățile de producție. Și în acest caz rolul principal în obținerea laptelui de calitate îi revine operatorului mulsului mecanic și respectării condițiilor sanitaro- veterinare în lăptăriile de fermă.

CAPITOLUL 2

PREZENTAREA SOLUȚIILOR COSTRUCTIVE

Separatorul centrifugal din industria laptelui – definiție

Separatorul centrifugal este inserat în fluxul de pasteurizare-racire lapte, smântânirea având loc după preâncalzirea laptelui în zona de preaincalzire a pasteurizatorului.

Pentru separarea grăsimii, laptele se încălzește în zona de preâncalzire a pasteurizatorului la temperatura de 35-45°C și este introdus în tamburul de separare al separatorului centrifugal. Odată cu separarea grăsimii are loc și o curățire a laptelui, impuritățile din lapte adunându-se pe pereții capacului tamburului și se elimină prin demontarea și curățirea manuală a tamburului.

Deoarece cantitatea de lapte prelucrat este redusă, maxim 2000 litri /zi, iar conținutul de grăsime dorit în laptele de consum este, în general, mai mic decât conținutul de grăsime al laptelui integral,procesul de standardizare are loc prin combinarea laptelui integral cu lapte smântânit, obținut prin extragerea grăsimii din laptele integral cu ajutorul separatorului centrifugal.

Astfel, se introduce în vană de lapte de consum ,o anumită cantitate de lapte integral , la care se adaugă apoi cantitatea de lapte smântânit necesară, rezultată din calcul (bilanț de materiale), pentru a se atinge conținutul de grăsime dorit.[6]

Soluții constructive

Separatorul de lapte

Instalațiile au mare randament, asigurând astfel un grad înaintat de separare . Construcție modernă, iar parametrii de lucru sunt ideali.

Putem oferii instalații de diferite complexități din punct de vedere constructiv și tehnologic, și anume:

-separatoare deschise(semiermetice)

-separatoare ermetice, cu descărcare manuală

-separatoare ermetice cu descărcare automata- cu mantaua vopsită sau mantaua din inox,[16]

Separator de smântână centrifugal Capacitate 80 l / h

-este folosit pentru a separa laptele integral în smântâna și lapte degresat 

-componente  metalice

-fiabil, compact, economic!

-consum doar 60w pe oră, 10500 rotații pe minunt, reglare a grăsimii și a procentului de smântână până la 1/4

-viteza de rotație 10500 Rpm

-cantitate discuri în centrifuga 12

-capacitate recipient lapte 12 litri

Separatoare ermetice cu descarcare automata

Separatorul asigură separarea totală a grăsimii din lapte, rezultând lapte degresat, sau parțială, rezultând lapte standardizat (procent de grăsime dorit) precum și curățirea laptelui. Capacități între 1000 și 10.000 l/h ermetice cu autocurățire sau semiermetice și se pot conecta în circuit închis cu instalația de pasteurizare,[16]

c) Separator centrifugal deschis si manual

Separator centrifugal pentru separarea smantanei de lapte, deschis și manual, cu capacitatea până la 500 lt/h, ideal pentru standardizarea laptelui.

Părțile în contact cu produsul sunt executate din oțel inox AISI 304, structura de susținere din oțel vernisat și prevăzută cu amortizoare și motor îmbrăcat în oțel inox.
Putere electrică 0,18 Kw,[16]

Separator centrifugal cu talere

Principiul de funcționare al separatorului centrifugal, pentru separarea laptelui integral în smântâna și lapte smântânit este redat în figură nr.

1-racorduri ieșire faze separate: smântâna, respectiv lapte smântânit

2-tambur talere

3-zona distribuție

4-talere

5-inel de blocare

6-distribuitor

7-canal colectare

8-corp tobă

9-ax; racord intrare lapte integral [6]

Elemente componente, principiul de funcționare

Talerul de separare

Elementul principal al separării este talerul de separare, el se comportă ca un decantor. Sub influența forței centrifuge, particulele grele vor fi aruncate spre periferia talerului și, alunecând pe pantă în jos particulele ușoare vor urca pe taler în sus.

Talerele se montează în pachet astfel : pe talerul suport care are o construcție deosebită se așează succesiv talerele cu orificii de separare, apoi talerul fără orificii. Acest taler are o prelungire cilindrică spre partea superioară pentru dirijarea fazei ușoare, iar pe periferia conică are trei patru nervuri, care, în timpul rotirii, conduc faza grea de la marginea talerului spre centru de unde apoi este evacuată.

Pachetul cu talere se montează în tobă, care se închide cu un capac, după ce mai întâi s-a montat garnitură de etanșare. La această tobă, se atașează apoi capacul sau pâlniile de evacuare.

Toba astfel asamblată se așează pe axul care străbate prin lagăr. La seperatoarele ermetice sau semiermetice, toba se închide cu capac strâns puternic cu șuruburi. În timpul cât separatorul este deschis pentru curățare, capacul stă rabatat în jurul bolțului.

Axul pe care se fixează toba este gol la tipurile de separatoare ermetice, în care alimentarea se realizează sub presiunea dată de o pompă. Pentru creșterea presiunii necesare învingerii rezistenței în talere pe axul de antrenare se montează un rotor, care primește laptele din conductă de alimentare. Acest rotor refulează laptele în axul gol și de aici, pe talerul suport, ajunge în zona de separare de sub talere. De asemenea pe partea superioară a axului se montează două rotoare ce evacuează-sub presiune menținând în conductă laptele degresat.

Partea inferioară a carcasei găzduiește mecanismul de transmitere a mișcării format din melcul ce face corp comun cu axul și roata melcată. În această parte a carcasei se află și baia de ulei pentru ungerea tuturor pieselor în mișcare.

Motorul este montat în consolă pe carcasă, iar întregul ansamblu se sprijină pe suporți.

Modelele de separare diferă între ele, iar deosebirile apar esențiale pentru construcția talerelor și a tobei. Toba poate avea forme diferite, după cum și talerele care se montează în pachet în interiorul ei sunt diferite constructiv. Talarele pot fi cilindrice închise la un capăt așezate concentric cu deschiderile alternând.Talerele pot fi conice fără orificii realizând în acest caz separarea unei faze lichide și a unui sediment. Sedimentl este îndepărtat pe la partea cu diametrul maxim al tobei iar faza ușoară, obișnuit pe la partea superioară, pe lângă ax. Aceste separatoare realizează o concentrare în sediment a fazei grele pentru că nu trebuie să realizeze separarea în două faze cu densități apropiate, nu mai este necesar talerul superior.[8]

Pornirea

Pornirea impune următorul proces :

– Controlul stării generale a centrifugei : tambur rotativ, jocul în lagăre, întinderea curelelor, cuplajelor, starea asamblărilor demontabile, existența ungerii, sistemele de blocare a capacului în timpul funcționării, fixarea centrifugii pe fundație, starea etanșărilor la toba exterioară, racordările la conductă de evacuare a filtrului și de alimentare cu suspensie, funcționarea sistemelor de spălare și desprindere a precipitatului, legăturile corecte la rețeaua electrică de alimentare, existența apărătorilor de protecție a tuturor dispozitivelor de tehnică securității muncii.

La supercentrifuge se urmărește : starea interioară a tubului, sprijinirea tamburului în lagărul axial, legăturile electrice corecte, dispozitivele de protecție a muncii, curelele de transmisie, legăturile la conductele de evacuare a lichidelor, legături la conductă de alimentare cu suspensie, starea lagărelor, ungerea sistemului de acționare.

La filtre se are în vedere :

– Controlul stării generale a utilajului (corp, sisteme de fixare a corpului, grătare);

– Controlul stratului filtrant ; prinderea stratului pe grătar, starea țesăturii, curățenia stratului filtrant;

– Controlul echipamentelor anexe ale filtrului;

– Deschiderea robinetului la conductă de evacuare-filtrant;

– Deschiderea robinetului la pompa de vid și punerea în funcțiune a pompei de vid;

– Punerea în funcțiune a sistemului de alimentare cu suspensie.

Alimentarea cu suspensie se face după pornirea motorului electric și continuă să se desfășoare concomitent cu descărcarea precipitatului. În timpul funcționării se supraveghează turația la rotor, temperatura lagărelor, consumul specific de energie electrică și lubrifiant, temperatura motorului, funcționarea sistemelor de acționare, a curenților de descărcare și a pistonului pulsator, starea etanșărilor, calitatea filtrantului și a precipitatului, funcționarea liniștită, comportarea sistemelor de frânare, centrarea arborilor în lagăre, sistemele de sprijin ale carcasei, fixarea mașinii pe fundație.[11]

Oprirea utilajelor de centrifugare-filtrare

Dacă în tipul exploatării utilajelor este necesară întreruperea funcționării, prima operație este întreruperea alimentării. Funcționarea mașinii se continuă până la eliminarea completă a precipitatului din toba interioară. În cazuri grave de avarii sau defecțiuni se întrerupe motorul electric, chiar dacă filtrare sau operațiile secundare nu sunt încheiate.[11]

Lagăre cu rulmenți

Lagărele cu rulmenți folosite pentru susținerea arborilor, trebuie să fie concepute și combinate în montarea lor, încât să asigure în funcționare următoarele condiții :

– Preluarea sarcinilor care încearcă arborele;

– Să realizeze fixarea radială a arborelui;

– Să asigure arborele contra deplasărilor axiale, fie sub acțiunea unor sarcini exterioare, fie datorita dilatărilor termice, respectiv a deformațiilor de încovoiere produse de forțele radiale;

– Să permită un reglaj a jocurilor din rulmenți atunci când este cazul;

– Să admită o montare și demontare ușoară;

– Să creeze posibilitatea unei ungeri cât mai ușoare și în același timp să împiedice pătrunderea impurităților care ar afecta funcționarea rulmenților.

Aproape în totalitatea cazurilor pentru susținerea arborilor se folosesc cel puțin două lagăre. Alegerea soluției de realizare a celor două lagăre este în strânsa corelare, astfel încât cele două lagăre considerate funcțional împreună formează un montaj cu rulmenți ,[3,11]

Asigurarea simultană a fixării radiale și axiale a arborilor de către lagărele cu rulmenți se poate face în două feluri :

– Fixarea radială a arborelui se face în ambele lagăre, iar fixarea axială se face pentru ambele sensuri într-un singur lagăr;

– Fixarea radială se face în ambele lagăre, iar fixarea axială se face pentru un singur sens în fiecare lagăr;

Prima soluție are un rulment astfel ales și montat încât să permită deplasarea axială ( fie se deplasează tot rulmentul odată cu arborele, fie se deplasează numai arborele cu inelul interior) se utilizează in cazul arborilor lungi, care prezintă dilatări termice mari și deformații de încovoiere de valori mari, sau în cazul arborilor care se reazemă pe mai mult de două lagăre. [3]

Cea de-a doua soluție se folosește în cazul arborilor scurți, care au deformații termice și de încovoiere mici, care se încadrează în jocurile admise are rulmenților.

Alegerea tipurilor de rulmenți folosiți pentru cele doua tipuri de montaje nu poate fi arbitrară ci este condiționată de modalitatea de fixare axială. Astfel pentru prima soluție în lagărul care asigură fixarea axială a arborelui în ambele sensuri se pot folosi rulmenți : radiali cu bile, oscilanți cu bile sau role, radial-axiali cu bile sau role conice grupați în montaj O sau X, sau în ansamblul rulment radial cu un rulment axial. Pentru lagărul din dreapta se folosesc rulmenți cu bile sau role sau rulmenți oscilanți. Pentru cea de a doua soluție pentru lagărele din ambele părți se pot folosi rulmenți : radial cu bile sau role, rulmenți radiali-axiali cu bile sau role conice.[11]

Din montajele posibile prezentate mai sus, apare necesitatea ca unul sau ambele inele ale rulmenților să fie blocate pentru a executa deplasări axiale. Acest lucru se poate realiza în două moduri :

– Fie prin folosirea unui ajustaj cu strângere intre inelul în cauză și piesa conjugată, soluție utilizată când nu sunt forțe axiale exterioare, care să încarce inelul.

– Fie prin folosirea unor umere de sprijin sau piese suplimentare : bucșe, piulițe, inele capace.

– Din construcție inelele rulmenților după ce au fost montate în fabrică pot avea deplasări fie în direcția radială, fie în direcția axială în funcție de tipul lor. Aceasta deplasare maximă se numește joc radial sau joc axial. Acest joc poate fi :

– Joc inițial, când există în rulment, înainte de montarea sa în lagăr;

– Joc de montaj acestea fiind jocul care exista după montarea rulmentului;

– Joc de funcționare, care este valoarea măsurată în rulmentul montat în lagăr în funcționare sub sarcină la temperatura de regim;

Majoritatea tipurilor de rulmenți au jocul inițial realizat în procesul de montare al rulmenților în întreprinderea producătoare, în urma unei operații de sortare. Fac excepții de la acestea tipurile de rulmenți radiali-axiali și axiali care au în joc determinat numai la montarea în lagăr. Jocul pe care trebuie să îl aibă rulmenții după ce au fost montați în lagăr, este impus de locul de utilizare și condițiile de funcționare.[11]

Pentru lagărele, care folosesc rulmenți radiali-axiali și rulmenți axiali, trebuie asigurată constructiv problema reglării si verificării jocului la montaj. Această reglare se asigură prin adaosuri puse între carcasa și capacul lagărului, inele și capace filetate, piulițe, etc.

Jocul de montaj la rulmenți care au jocul inițial rezultat din fabricație, se asigură prin alegerea unor ajustaje cu strângere, atât inelul interior cât și pentru cel exterior la montarea în lagăre ajungându-se astfel la jocuri nule sau chiar pretensionări.

Alegerea ajustajelor de montaj ale rulmenților este determinată de urmatorii factorii:

– Tipul și mărimea rulmentului;

– Modul de încărcare a inelului de către sarcină;

– Felul și mărimea sarcinii de încărcare a rulmentului;

– Condițiile de exploatare a rulmentului;

Conform recomandărilor din STAS, luând in considerare tipul rulmentului pentru rulmenții cu role se aleg ajustaje cu strângere mai mari decât pentru rulmenții cu bile. Pentru rulmenții de dimensiuni mai mari se aleg ajustaje cu strângere mai mare decât pentru rulmenții cu dimensiuni mai mici, care lucrează în condiții similare.[3]

După modul de încărcare a inelului de către sarcină se identifică trei cazuri :

– Încărcare cu sarcină fixă, când sarcina este îndreptată permanent sub același punct de pe calea de rulare. În acest caz inelul supus sarcinii fixe poate fi montat cu ajustaje cu joc.

– Încărcare cu sarcină rotitoare, când sarcina este preluată succesiv de toate punctele de pe periferirea căilor de rulare, sau numai de o porțiune din această periferie. În această situație inelul supus sarcinii rotitoare trebuie montat cu ajustaj cu strângere.

– Încărcare neterminată, când sarcina nu are o direcție contantă situație ce impune, ca ambele inele ale rulmentului să fie montate prin ajustaje cu strângere.

Luându-se în considerare felul și mărimea sarcinii, se recomandă să se aibă în vedere cu cât sarcinile sunt mai mari și cu șocuri pe inelul cu sarcină rotitoare pe periferia căii de rulare, cu cât ajustajul de strângere ales să fie mai mare.

Condițiile de exploatare ale rulmenților iau în considerare : temperatura de lucru, construcția și materialul arborilor, a carcasei lagărului, modul de montare, demontare, posibilitatea de deplasare axială a rulmentului.[11]

Materiale utilizate pentru construcția rulmenților.

Corpurile de rostogolire și elementele căii de rulare (inelul interior și cel exterior) se execută din oțel special pentru rulmenți, cunoscut sub denumirea de RUL l RUL 2 (STAS 1456-75).

Colivia rulmentului se execută din oțeluri obișnuite, bronzuri, duraluminiu sau materiale plastice , [11]

Descrierea proceselor tribologice

Influența temperaturii de lucru se va lua în atenție în cazul valorilor mai mari prin mărimea strângerii pentru inele montate cu ajustaj de strângere, respectiv mărimea jocului pentru ajustajele libere în vederea menținerii posibilității de deplasare axială a rulmentului.

Construcția și materialul arborilor si carcasele lagărelor impun respectarea următoarelor reguli :

– La carcasele separabile se va alege un ajustaj cu joc de simbol H și in mod excepțional de simbol J.

– La carcase cu pereți subțiri sau din materiale ușoare și la arbori tubulari, se aleg ajustaje cu stângeri mai mari decât pentru carcase masive și arbori plini.

– În cazul sarcinilor rotative la inelul exterior se va evita folosirea carcaselor separabile.

În vederea păstrării unor posibilitați de montare-demontare ușoară a rulmenților, se alege un ajustaj cu stângere numai pentru inelul care are o sarcina rotitoare. Când se impune folosirea unor ajustaje cu stângere pentru ambele inele se vor slege rulmenți demontabili sau rulmenți cu azelej conic, cu bucșa de strângere sau de extracție.

Câmpurile de toleranțe ale arborilor și ale carcaselor în care se montează rulmenții și prin combinarea cărora se vor forma ajustaje folosite sunt :

– Pentru arbori : f5, k5, m5, g6, h6, f6, k6, m6, n6, p6, r6, r7, h9, hlo.

– Pentru alezaje : J6, K6, M6, N6, P6, G7, H7, J7, K7, M7, N7, P7, H8.

La proiectarea lagărelor cu rulmenți la faza alegerilor ajustajelor cu montaj se va consulta neapărat STAS 6671-77 “Rulmenți – Toleranțe și ajustaje de montaj”. Pentru a mării certitudinea alegerii unor rulmenți potriviți, a unor soluții constructive corecte și a unor ajustaje normalizate pentru proiectele noi de utilaje ce se asimilează la noi în țară este necesar a se proceda la o verificare a acestora de către “Serviciul de Îndrumare și Control in Problema Rulmenților”(STCR)din cadrul M.I.C.M. care eliberează un aviz de folosire, aviz cerut în operația de omologare a produsului.

Ungerea lagărelor se face cu uleiuri sau cu unsoare consistentă. Prin asigurarea unei mișcări corespunzătoare, se va obține reducerea coeficientului de frecare, micșorarea zgomotului produs in funcționare, protecția anticorozivă a elementelor rulmentului, etc.

La alegerea lubrifianților folosiți se va ține seamă de calitațile fizico-chimice ale acestora și de condițiile de lucru ale rulmenților. Se pot întâlnii doua situații :

– Rulmenții aparțin unor ansamble, care conțin o baie de ulei folosită la ungerea angrenajelor (cazul cutiilor de viteză, reductoare).

În această situație se folosește ungerea asigurată prin stropire de către baia de ulei și pentru rulmenți.

– Rulmenții aparțin unor ansamble în care nu se fac alte ungeri respectiv in locuri greu accesibile. În această ipoteză se poate folosii fie ungerea cu ulei, fie cea cu unsoare consistenta, obținea pentru un lubrifiant, sau altul făcându-se în funcție de cea cu unsoare consistenta, opțiunea pentru un lubrifiant, sau altul făcându-se în funcție de viteza periferică medie a rulmentului, temperatură medie de funcționare a lagărului. Soluțiile constructive prin care lubrifiantul ajunge la rulment sunt diverse : circulație de ulei, stropiri, picurare, ceață de ulei. Ca mărci de uleiuri folosite pentru ungerea rulmenților se pot aminti : Te 14; M 20; I 42; K 40; I 70; K 65; K 90; K 120; K150; M 50.

Unsorile consistente pregătite pentru a fi folosite la ungerea rulmenților sunt : RUL 100 Ca 3; RUL 145 Na3; RUL 165 Na4; RUL S !40 NaCa3; UM 160 LiCaPb1.

Este important de știut pentru fiecare lagăr intervalul de timp, la cere trebuie schimbat uleiul respectiv, unsoarea, fiind cunoscut faptul, că acestea au o durată de funcționare determinată după care iși pierd calitățile de ungere.

O problemă care are o influență evidentă asupra modului și a duratei de funcționare a lagărelor cu rulmenți este montarea și demontarea corectă a rulmenților.

Efectuarea acestor operații trebuie făcută prin folosirea unor scule si dispozitive adecvate respectându-se următorul principiu : aplicarea forțelor din exterior asupra rulmentului să nu fie făcută decât pentru repartizare uniformă pe suprafața inelelor montate cu strângere, corpurile de rulare să nu participe la prelucrarea de forță. Aplicarea forțelor de presare să se facă cât mai lin fără șocuri mari. Dacă ambele inele sunt presate se va aplica forța de presare pe ambele inele. În acest scop se vor folosi bucșe de montare acționate prin lovire cu ciocanul din bronz sau presate. Se interzice lovirea cu ciocanul direct a inelelor rulmentului sau rezemarea numai pe inelul exterior, la extragerea rulmentului. Pentru rulmenții cu alezaj mai mare care nu mai pot fii presați la rece, deoarece ar fi necesare forțe de presare prea mari, se va proceda la încălzirea prealabilă a rulmenților la temperaturi sub 120prin imersarea rulmentului in baie de ulei, introducerea in dulapul de încălzire sau pe plită electrică.

Rulmenții de tip nedemontabil se vor nota mai întâi pe zona cu ajustaj cu strângere. La rulmenții demontabili se vor monta separat cele două părți ale rulmentului pe piesele conjugate și apoi se vor monta separat cele două parți ale rulmentului pe piesele conjugate și apoi se vor monta piesele cu rulmenți introduși.

După montare rulmenții se vor unge și se vor verifica, dacă se rotesc cu ușurință fără producere de zgomot și încălzire.

La demontare se va respecta aceleași principii ca și la montare în ceea ce privește modul de aplicare al forței. Sunt folosite în mod frecvent diverse piese cu șurub. Se procedează la început la scoaterea rulmentului de pe suprafață unde strângerea este mai mică, iar la rulmenții demontabili se va face separarea părților rulmentului, care apoi se scot separat. [10,11]

La proiectarea lagărelor cu rulmenți se impune asigurarea spațiului necesar montării și demontării ușoare funcție de tipul de rulment folosit, prevederea unor umere, găuri, filetare, canale. [11]

Angrenaj cu roată melcată

Angrenajul melcat este un angrenaj cu axele încrucișate format dintr-un melc si o roată melcată conjugată.

Prin noțiunea de melc se înțelege o roată dințată cilindrică cu dinții înclinați, care are de la 1 la 4 dinți, conjugată roții melcată pe care o definește.

Roata melcată este o roată dințată a cărei dantură este definită cu ajutorul unui melc generator cu care roata formează un angrenaj încrucișat. Dat fiind numărul mic de dinți ai melcului cu acest tip de angrenaj pot fi obținute rapoarte mari de transmitere (1:100) în gabarite relativ restrânse. Aceste angrenaje pot fi utilizate pentru transmiterea puterii fie, in cazul când puterea este un factor neglijabil, pentru transmiterea mișcării situație în care angrenajul se numește angrenaj melcat cinematic.

Din punct de vedere constructiv angrenajele melcate pot fi :

– Angrenaje melcate cilindrice-la care specific este faptul că melcul are formă cilindrică.

– Angrenaje melcate globoidale, la care melcul are formă globoidală.

– Angrenaje melcate speciale-la care fie melcul, fie roata au forme speciale.

Din cele exprimate mai sus la definirea melcului se arată că acesta este un caz particular de roată dințată cilindrică cu dinți înclinați la care numărul de dinți scade foarte mult. Legat de aceasta crește unghiul de înclinație al dinților pentru a nu apărea fenomenul de interferență, astfel pentru patru dinți unghiul de înclinate este de 75 iar pentru un dinte unghiul de înclinare este 86.

Dinții roților dințate cilindrice cu dinții înclinați se consideră ca făcând parte dintr-o elice înfășurată pe un cilindru. Prin creșterea unghiului de înclinare a dinților și prin mișcarea dinților, chiar pentru o lățime relativ redus deodată, aceștia se vor înfășura pe roată cu doi sau mai mulți pași, roata având aspectul unei piese filetate cu unul sau mai multe începuturi. Acest lucru explică și denumirea care se întâlnește în literatură de „șuruburi fără sfârșit”.

Forma coloidală a dinților, și legat de aceasta, procedeele de prelucrare posibile de folosit, a făcut ca melcul să nu mai fie considerat o roată dințată cu dinții înclinați, care are ca element de generare o cremalieră de referință, ci să fie considerat ca un șurub ale căror profile și parametre geometrici se definesc în mod specific fără a se folosi o cremalieră de referință.

Pentru angrenajul melcat unghiul de înclinare al elicei determină dacă angrenajul este revesibil : adică dacă mișcarea se poate transmite de la roata melcată la melc cât si de la melc spre roata melcată sau ireversibil, adică mișcarea se poate transmite numai de la melc la roata melcată. La angrenajele ireversibile unghiul de înclinare al elicei este cuprins în intervalul 4, iar al angrenajele reversibile unghiul elicei este în domeniul : 35. De acest fapt trebuie ținut cont când se pune problema locului de utilizare a angrenajului melcat.[11]

Mecanisme cu roți dințate.

Angrenajul a fost definit ca un mecanism elementar format din două roți dințate care execută o mișcare de rotație în jurul a două axe a căror poziție relativă este invariabilă, una dintre roți antrenând-o. Rezolvarea diverselor probleme propuse de practică a impus realizarea unor mecanisme care conțin mai multe angrenaje. Aceste mecanisme cu roți dințate pot avea atât angrenaje cu axe fixe în spațiu cât și angrenaje cu axe mobile în spațiu.

Elementele care au determinat dezvoltarea mecanismelor cu roți dințate sunt obținerea de rapoarte mari, de reducere a turației a unor sensuri de rotație impuse precum și necesitatea însumării simultane a doua sau mai multor mișcări separate.[11]

Materiale utilizate pentru construcția de roți dințate.

Pornindu-se de la destinația lor, roțile dințate se execută din diferite materiale si anume:

– Oțeluri netratate termic;

– Oțeluri îmbunătățite;

– Oțeluri tratate termic în stratul superficial;

– Fontă si oțeluri turnate;

– Aliaje neferoase;

– Materiale plastice. [11]

Elementele care se iau în considerare la alegerea materialelor sunt: calitațile de rezistență mecanică, rezistență la agenți chimici și atmosferici, silențiozitatea în functionare, tehnologia de prelucrare și alte considerente economice. Pentru puteri de lucru reduse se folosesc ca materiale oțeluri carbon, sau oțelurile slab aliate care sunt supuse numai unui tratament de recoacere de normalitate. Rezistența mecanică a acestor oțeluri este în funcție de conținutul de carbon.

În situația când se cer condiții de rezistență la oboseală si tenacitate sporită se folosesc oțelurile in stare îmbunătățită. Mărcile de oțeluri care în stare îmbunătățită, fără un alt tratament se comportă bine când sunt folosite la executare roților dințate sunt : 33 MoC 11(cu HB maxim 217), 41 MoC 11(cu HB maxim 217), 36 MoCN 10 (cu HB maxim 229), 36 MoCN 15 (cu HB maxim 229), 30 MoCn 20(cu HB maxim 235).

S-a constatat că roțile dințate executate din semifabricate forjate au o comportare mai bună in funcționare decât cele executate din semifabricate laminate, acest lucru fiind determinat de structura fibrelor, de material diferită existentă la cele doua categorii de semifabricate.

În vederea îmbunătățirii comportării flancurilor danturii de uzură și la solicitarea de încovoiere la baza dintelui se folosesc pe scară largă procedeele de durificare ale straturilor superficiale ale flancurilor dinților. Aceste durificări superficiale se obțin prin: cimentare, ceanurare, nitrourare, călire CIF, sau cu flacără.

La executarea roților dințate din oțeluri de cimentare, după ce dantura a fost executată, se execută operația de cimentare pe o adâncime prescrisă., după care se execută o călire, fapt care conduce la durificarea flancurilor.

Pentru roți dințate de dimensiuni mari se folosește ca material fonta si oțeluri turnate.

Roțile executate din fontă se bucură de calitatea de a avea o funcționare silențioasă, fonta având proprietatea de a amortiza șocurile si vibrațiile. Se întâlnesc roți dințate executate din Fc 200, Fc 250, Fc 350, Fgn 700-2.

La roțile dințate cu gabarit mare la care condițiile de rezistență pe care le oferă fonta nu satisface se folosesc oțelurile turnate din marca : OT 55 și OT 60.

Angrenajele care trebuie să funcționeze in condiții silențioase, să prezinte calități bune de antifricțiune se utilizează ca materiale, bronzuri, alame, aliaje de aluminiu. Cu utilizare frecventă pot fi utilizate bronzurile ca : CuSn 12, CuSn 14, CuSn 10 Zn 2, in special la executarea roților melcate unde se pune problema evitării gripărilor. [11]

Solicitări pentru angrenaje. Descrierea proceselor tribologice

Angrenajele prin rolul pe care îl îndeplinesc, acela de elemente de transmisie mecanică, sunt supuse unor solicitări care diferă de la un tip la altul și care după o funcționare în timp vor avea ca efect deteriorarea danturii. Chiar și în cazul unor condiții normale de exploatare (în solicitare, material, execuție, montaj, ungere), dantura angrenajelor suferă un proces mai mult sau mai puțin intens de deteriorare.

Fenomenele care au ca defect deteriorarea danturii pot fii grupate în cinci categorii :

– Uzarea;

– Oboseala superficială;

– Deformare plastică;

– Ruperea ;

– Fisurarea;

Fiecare din categoriile menționate include forme și tipuri distincte care prezintă elemente specifice.

Prin uzarea danturii se înțelege în general fenomenul de pierdere de material de pe flancurile active ale danturii.

Funcție de intensitatea cu care se produce fenomenul se pot identifica următoarele tipuri :

– Uzarea normală la care pierderea de material nu influențează sensibil funcționarea angrenajului

– Uzarea moderată care în mod obișnuit duce la apariția unor zgomote în funcționare

– Uzarea destructivă care face ca flanoul dinților să se distrugă, fapt ce are ca efect scăderea rapidă a durabilității, funcționarea cu zgomot și vibrații puternice

Din punct de vedere al cauzelor și al aspectului, fenomenul de uzare poate fi întâlnit la următoarele forme :

– Uzarea abrazivă-aceasta se produce sub acțiunea unor particule fine ( nisip, zgură, impurități, metal desprins de piese ), care au intrat în zona de angrenare.

– Zgârierea are ca element specific apariția unor rizuri liniare, paralele, a căror lungime diferă și care sunt orientate pe direcția alunecării. Producerea ei de datorează unor particule pure fixate pe unul din flancuri. Înlăturarea cauzei duce la eliminarea fenomenului.

– Griparea constituie o uzare intensivă a flancurilor produse de smulgerea unor particule în contact de pe flancurile conjugate ca urmare a sudărilor la contactul metal pe metal. Pe suprafața flancului vor apărea brazde în direcția alunecării. În mod uzual griparea se produce datorită eliminării peliculei de lubrifiant prin încărcarea cu sarcini excesive. Pentru înlăturarea fenomenului se procedează la prelucrarea fină a suprafețelor ( rectificare, lepuire ) sau prin schimbarea lubrifiantului utilizat.

– Uzarea de interferență se produce ca urmare a contactului necorespunzător care are loc în punctul de început sau de sfârșit al agregării flancurilor conjugate contact în timpul căreia întreaga sarcină se concentrează în acel punct. Ca formă se poate manifesta ca linii subțiri de uzură sau ciupituri care produc doar zgomote în timpul agregării dar se poate ajunge și la distrugerea completă a danturii prin subțierea flancului și deformarea plastică a vârfului dintelui conjugat.

– Uzarea corozivă este fenomenul de distrugere superficială produsă ca urmare a acțiunii chimice a unor acizi, umezeală. Se poate identifica prin aceea că apar fenomene de coroziune și pe alte suprafețe metalice decât pe flancurile active.

O cauză a uzurii corozive o poate constitui acțiunea unor aditivi puternici din lubrifianții pregătiți să lucreze la presiuni ridicate. Temperatură ridicată poate accelera fenomenul.

-Cojirea se manifestă prin desprinderea de metal din zonele active ale flancurilor sub forma unor lamele mici și foarte subțiri, dantura având un aspect mat și rugos. În principal cojirea se produce datorită oboselii superficiale a materialului dar aceiași măsură poate fi cauzată de cedarea materialului sub acțiunea combinată alunecării și rostogolirii flancurilor. Fenomenul se produce la roți din oțel moale sau bronz dar se poate identifica și în cazul existenței unui strat superficial de carburat la oțeluri tratate termic.

– Arsura se produce prin creșterea excesivă a temperaturii printr-o încălzire din exterior, fie datorită unor frecări puternice în condiții de suprasarcină și lubrifiere necorespunzătoare. Ca efect al încălzirii duritatea scade și apar zone decolorate pe flancurile active. Principalul efect al arsurii îl constituie scăderea rezistenței la oboseală. Arsura se poate datora și unei supraîncălziri produse la rectificarea danturii.

– Decolorarea este modificarea culorii zonelor învecinate cu flancurile active ca rezultat al alterării lubrifiantului în urma unor încălziri puternice. Este o fază premergătoare arsurii.

A doua categorie de fenomene care produc deteriorarea danturii este oboseala superficială. Prin aceasta se înțelege ruperea materialului în urma unor eforturi locale superficiale care se repetă și în care depășește limita de oboseală a materialului. Se manifestă prin îndepărtare de material și formarea unor cavități.

După caracterul ei se pot menționa trei tipuri de oboseală superficială : ciupituri incipiente, ciupituri progresive și sfărâmare. Uzura sub formă de ciupituri mai este cunoscută sub denumirea de pitting.

– Ciupiturile incipiente apar la începutul funcționării angrenajului pe zona din jurul liniei corespunzătoare diametrului de rulare la roți. Fenomenul se oprește după ce toate proeminențele de pe suprafața flancurilor au fost reduse.

– Ciupiturile progresive apar deobicei sub linia de rulare a fancului. Dimensiunile și numărul ciupiturilor cresc permanent simțindu-se electul lor printr-o funcționare nelinștită a angrenajului. Până la urmă de distruge tot flancul dintelui

– Sfărâmarea se caracterizează printr-o desprindere de particule și așchii de pe flancul activ. Cavitățile rămase sunt mai mari și mai adânci decât ciupiturile. Cauza acestui fenomen o constituie prezenta unui defect superficial sau a unor tensiuni interne excesive rămase în urma unui tratament termic.

O altă categorie de fenomene distructive ale danturei o constituie deformațiile plastice.

Deformarea plastică este un fenomen de curgere a metalului care se produce datorită cedării materialului din zona flancului activ al dintelui sub efectul unor sarcini mari. Fenomenul se produce în mod obișnuit la oțeluri moi și mai rar la danturile călite. Se disting trei tipuri de deformare plastică : laminarea și ciocănirea, încrețirea și ridarea.

Laminarea și ciocănirea se produc simultan ca efect al alunecării flancurilor aflate în angrenare sub acțiunea unei sarcini mari și a șocurilor produse de o angrenare incorectă. Apar muchii proeminente la vârful dintelui sau depresiuni pe flancul roții conducătoare în zona punctului de antrenare, în agrenare, precum și în val ridicat în apropierea liniei de rostogolire a flancului roții conduse.

Încrețirea este o deformație plastică care are forma ondulată având o orientare perpendiculară față de direcția de alunecare. Încrețirea are un aspect de solzi de pește și apare în special la pinioanele hipoide, datorându-se cedării suprafeței în urma frecării în condiții de ungere corespunzătoare sub sarcini mari.

Ridarea constituie o formă specială a deformării plastice ce apare la pinioanele hipoide comentate și călite, și la roțile melcate din bronz. Apare sub foră de riduri liniare în diagonală flancului sub formă de V în direcția alunecării.

Cauzele apariției o constituie sarcinile excesive sau lucrul în condiții de ungere necorespunzătoare.

Deteriorarea externă a dintelui o constituie ruperea acestuia. Se pot distinge tri tipuri de rupere : rupere la oboseală, rupere prin suprasarcină și rupere prin uzare internă.

– Ruperea la oboseală constituie modul cel mai des înâlnit de rupere a dintelui. Cauza acestei ruperi este solicitarea la încovoiere peste limita de oboseală a materialului. Ruperea se produce datorită subdimensionării danturii, suprasarcinilor, erorilor de montaj, concentratorilor de tensiune. Începutul ruperii de oboseală se face în zona de racod la fundul dintelui, la marginea laterală a danturii, fisura propagâdu-se de-a lungul piciorului dintelui sau pe diagonală spre vârful din partea opusă. Examinându-se aspectul ruperii datorate oboselii se vor vedea o serie de linii de contur și un pol de rupere. Dacă pornirea fisurii de rupere este superficială, polul de rupere va avea o suprafață lustruită.

– Ruperea prin suprasarcină se produce sub acțiunea unor șocuri puternice. Suprafața rupturii este rugoasă și se deosebește de aspectul rupturii de oboseală. Apariția șocurilor este legată de erorile de montaj sau de pătrunderea de corpuri străine în dantura angrenajului.

– Ruperea prin uzare intensă care se poate manifesta sub forma ruperii la oboseală sau a ruperii prin suprasarcină se produce datorită scăderii rezistenței dintelui la încovoiere sub acțiunea unei uzări foare intense care îi produce secțiunea.

Ultima categorie de deteriorare a danturii o constituie fisurarea. Se remarcă după două forme imprtante : fisurarea de călire și fisurarea tehnologică.

– Fisurarea de călire rezistă în urma tratamentului termic în situația când în piesă se produc tensiuni interne excesive. Fisurile care sunt filiforme se pot observa pe zona capului dintelui sau pe zona de racordare a piciorului dintelui.

Aceste fisuri por constitui amorse pentru ruperea la oboseală și dacă sunt mari pot cauza ruperi similare cu ruperea prin suprasarcină.

– Fisurarea de rectificare se produce în special în timpul operației de rectificare datorită unor condiții tehnologice neadecvate.

Aceste fisuri se pot observa sub forma unor rețele sau linii cu direcții definite. Prezența lor constituie amorse pentru producerea ruperii prin oboseală. [11]

Șuruburi.

După scopul urmărit, șuruburile se împart în șuruburi de fixare și șuruburi de mișcare.

Materialele pentru șuruburi și accesoriile lor de montaj sunt indicate în standardele de formă și dimensiuni. Condițiile generale sunt prezentate în STAS 2700/3-80. În general, materialul de bază este oțelul laminat ( OL ) și oțelurile carbon de calitate ( OLC ), sau uneori chiar oțeluri aliate, tratate termic. În medii corozive se utilizează oțeluri speciale. [3]

Degradarea pieselor prin solicitări termice

La temperaturi mai ridicate de 200°C, acțiunea temperaturii asupra materialelor trebuie serios luată în seamă. O caracteristică a oțelurilor este creșterea rezistenței de rupere în intervalul de temperatură de 200 – 300°C, după care aceasta scade. Creșterea rezistenței la rupere a oțelurilor, în acest interval de temperatură, este însoțită de mărirea fragilității.

S-a observat că metalele au proprietatea de a se deforma plastic în mod lent și continuu

la solicitările constante, indiferent de temperatură, fenomen numit fluaj. Fluajul se manifestă însă deosebit de intens la temperaturi ridicate. Viteza de fluaj crește mult mai repede atunci cînd crește temperatura, solicitarea rămânând constantă.

Evitarea degradării prin solicitări termice se poate realiza prin:

– alegerea materialelor pentru construcția utilajelor și instalațiilor să se facă în funcție de destinația și de temperatura la care vor lucra diferitele părți componente ale lor;

– în timpul exploatării utilajului, trebuie avut grijă ca temperatura lui sau a diferitelor părți componente să nu depășească temperatura de regim prescrisă; creșterea temperaturii de regim duce la distrugerea pieselor și a utilajului.

Păstrarea temperaturii constante se face prin control, cu aparatură de automatizare.[8]

Prezentarea și justificarea tehnico-economică a soluției propuse și alegerea variantei optime

Cerințe ale unei valorificări eficiente a producției de lapte

În actualele condiții datorită privatizării economiei în general, industrializarea laptelui se face de către producătorii particulari sau asociații de producători particulari.[9]

Având în vedere această situație, rezultă o serie de efecte economice:

– asigurarea unei prelucrări rapide a laptelui,

– asigurarea unei utilizări raționale și eficiente a utilajulul, corelată cu o aprovizionare constantă.[9]

Din condițiile de mai sus rezultă pentru acești producători o medie de 1000 – 3000 l/zi, cantitate separabilă cu un separator de capacitate mică. Separatorul de 400 l/zi poate fi excutat în producție de serie de întreprinderile specializate și poate fi livrat pe piață la un preț accesibil producătorilor particulari, având în vedere gabaritul relativ redus, simplitatea construcției și consumului redus de energie electrică.[9]

Prezentarea soluției propuse pentru proiect

Ținând seamă de soluția propusă mai sus, capacitatea separatorului proiectat va fi de 400l/h.

Separatorul se compune din: mecanism de antrenare cu motor electric, rotorul de separare, sistemul de alimentare și evacuare, stativ.

Sistemul de antrenare este format dintr-un ax vertical antrenat printr-o transmisie cu curea lată, de un motor electric. Axul vertical este susținut la capătul inferior de un lagăr oscilant. Mai are în compunere: carcasa rulmentului, arcurile elicoidale cu șuruburile de fixare așezate radial în suportul lagărului, rezolvând parțial problema amortizării vibrațiilor ce apar în funcționare și asigură totodată rotorului posibilitatea de a se autocentra.

Rotorul de separare se compune din: discul dinamic, capac rotor, talere de separare , distribuitor, taler superior, strânse între ele cu o piulia de strângere-inchidere. Etanșeitatea rotorului este asigurată de o garnitură de cauciuc. Reglajul conținutului de grăsime în smântână se realizează cu ajutorul șurubului special. Rotorul este elementul principal al unui separator de lapte centrifugal, construcția clasică a acestuia asigurând o bună funcționare.

Sistemul de alimentare, montat în partea superioară a suportului, este compus din rezervorul de lapte împreună cu robinetul cu cep ce permite scurgerea laptelui în tambur. Sistemul de alimentare asigură, datorită construcției sale, o alimentare a rotorului la un debit aproximativ constant și o micșorare a timpului de umplere cu laptele integral a rezervorului.

Receptorul de lapte degresat și receptorul de smântână împreună cu conductele respective de evacuare, sunt montate pe carcasa separatorului unul deasupra celuilait. Deasupra acestora se află vasul de alimentare prevăzut cu plutitor de menținere constantă a debitului.

Adaptarea sistemului energic în funcție de puterea necesară a arborelui vertical se realizează cu un motor electric monofazat.

Determinarea nivelului tehnic al produsului

Pentru determinarea nivelului tehnic al produsului se va face analiză comparativă a trei tipuri de separatoare centrifiagale de lapte dintre care, două provenind de la producători străini.

Relația de ierarhizare este următoarea

[K1PK5PK4PK2PK3]

Submulțimea caracteristicilor care trebuie să aibă valori cât mai mari:

S1={K2;K4}

Submulțimea caracteristicilor care trebuie să aibă valori cât mai mici:

S2={K1;K3;K5}

Se alcătuiește matricea coeficienților, atribuind liber un nr. de puncte corespunzătoare cu grad de importantă a parametrilor reprezentați în relație interdependență și se calculează nr total de puncte.

Se determină ponderile caracteristice în nivelul tehnic cu relațiile:

Formula folosită la determinarea nivelului tehnic este următoarea:

Nivelul tehnic pentru utilajul din proiect prezentat este:

Determinarea nivelului tehnic al utilajului 2 fata de utilajul 1:

Din compararea valorilor nivelurilor tehnice ale celor trei utilaje se constată că cel mai mare nivel tehnic îl are SECEL 4, celelalte niveluri tehnice fiind mai scăzute deci nerentabile.

Rezultă că pentru condițiile de producție impuse , proiectarea unui separator centrifugal de lapte pentru debitul de 400 l/h este justificată.

CAPITOLUL 3

PROCESUL DE PRELUCRARE AL LAPTELUI

3.1 Generalități

Între anii 2007 și 2011, cantitatea de lapte de vacă colectată de unitățile procesatoare de la exploatații agricole și centre de colectare a scăzut în mod constant (o reducere cu 224,3 mii tone sau 21,5% pe ansamblul celor cinci ani), la 892,1 mii tone. În contrast, importurile de lapte ca materie primă pentru unitățile de industrializarea laptelui au crescut susținut, astfel că, în anul 2010, cantitatea importată (87,3 mii tone) a fost de două ori mai mare decât nivelul înregistrat în anul 2007.

În anul 2011 comparativ cu anul precedent, cantitatea de lapte de vacă colectată de unitățile procesatoare de la exploatații agricole și centre de colectare a scăzut cu 11,6 mii tone (‐1,3%), iar producțiile de brânză obținută exclusiv din lapte de vacă (care a reprezentat 94,2% din producția totală de brânzeturi) și unt au cunoscut cele mai mari reduceri ‐ cu aproape 2 mii tone (‐3,1%) și respectiv, cu 347 tone (‐3,6%). Cantitățile de lapte de consum și de lapte acidulat produse în anul 2011 s‐au menținut la nivelurile obținute în anul 2010, în timp ce producția de smântână de consum a crescut cu 477 tone (+1,0%), la aproape 47,3 mii tone.

De‐a lungul primele patru luni din anul 2012, față de aceeași perioadă din anul trecut, industria laptelui a înregistrat creșteri la cantitatea de lapte de vacă colectată (cu 20,6 mii tone sau +8,0%), la 279,5 mii tone, precum și la producțiile de lapte acidulat (cu 379 tone sau 0,8%, la 50,4 mii tone),brânzeturi (cu 200 tone sau 1,0%, la 20,1 mii tone) și unt (cu 92 tone sau +3,0%, la 3,1 mii tone).

Producția de lapte și produse lactate

3.2 Proprietățile laptelui

Laptele este un lichid de culoare albă-gălbuie secretat de glanda mamară a mamiferelor. Din punct de vedere fizico-chimic, laptele poate fi considerat o emulsie de grăsime intr-o soluție apoasă în care se află substanțe sub formă coloidală (proteinele — cazeina și proteinele serice) sau sub formă dizolvată (lactoză, săruri minerale, vitamine). în cazul laptelui de vacă, conținutul mediu de substanță uscată

este de circa 12,5%, [2,-5,7,9]. „ . .

Din punct de vedere tehnologic, igienic și alimentar, laptele “crud” integral reprezintă produsul obținut prin mulgerea animalelor în lactație (sănătoase, crescute și îngrijite în acest scop), în condiții igienice și nemodificat sub aspectul caracteristicilor calitative obținute la mulgere.

Laptele poate fi clasificat după mai multe criterii:

după compoziție: ^

integral; normalizat (parțial smântânit – cu un anumit conținut de grăsime);

smântânit;

după caracteristicile calitative:

normal și anormal, d.p.d.v. fiziologic – patologic;

după proveniență (denumirea speciei) și în cadrul aceleiași specii:

de amestec; individual;

după procedeul de tratare:

crud; pasteurizat; sterilizat; concentrat; lapte praf.

Conținutul laptelui în diferiți componenți variază în funcție de specie și în cadrul aceleiași specii, de la un animal la altul, compoziția chimică fiind: apă – >80%; proteine; lipide – în stare de emulsie globulară; glucide; vitamine; substanțe minerale; enzime; pigmenți, [2-5,7,9].

Pentru specialiștii din fermele și societățile de industrializare a laptelui sunt importante caracteristicile organoleptice (pe care se bazează aprecierea calității laptelui crud integral) și fizice ale laptelui, cum sunt: aspectul; consistența; culoarea; mirosul; gustul; gradul de impurificare.

3.3 Valoare nutritivă a laptelui

Laptele este folosit în alimentația omului încă din timpuri străvechi.Datele asupra creșterii animalelor și implicit folosirea laptelui au fost lăsate de pe vremea sumerienilor cu 3100 de ani î.H.

Compoziția chimică:

     – substanțe proteice 3.4 % (vacă); 4.2 % (capră); 6,7 % (oaie).

     – glucide 4.5 % (vacă); 4.6 % (capră); 5 % (oaie și bivoliță)

     – substanțe grase 3.5 % (vacă); 4.1 % (capră); 6.8 % (oaie); 8.2 % (bivoliță)

     – săruri minerale 7.8

     – vitamine

     – enzime

Proteinele

Sunt formate din:

     – cazeina 80-85 %

     – lactoalbumina 10-12 %

     – lactoglobulina 5-8 %

Cazeina este o fosfoproteina liberă sau sub forma de cazeinat de calciu.[15]
Lactoglobulinele și lactoalbumina formează proteinele serice ale laptelui (ele nu precipită sub acțiunea acizilor sau enzimelor coagulante și rămân în soluție de zer).[15]
Glucidele sunt reprezentate în principal de lactoză un dizaharid care prin hidroliza formează glucoză și galactoză. Datorită lactozei laptele este diuretic și laxativ.[15]
Grăsimile din lapte sunt formate din trigliceride – bogate în acizi grași saturați și mai puțin acizi grași nesaturați, fosfatide (bogate în fosfor și lecitină – 0.03-0.04 %) și o cantitate mai mică de steroli sub formă de colesteroli (0.07-0.4 %).Conținutul în colesterol al laptelui și al produselor lactate este mai redus decât în alte alimente.[15]

În lapte grăsimea se află emulsionată în globule mici și în cantitate mai mică decât în produsele lactate.Grăsimile din lapte se adună la suprafața laptelui, formând caimacul (complex lipoproteic), greu digerabil, fiind dificil de emulsionat de către bilă.
În alimentație grăsimea din lapte se folosește sub formă de unt, smântâna sau la prepararea diferitelor brânzeturi, înghețate și a prăjiturilor.

Sărurile minerale din lapte sunt alcătuite din macroelemente (Ca, K, S, Na, Cl, Mg) și microelemente (Fe, Cu, Zn, Al, I, F).[15]

Laptele conține 135 mg/100g Ca (față de 250 mg/100g în brânza de vaci, 500 mg/100g în brânza telemea, 700 mg/100g în cașcaval).

Fosforul este conținut în laptele de vacă în cantitate de 93 mg/100g (150 mg/100g în laptele de oaie, 103 mg/100g în laptele de capră).

Sodiu este prezent în laptele de vacă în cantitate de 75 mg/100g.
Potasiul se găsește în cantități mari în lapte – 1300-1500 mg/100g, iar magneziu în cantitate de 90-240 mg/100g.

Fierul este prezent în cantități mici, insuficiente în lapte – 0.1 mg/100g și trebuie compensat prin consumarea altor alimente bogate în Fe.[15]

Vitaminele
Laptele conține aproape toate vitaminele în cantități moderate. Conținutul de vitamine din lapte este diferit în funcție de specie, rasă, perioada de lactație, alimentație, temperatura de prelucrare a laptelui și sortiment.

În smântâna și unt se găsesc vitaminele liposolubile (A, D, E, K) în cantitate mai mare, iar în laptele degresat se găsesc vitaminele hidrosolubile (grupa B și PP) în cantități mai mari.[15]

Enzimele
În lapte există identificate 19 enzime, cele mai răspândite fiind lipazele, fosfatazele, proteazele și oxido-reductazele (catalază, reductază și lactoperoxidaza).[15]

Valoarea nutritivă a laptelui

Valoarea nutritivă a laptelui și a produselor lactate prezintă unele avantaje comparativ cu alte alimente:

     – proteinele componente cu valoare biologică mare (sunt bogate în lizină);

     – au conținut crescut în vitamine (A, D, B2, B6, acid pentotenic);

     – conțin calciu ușor asimilabil

     – au digestibilitate bună (ușoară)

Pentru aceste calități laptele este un aliment valoros, care asigură o stare de sănătate bună și mărește durata de viața a persoanelor care îl consumă (ex.: numărul crescut de centenari din Bulgaria, care se hrănesc cu iaurt, lapte acru și derivate; marea vigoare fizică și rezistență crescută la infecții a nordicilor, arabilor, popoarelor orientale care sunt mari consumatori de lapte).[15]

Fluxul tehnologic de prelucrare a laptelui

Procesul tehnologic de fabricare a laptelui de consum trebuie să asigure obținerea unui produs „gata de consum”, fiind pasteurizat și normalizat la un conținut de grăsime constant.

Laptele-materie primă este transferat de la fermă, cu ajutorul autocisternelor izoterme, la fabrica pentru prelucrare.

Principalele faze tehnologice pentru prelucrarea laptelui de consum sunt:

3.4.1. Recepția cantitativă și calitativă a laptelui

Laptele sosit la fabrică sau centre de prelucrare este recepționat gavimetric (în kg) sau volumetric (în litri). În mod obișnuit în cazul unor cantități mici de lapte, măsurarea lui se face volumetric cu ajutorul măsurătorului cu flotor.

Măsurarea laptelui din cisterne se face cu ajutorul unei tije mnetalice gradate sau prin trecerea lui printr-un galactometru, acest aparat înregistrând cantitatea de lapte, volumetric.

Recepția calitativă constă în determinarea:

– impurităților mecanice prin proba lactofiltrului;

– acidității prin titrare sau prin determinarea pH-ului;

– grăsimii prin metoda acidobutirometrică Gerber;

– proteinelor prin metoda cu formol sau printr-o metoda colorimetrică (cu galben oranj sau negru amidă), folosind în acest scop un fotocolorimetru și coloranții respectivi;

– temperaturii;

– densității laptelui;

Transportul laptelui

Este un factor important în menținerea calității laptelui și se face cu ajutorul autocisternelor de diferite capacități (500-20.000 l); acestea trebuie să aibă bazinele de formă ovală sau cilindrică, să fie confecționate din materiale inerte față de lapte (inox, polstif sau aluminiu), să fie izolate termic, să permită o igienizare ușoară și eficientă și să asigure o încărcare/descărcare rapidă.

Autocisternele pot avea unul sau mai multe compartimente, fiecare prevăzut cu capac de vizitare și conductă de evacuare; cisterna dispune de o pompă aspiro-refulantă, pentru încărcarea/descărcarea laptelui. O atenție deosebită trebuie acordată spălării, dezinfectării și răcirii cisternei înainte de introducerea laptelui. Fiecare compartiment al autocisternei trebuie umplut la capacitatea maximă, evitându-se astfel, agitarea laptelui și formarea de spumă.

3.4.3 Curățire și filtrare

În prima fază a procesului tehnologic propriu-zis se urmărește îndepărtarea impurităților mecanice pătrunse în lapte pe diferite căi, înainte de umplerea bazinului de recepție, chiar dacă a fost filtrat la locul de producere, în fermă.

Impuritățile sunt reținute prin montarea unor site la ștuțurile de golire a laptelui din autocisterne și în timpul prelucrării ulterioare, în separatorul centrifugal.

3.4.4 Pasteurizarea laptelui

Este procedeul de încălzire a laptelui de la 63 °C până la temperatura sub 100°C\Prin acest procedeu se obține distrugerea tuturor microorganismelor aflate în stare vegetativă și inactivarea pentru o anumită perioadă a celor în stare sporulantă. Denumirea procedeului vine de la numele marelui savant francez L. Pasteur, care a descoperit acțiunea dăunătoare a temperaturilor ridicate asupra microorganismelor și a utilizat-o Ia tratarea unor produse pentru prelungirea duratei de păstrare a acestora.ijn funcție de temperatura încălzirii și durata acțiunii acesteia asupra laptelui, metodele de pasteurizare sunt foarte numeroase, cele mai practicate fiind următoarele: pasteurizarea joasă sau de durată;

– pasteurizarea înaltă de scurtă durată; pasteurizarea instantanee (fulger); pasteurizarea după un regim special.

Pasteurizarea joasă de lungă durată

Se face la temperatura de 63-65°C timp de 30 min. Este o metodă lentă, discontinuă. Se practică la pasteurizarea unor cantități neînsemnate de lapte în condițiile de fermă. Avantajul acestei metode constă în modificările neesențiale în compoziția laptelui: se denaturează cca 10% de albumină, precum și enzimele – amilaza și fosfataza, scade neesențial puterea de coagulare a laptelui sub acțiunea enzimelor coagulante. Dezavantajul acestei metode constă în faptul, că necesită, & afară de pasteurizatoare și tancuri pentru menținerea laptelui la temperatura pasteurizării) o anumită perioadă de timp și nu asigură distrugerea unor specii de bacterii termostabile. Acest regim de pasteurizare se recomandă la fabricarea brânzeturilor și a laptelui de consum^ dar din cauza discontinuității procesului tehnologic, în industria laptelui nu se practică.

Pasteurizarea înaltă de scurtă durată prevede încălzirea laptelui la temperatura de 72-76 °C timp de 15-20 sec. Este un procedeu rapid și continuu, dar modificările în compoziția și proprietățile laptelui sunt mai profunde: se denaturează până la 50% albumină, 15-20% globulină, se insolubilizează 3-4% săruri minerale, majoritatea enzimelor sunt inactivate, scade considerabil puterea de coagulare a cazeinei sub acțiunea cheagului. Pasteurizarea înaltă de scurtă durată a laptelui se aplică în tehnologia fabricării laptelui de consum și a brânzeturilor^

Pasteurizarea instantanee (fulger) se realizează prin încălzirea materiei prime la temperatura de 85-90°C și chiar mai mare fără menținerea produsului la această temperatură. Modificările în compoziția și proprietățile laptelui se aprofundează: se denaturează toate enzimele, albumina și cca 75-85% de globulină, o parte considerabilă din calciu precipită. Acest regim este utilizat la fabricarea smântânii, untului, laptelui concentrata

Pasteurizarea după un regim special se efectuează la temperatura de 95-98 °C cu menținerea laptelui la această temperatură timp de 8-10min. După acest regim se pasteurizează laptele destinat fabricării produselor lactate acide dietetice.} încălzirea laptelui la temperaturi ridicate cu menținerea lui de lungă durată la această temperatură provoacă și mai profunde modificări în compoziția laptelui, dar permite a obține o consistență densă a coagulului produselor lactate acide, care este rezultatul interacțiunii cazeinei cu proteinele serice denaturate și a produselor de hidratare a moleculelor de cazeină. In afară de aceasta^temperatura ridicată și menținerea laptelui la această temperatură un timp destul de îndelungat, distrag toată micro flora vegetativă termostabilă, fapt ce se răsfrânge pozitiv asupra dezvoltării microflorei favorabile introduse cu culturile starter.

Pasteurizatoarele cu plăci

Sunt utilizate mai frecvent, deoarece ele au dimensiuni mai mici în comparație cu cele tubulare. Ele sunt alcătuite dintr-o serie de plăci unite între ele, care formează secții separate – de preîncălzire, pasteurizare (dacă se prevede conform tehnologiei) și secția de răcire a laptelui. Laptele în strat de 2-4 mm circulă în contracurent cu agenții de încălzire și răcire, având la ieșire temperatura de 4-6°C. Procesul tehnologic decurge în flux continuu, fiind menținut și controlat de dispozitive automate. Capacitatea acestor aparate variază de la 1000 1/oră până la 15- 25 mii 1/oră.

3.4.5 Depozitare tampon lapte pasteurizat – racire

Depozitarea laptelui pasteurizat se realizează în vană tampon pentru lapte de consum, unde se realizează și răcirea finală a laptelui la temperatura de maxim 4o C, deoarece sectia nu este dotată cu instalație de apă gheață.[6]

3.4.6 Ambalare

Ambalajul utilizat asigură protecția produsului, îi conservă valoarea nutritivă și conținutul de vitamine pe toată durata de valabilitate.

Funcțiile principale ale ambalajului sunt:

-asigură distribuția eficientă a produsului;

-mentine igiena produsului;

-protejează componentele nutritive și aromă;

-marește termenul de valabilitate al produsului;

-transmite informații despre produs.[6]

Deoarece laptele este un produs ușor perisabil, iar expunerea la lumină are un efect de distrugere a vitaminelor și de a influența aroma produsului, ambalajul trebuie să-l protejeze de șocurile mecanice, de lumină și oxigen.[6]

Laptele pasteurizat pentru consum se ambalează în pungi din folie de polietilenă multistrat, imprimată. Ambalarea se face cu o mașină automată de ambalare lapte la pungă, tip ML 1800 (figura nr. 6), cu o productivitate de maxim 1800 buc./h.[6]

Cantitatea dozată poate fi reglată pentru gramaje de 0,500 litri și 1 litru. Mașina asigură dozarea volumetrică a laptelui, cu o eroare maximă admisă de 1,5%, urmată de termosudarea pungilor. Operațiile de dozare și de sudare a pungilor sunt comandate și controlate electronic.[6]

3.4.7 Depozitare, transport și livrare lapte de consum.

Navetele cu pungi de lapte de consum sunt stivuite pe europaleti, care sunt transportați cu ajutorul unui cărucior tip liză în camera frigorifică a secției( dulap frigorific), la o temperatură de depozitare de 2 – 4o C.[6]

Transportul laptelui de consum, din momentul ieșirii din camera frigorifică și până în momentul ajungerii în rețeaua de distribuție, va trebui asigurat la o temperatură de maxim 4oC, cu ajutorul mijloacelor de transport auto dotate cu agregate frigorifice și termoizolate.[6]

Perioada de valabilitate a laptelui pasteurizat pentru consum, ambalat în pungi de folie polietilenă închise prin termosudare este stabilit de producător, pe baza testelor de stabilitate (analiza periodică a probelor menținute la o temperatură de maxim 4o C).[6]

Capitolul 4

Memoriu tehnic de calcul

Calculul sistemului de alimentare

Alimentarea se realizează sub presiunea statică a coloanei de lichid din rezervorul de alimentare. Rezervorul este de fapt o camera de nivel constant.Lichidul de separare străbate orificiul de scurgere al rezervorului,trece prin camera de nivel constant, prevazută cu plutitor, ajunge in interiorul talerului de alimentare fiind condus apoi la orificiile de distribuție in pachetul de talere.

Datorită construcției, plutitorul asigura menținerea unui nivel aproximativ constant de lichid în camera sa.

Fig 4.1. Reprezentarea schematică a camerei de nivel constant

Calculul conductei de alimentare

Diametrul d al conductei de alimentare a camerei de nivel constant se calculează pentru un debit cât mai mare. Debitul maxim de alimentare va fi:

Qmax=Q+0,5·Q

Qmax=420 l/h

Q-debitul de lucru al separatorului

Qmax=v·(πd2/4)ψ

v-viteza de scurgere a laptelui prin orificiul de alimentare,[m/s]

d-diametrul orificiului de alimentare

ψ-coef. De debit ce depinde de nr. Reynolds

Viteza de alimentare se calculează în funcție de înaltimea de cădere cu relația:

unde: H-înaltimea de cadere în metri [m]

Se consideră că înaltimea minima de cădere va fi cel puțin o treime din înaltimea bazinului de alimentare pentru a asigura debitul necesar.

Hmax=0.4 m , se adoptă Hmin=0.15 m

Debitul maxim de alimentare a camerei de nivel constant va fi:

Qmax=420 l/h =116.667·10-6 m3/s

Din relația Qmax=v·(πd2/4)ψ rezultă:

Coeficientul de debit ψ este în funcție de nr. Reynolds.se adoptă ψ=0.57 urmând a se face verificarea numarului lui Reynolds.

Se calculează nr lui Reynolds cu relația:

Unde :

v-viteza de curgere a laptelui

d- diametrul conductei ; in m

υ-vâscozitatea cinematică a laptelui

μ-vâscozitatea dinamică a laptelui.

ρ=densitatea laptelui ,

Rezultă :

deci:

Se calculează coeficientul de debit pentru Re>10000

Pentru o bună curgere, coeficientul de debit recalculat trebuie sa fie mai mic decât coeficientul de debit ales , cu cel mult doua sutimi .Valoarea calculată a coeficientului de debit îndeplinește această condiție , deci diametrul orificiului de alimentare este 12 mm.

Din STAS 530/2- 81 se alege țeava din oțel inoxidabil alimentar cu:

De=14 mm

df=12 mm

δ=2 mm (grosimea peretelui țevii)

Calculul camerei de nivel constant

Constructive se adoptă Hmin= 180 mm , înaltimea minimă de alimentare cu lapte a separatorului .

Viteza de curgere:

Deci:

Diametrul conductei de legatură a camerei de nivel constant cu rezervorul se calculează pentru un debit de alimentare minim:

Qmin=Q-0.05·Q

Qmin=400-0.05·400=380 l/h =105.555·10-6 m3/s

Exprimat în funcție de diametrul conductei:

De unde rezultă diametrul conductei:

Se adoptă ψ=0.57 ,rezultând :

Se calculează numarul Reynolds :

Se calculează coeficientul de debit pentru Re>10000

Pentru o bună curgere, coeficientul de debit recalculat trebuie sa fie mai mic decât coeficientul de debit ales , cu cel mult doua sutimi .Valoarea calculată a coeficientului de debit îndeplinește această condiție , deci diametrul orificiului de alimentare este 11 mm.

Din STAS 530/2- 81 se alege țeava din oțel inoxidabil alimentar cu:

De=14 mm

df=11 mm

δ=1.5 mm

Înaltimea maximă de alimentare cu lapte se calculează din relația vitezei și a debitului:

respectiv:

Egalând cele două relații rezultă:

Prin recalculare , cu valoarea coeficientului de debit ψ=0.057 rezultă:

Se calculează ψ:

Diferenta dintre valoarea calculată a coeficientului de debit ψ și valoarea adoptată este mai mica de două sutimi , deci curgerea este corespunzatoare.

Calculul plutitorului

Pentru a asigura alimentarea cu un debit aproximativ constant este necesară menținerea unui nivel cat mai constant în vasul de alimentare cu ajutorul unui plutitor . În timpul funcționării , asupra plutitorului actionează urmatoarele forțe:

Fig 4.2. Schema forțelor ce acționează asupra plutitorului

Fh-forța de presiune datorată laptelui din rezervor

G-greutatea plutitorului

FA- forța lui Arhimede

Forța datorată laptelui din rezervor se obține cu ajutorul relației:

Unde: d1= diametrul conductei de alimentare cu lapte a camerei de nivel constant [m];

d1=0.0123 m

ρ=densitatea laptelui

g=9.81m/s2

H-înalțimea de alimentare

H=0.2 m

Înlocuind în relație rezultă:

Forța arhimedică:

Unde: h-înalțimea plutitorului [m]

D- diametrul plutitorului ,[m]

Se adoptă constructiv:

h=0,005 m

D=0,10 m

rezultând:

Pentru a se asigura de un nivel constant , greutatea plutitorului trebuie să îndeplinească urmatoarele condiții:

FA>G+Fh sauG> FA-Fh

Deci:

Gp<Glim=3.8-0.23=3.57 N

Calculul sistemului de evacuare

Calculul orificiilor de evacuare a laptelui degresat

Din bilanțul de material rezultă:

Qv=debitul de lapte integral

Qs=debitul de smântână

Qld=debitul de lapte degresat

qv=conținutul de grăsime de lapte integral

qs= conținutul de grăsime de smântână

qld= conținutul de grăsime de lapte degresat

qv=4.2%

qs= (10÷60)%

qld= 0.05%

Din ecuația de bilanț de material se obține sistemul de ecuații:

Înlocuind cu valorile numerice și ținând seamă de valorile extreme pentru conținutul de grăsime în smântână, se vor obține câte două valori, minim și maxim,pentru debitul de lapte degresat și pentru debitul de smântână.

Se adoptă constructiv:

r=12 mm

R=18 mm

Z=1

Viteza de curgere a laptelui este dată de relația:

ω-viteza unghiulară

n=8500 rot/min

Cu aceasta valoare , din relația debitului de lapte degresat rezultă:

Se obține diametrul conductei de evacuare a laptelui degresat:

Calculul orificiului de evacuare a smântânii.

Se adoptă constructiv:

r1=25 mm

R1=31 mm

Z1=1

Viteza de curgere a smântânii:

Introducând ψ=0.57 în relație rezultă:

Se recalculează Re și ψ:

Diametrul orificiului ales este de 2, 5 mm

Calculul rotorului separatorului

Rotorul unui separator are ca elemente component talerele și carcasă.

Talerul de alimentare are forma unui tub continuat cu o pâlnie tronconică cu înclinație de 500-600.

În mod normal la proiectarea separatoarelor , spațiu destinat sedimentării se adoptă între 40-90 cm3 pentru fiecare 100 l/h lapte separate.

Stabilirea turației rotorului

Turația rotorului se recomanda a fi cuprinsa între 6000-10000 rot/min , pentru o capacitate de 300-5000 l/h.

Se alege n=8500 rot/ min

Calculul diametrului interior al carcasei rotorului

Diametrul interior se determina cu relația:

Relația de calcul a volumului spațiului de depunere a impuritaților solide este:

t- timpul de funcționare continuua . Se adoptă t=4 h.

Q-capacitatea de lucru a separatorului Q=400l/h.

c-continutul de impuritați solide în laptele integral c=0.01%

Se obține:

Acest volum corespunde unei marimi a diametrului interior cu 6 mm,

Se adoptă următoarele valori:

Di’=184+6=190 mm

Di=184 mm – diametrul calculat

h=50 mm-înaltimea

Rezultă ca majorarea făcută este acoperitoare pentru volumul necesar.Se adoptă De=206 mm.

Calculul diametrului maxim al talerelor

Talerele se confecționează din oțel rezistent la coroziune 7TiNiCr 180, STAS 3583-82 cu urmatoarele caracteristici:

-călire 1050-11000C cu răcier în ulei sau în apă.

-rezistența la rupere 50daN/mm

-alungirea relativă 40%

-gâtirea la rupere 55%

Jocul între carcasa talerelor se apreciază la valoarea j-18 mm,diametrul maxim obținându-se cu relația:

Alegerea unghiului de înclinare al talerelor , α

Unghiul de înclinare al talerelor separatoarului centrifugal de lapte este cuprins între 500 si 550.

Alegerea diametrului minim al talerelor

Pentru alegerea diametrului minim al talerelor se ține seama de orificiile din talere pentru circuitul de evacuare a smântânii.

Se adoptă constructiv : dt=70 mm

Calculul înaltimii unui taler

Înaltimea H a talerului se calculează cu relația :

Se adoptă H=50 mm.

Calculul nr. de talere

Numarul de talere se obține din relația de calcul a debitului:

Q=400l/h

β=0.6-0.8 (coef tehnologic de debit)

d-diametrul globulei de grăsime

t=400C(are loc separarea)

n=8500 rot/min

Rt-raza maximă a talerului

rt-raza minimă a talerului

Verificarea criteriului Reynolds la curgerea între talere

Procesul de separare se produce în condiții optime dacă regimul de curgere în spațiul dintre ele este liniar.

Regimul de curgere este calculat cu relația:

vd-viteza de curgere a laptelui printer talere ,cm/s

de-diametrul echivalent al secțiunii, cm

υ-vâscozitatea cinematică , cm2/s

Relația este valabilă pentru conducte rectilinii și fărș rezistențe hidraulice.

Suprafața de curgere are forma tronconică și se calculează la o distanță oarecare R față de axa de rotație.

Viteza de curgere:

Diametrul echivalent:

Raza hidraulică:

Ω-aria secțiuni udate

χ-perimetrul udat

χ=2·π·R+2·π·R=4·π·R

Ω=2·π·R·b

Raza hidraulică va fi:

Q-capacitatea de lucru,m3/s

R-raza până la secțiunea de calcul, m

z-vâscozitatea cinematică, m2/s

v-1.03·10-3 m2/s

υ-1.36·10-6 m2/s

Experimental s-a observant ca Re critic depinde de distanța între talere, relația experimental pentru lichide omogene fiind următoarea:

În concluzie curgerea este laminară deoarece Re<Recritic

Verificarea indicelui separării ,S

Prin indicele criteria al separării se realizează o apreciere mai complexă a procesului de separare .Indicele criteria reprezintă raportul dintre numărul lui Froude și numărul lui Reynolds.

Unde indicele lui Froude este:

Rezultă:

Se obține:

Valorile extreme sunt :

Pentru R=0.02m , S=34.8

Pentru R=0.06 m, S=313.3

Verificarea diametrului de sedimentare a globulelor

Diametrul minim al globule de grăsime ce sedimentează se calculează cu relația:

Limita diametrului minim este intre 0.2·10-4 si 1·10-4.

Calculul timpului de sedimentare, τ

Timpul de sedimentare τ se obține cu relația:

Deci:

Calculul timpului de staționare în separator τ’

L-înalțimea rotorului , m, L=0.047m

Prin înlocuire se obține:

Pentru a realize separarea , trebuie ca τ ≤ τ’ dacă timpul de sedimentare este mai mic sau egal cu timpul de staționare a laptelui în laborator ,condiție care este îndeplinită.

CAPITOLUL 5

Calculul energetic Și de dimensionare

Calculul de rezistenta al carcasei rotorului.

Rotorul separatorului lucrează cu viteze mari. Forțele centrifuge care apar provoacă tensiuni mari în materialul din care sunt contruite părțile componente ale rotorului. Din acest punct de vedere poate fi considerat că o conductă cu pereți groși sau cu pereți subțiri.
Carcasa rotorului este realizată din oțel superior aliat 34MoCrNi15 stas 791-80, cu următoarele caracteristici:

σ0,2= 9000daN / cm2
σr=11000daN/cm 2
σt=4500daN/cm2
τ= l000daN/cm2
Folosind metoda generală de calcul a unei țevi cu pereți groși în mișcare de rotație, se poate obține următoarea expresie pentru determinarea tensiunii admisibile:

Forțele care acționează asupra carcasei sunt forțele masice uniform distribuite, datorate forțelor centrifuge și datorate presiunii lichidului pe pereți carcasei, de asemeni, uniform distribuite datoritä mișcării de rotație
Cele douä forțe provoacä întinderea, forfecarea și încovoierea carcasei.

Efortul unitar la întindere σ’t max datorat forțelor centrifuge, se calculează cu relația

Unde μ coeficient de contract transversal (coeficientul Poisson) pentru care contractul de oțel este μ = 0,3

Efortul unitar la întindere este datorat presiunii lichidului, și este dat de relația:

În care presiunea lichidului se exercită pe peretele interior, și este dat de relația:

Și deci:

Calcului lui σ”t max se face din condiția că viteză unghiulară să fie maximă

Considerând că:

– greutatea specifică a laptelui: γ1 = 1 g/cm3
– greutatea specifică a oțelului: γ = 7,85 g/ cm3

-coeficientul de contract transversal: μ = 0,3

– diametrul exterior al carcasei: D = 206 mm, r = 103 mm
– diametrul interior al carcasei: D = 184 mm, ri = 92 mm înlocuind în relația lui R rezulta

R= 1,18· r= 12,156cm

Se constatã că σt max = 1194,4 daN/cm2 < = 4500 daN/cm2, rezultând că peretele carcasei rezistă în solicitárile forțelor exercitate în funcționare.

Determinarea turației maxime din condiția de rezistență a carcasei

Din condiția de realizare a vitezei unghiulare maxime se poate scrie relația:

Inlocuind in relatie: ωmax = 1628,5 1/s
Deci turatia maxima este urmatoarea:

Dimensionarea și calculul de rezistență pentru piulița de strângere-închidere

Forța datorată presiunii interioare ce se formează în lapte în timpul procesului de separare se manifestă în special asupra piuliței de strângere, a carcasei rotorului și asupra fundului carcasei:
Într-o secțiune oarecare forța acționează ca în fig.

Forța care acționează asupra piuliței, F , este:

FP= FS + Fl

Unde: FS – foija de prestrangere, care, conform 2 are valoarea FS 300 600 daN

Fl -forta datorată presiunii laptelui

Relația de calcul a forței a fost determinată prin integrarea pe suprafața carcasei a presiunilor specifice de perete, unde:

ρl =densitatea laptelui, ρl = 1000 kg/m3

ω= viteză unghiulară a rotorului, ω = 890,12 s-1

R — raza interioară a carcasei rotorului, R = 0,095 m

Introducând valorile în relația de calcul a lui Fl , rezultä:

Fl =5068,5daN

Se alege FS =500 daN

FP =5068,5 + 500 = 5568,5 daN

Piulița este solicitată la încovoiere și forfecare. Dimensionarea se face la încovoiere și verificarea se face la forfecare.

Materialul din care se confecționează piulia este 0T40 cu următoarele caracteristici:

σr min =40 daN/mm2

σr incovoiere = 10 daN/mm2

τ= 8 daN/mm22

Di =22mm

De =30mm

H=14mm
Pentru dimensionare se folosește relația:

σi =efortul unitar la incovoiere in daN/mm2

Verificarea la forfecare se face:

Condiția este indeplinită, deci piulița rezistă la eforturile din timpul rotației. Numarul de spire necesar se calculează cu relația:
Unde σas -efortul admisibil la strivire. Pentru contact oțel pe oțel se recomanda
σas 70- 130 daN/cm2 . Se alege σas =100 daN/cm2
Din STAS 510-83 se aleg dimensiunile filetului, astfel:
D= 220 mm
Di =218 mm
D2 =216mm
P=1mm
Rezulta:

Se alege z = 10. Înălțimea este produsul dintre pasul filetului și numărul de spire
H=10 1=10mm
Rezultă că dimensiunea aleasă pentru înălțimea piuliței este corespunzătoare. Verificarea piulilei la întindere se face cu relația:

Echilibrarea rotorului

Funcționarea lină și silențioasă a separatorului depinde de raportul dintre turația de regim, turația criticã și de starea de echilibru. Dezechilibrärile produc inclinäri suplimentare neuniforme ale arborelui și lagărelor și vibrații ce duc la uzuri accentuate ale lagărelor și deformări premature ale organelor în mișcare.
Rotoarele sunt echilibrate dinamic în uzina constructoare. Datoritä imperfeciunilor ce nu pot fi evitate la echilibrare, rezultä o anumitä excentricitate a centrului de greutate, excentricitate care se aplicã în timp, determinând deformarea axei arborelui de susținere.
Condiția ce se impune pentru o funcionare linä a separatorului este:
unde:
n- turația de regim a motorului
ncr- turația critică, care este calculatä din condiția de rezonanță a sistemului arbore-rotor de separare
Conform [2], valoarea recomandatä a raportului este cuprinsă între 10 și 20 deoarece atunci când valoarea raportului este mare trecerea rotorului prin turație de rezonanță se face într-un interval mic de timp, se alege:

din acest raport se calculează valoarea turației critice.

Dacă antrenarea rotorului se face în centrul său de greutate (fig. C5.4) turația critică se calculează cu relația [3].
Unde :

G — greutatea rotorului plus gerutatea axului vertical, în daN/cm
K — rigiditatea totală a arcurilor de reazem, în daN/cm
rx , rz — raze de girație ale rotorului în raport cu axele OX și OY/cm

Calculul momentelor de inerție ale rotorului

Pentru a se calcula razele de inerție este necesar să se calculeze momentul de inerție și poziția centrulul de greutate al rotorului.
Aceste calcule implică împărțirea rotorului în corpuri simple ( cilindri și trunchi de con). Relațiile de calcul sunt următoarele:

Unde: XCG -coordonata centrului de greutate al rotorului măsuratã de la baza acestuia, în mm
di -distanta de la baza rotorului la centrul de greutate al fiecărui corp,mm
Mi-masa fiecärui corp detreminata cu relațiile:
– pentru corpuri cilindrice:

-pentru corpuri tronconice:

Unde: γ- greutatea specificã a materialului,în kg/dm3 , γ= 7,85 kg/dm3
R -raza exterioară a cilindrului,în mm
r – raza interioară a cilindrului, în mm
H – generatoare cilindrului, în mm
Re , Ri , re , ri – razele exterioare și interioare ale trunchiului de con, în mm
H’ – înălțimea trunchiului de con, în mm
Se determină coordonatele centrului de greutate pentru fiecare corp:
– pentru corpuri cilindrice:

– pentru corpuri tronconice, distanța față de baza mare

Dar corpurile nu sunt pline, deci coordonata se corecteazà cu relația:

Unde indicii p și g se referă la corp plin respectiv la corp gol

Schema înmulțirii rotorului în corpuri simple este dată în figură 5.1. Datele au fost sistematizate în programul de calcul tabelar EXCEL, iar rezultatele sunt prezentate în tabelul 5.4.

Din acestea se extrag valorile finale:
– greutatea rotorului:

-coordonata centrului de greutate a rotorului XCG:

Fig . 5.1. Schița rotorului împreună cu arborele de antrenare.

Momentele de inerție se calculează față de axa OX și față de axa OZ, cu urmatoarele

Relații:

Pentru corpuri cilindrice :

Pentru corpuri tronconice:

Unde Ri și ri sunt măsurate în dreptul centrului de greutate respectiv:

Se calculează apoi momentul de inerție față de axa care trece prin centrul de greutate al rotorului, cu relația:

Unde ci este distanța de la centrul de greutate al rotorului la centrul de greutate al

fiecărui corp.

Din datele sistematizate cu programul de calcul tabelar EXCEL se obțin momentele

de inerție totale, însumând valorile momentelor de inerție:

Table 5.4.

Fig . 5.2. Împarțirea rotorului în corpuri simple

Capitolul 6

Alegerea motorului de antrenare

În funcționarea separatorului centrifugal de lapte se pot determina trei perioade:

– perioada de pornire — funcionarea În gol cu creșterea turației până la turația de regim;

– perioada de mers în gol — funcționare la turația de regim fără a fi încărcat;

– perioada de mers în sarcină — funcționare la turația de regim, încărcat

Calculul puterii de pornire

Puterea de pornire se determină cu relația:

Unde:

Pd — puterea necesară pentru demarare, în W
Pa — puterea necesară pentru învingerea rezistenței aerului în W
ηt— randamentul transmisiei, ηt = ηr = 0,99
ηr — randamentul lagărului cu rulmenți
Puterea pentru demarare se determină cu relația:

Unde:

td —timpul de demaraj. Se recomandă td = 3 mm = 180s

Js — mormentul de inerție al rotorului,
ω — viteză unghiulară a rotorului

Puterea necesară pentru învingerea rezistenței aerului Pa, se determină din relația

Unde:

A — aria laterală a suprafeței ce se rostogolește, în m2
v — viteza periferică a rotorului, în m/s
τ — efortul unitar tangenial pentru corpul care se rotește, efort ce se opune rotiri, în N/m2

Unde:

c — coeficientul de rezistență aerodinamică. c = 0.03
γa— greutatea specifică a aerului γa =1,23 kg/m3
v=ω·R = 890,12 ·0.07575 = 67,43m/s
Raza suprafeței care se rotește, luată în dreptul centrului de greutate.

Deci puterea de pornire este:

Pp = 267,7 W

Calculul puterii de mers în gol

Calculul puterii de mers în gol se realizează cu relația:

CaIculul puterii de mers în sarcină

Calculul puterii de mers în sarcină se realizează cu relația:

Unde:

Pa — puterea necesară pentru învingerea rezistenței aerului,

Pe — puterea necesară pentru evacuarea subproduselor din separator,
Ph — puterea necesară învingerii frecăriilor hidraulice din rotor,
Unde:

M1/t — debitul de lapte evacuat, în kg,
M1/t=Q1·ρ1 = 103,421· 10-6 ·987,2=0,102kg/s
V0 — viteza de curgere a laptelui prin orificiul de evacuare
V0=R0·ω
R0 — raza de dispunere a orificiului de evacuare a laptelui
R0 = 0,027m
V0 =0,027 ·890,12 = 24 m/s
P. =0.102·24/2=1,23W
Puterea necesară învingerii rezistențelor hidraulice este stabilită experimental și se consideră 10 -15 w pentru fiecare 1000 de litri de lapte degresat.

Din condiții de dimensionare se adoptă Ph = 15.
Puterea totală de mers în sarcină este:

Alegerea motorulul

Criteriul de alegere a motorului este durata de funcționare. Deoarece perioada de funcționarea în sarcină a separatonilui este mult mai mare în comparație cu celelalte perioade, pentru alegera motorului se utilizează puterea necesară pentru funcționarea în sarcină. Pentru siguranța în funcționare se ia o rezervã de putere de 1,1 — 1,2.

Pm=1.1· P8=1,1·150=165W

Se alege un motor electric monofazat cu urmãtoarele caracteristici:

– puterea nominală: 0,37 KW

– turația: 1450 rot/min

alirnentarea: 220 V. 50 Hz

Curba caracteristică a variației cuplului cu alunecarea este reprezentată în diagrama următoare:

Fig. 6.1. Diagrama cuplu — alunecarea

Porțiunea stabilã de funcționare a cuplului prezintă o pantä foarte mare, cuplul crescând rapid cu mărimea alunecärii, deci turația motorului asincron monofazat variază puțin cu sarcina. Cuplul dinamic de accelerare este dat de relația:

Mj =Mp-Ms=j ·dΩ/dt

Acesta apare numai în momentul în care apare cuplul de pornire superior cuplului rezistent. J reprezintă momentul de inerție, adus la axul motor — mecanism acționat.
În aceste condiții motorul pomete cu accelerația dΩ/dt pozitivă, care depinde de Mj și turația sa crește deci alunecarea scade până ce cuplul rnotorului devine egal cu cuplul rezistent. .
După ce procesul pornirii s-a încheiat, motorul intră în regim stabil de funcionare cu turația n constantã, corespunzãtoare sarcinii sale.

Caracteristica mecanicä a motorului monofazat este următoarea:

Fig. 6.2. Caracteristica mecanică a motorului monofazat

Folosirea acestui tip de motor electric are avantajul unei simplificări a transmisiei separatorului, a unei bune adaptări la variațiile de sarcinã ce apar în timpul funcționării, al unui consum de energie proporțional cu puterea necesarã antrenärii rotorului, și al unui timp mic de pornire.
Calculul timpului de demaraj se face cu relația:

Calculul coeficientului de încarcare în lucru se face cu formula:

CAPITOLUL 7

Calculul transmisiei

Din motive de simplitate constructivă și costuri, având la dispoziție poțiunile de transmisie prin curea lată sau prin angrenaje cu roți dințate, se adoptă transmisia cu curea lată.

Transmisia separatorului centrifugal de lapte se compune din :

Motorul electric de antrenare

Arborele de antrenare

Transmisia cu curea lată

Arborele vertical este susținut de două lagăre cu rulmenți. Lagărul superior este un lagăr montat la carcasă prin intermediul unor resorturi elastice ce permit amortizarea vibrațiilor. Lagărul inferior constă dintr-un rulment oscilant cu role tip butoi.

Momentul de torsiune se transite de la axul motorului la arborele vertical prin cureaua lată.

Calculul arborelui

Predimensionarea arborelui

Întrucât nu se cunosc detaliat forțele de pe arbore, deoarece încă nu a fost proiectată transmisia, predimensionarea arborelui se face la torsiune, admițând însă valori reduse ale eforturilor unitare.

Arborele este confecționat din OLC45

Τat =1.5 – 3.5 daN/mm2

Datele inițiale pentru calculul transmisiei mecanice sunt viteză unghiulară ω și puterea arborelui.

Momentul de torsiune se determină cu relația :

Unde : PML – puterea necesară mașinii de lucru, în KW

ωML – turația mașinii de lucru , în rad/s

Cea mai mare putere pe care arborele trebuie să o transmită este puterea de pornire Pp.

Cu valoriile obținute introduse în relația de calcul a diametrului arborelui, se obține :

Din condițiile constructive și de execuție se alege d= 20mm.

Calcului reacțiunilor și al diagramei de momente

În figuriile următoare se indică poziția și orientarea forțelor ce acționează asupra arborelui :

Unde :

G – greutatea. G= m*g = 2.1 * 9.81 = 20.6 N

Fc – forța centrifugă. Fc = m*r*ω2=8.41*0.003*890.122=19990 N

R – excentritatea arborelui, din fabricație

Mt – momentul de torsiune, Mt = 240.4 N*mm

V- reacțiuni verticale

H – reacțiuni orizontale

Reacțiuni orizontale :

ΣMA =0

ΣMB = 0

Reacțiuni verticale :

V=G=20.6 N

Verificarea arborelui la solicitarea compusă

Verificarea constă în determinarea efortului echivalent maxim, ținând seamă de variația în timp a momentului de torsiune și a momentului de încovoiere echivalent.

Conform celei de-a III-a teorii de rezistență

Se poate considera că solicitarea compusa este o solicitare simplă de încovoiere, produsă de un moment de încovoiere.

Unde : σiech – efortul unitar la încovoiere echivalent

Σai max – rezistența admisibilă la încovoiere echivalentă maximă

Wy – modulul de rezistență la încovoiere al secțiunii arborelui cu moment de încovoiere maxim.

Momentul de încovoiere echivalent maxim se determina cu relația :

Rezultă prin calcul :

σiech=σai max= 1400÷1600daN/mm2

Arborele rezistă la solicitare compusă.

Determinarea turației critice

Determinarea turației critice se face cu relația:

Unde : Fj – Forța ce acționează asupra arborelui

Fj – săgeata maximă statică dată de fiecare forță în parte în dreptul forței Fj

Rezulta turația critică :

Pentru turația 27.3 rot/min, sistemul rotor – arbore intră în starea de rezonanță, având oscilațiile cu amplitudinea cea mai mare de pe parcursul trecerii de la turație zero la turație nominală de lucru.Acest lucru se datorează imperfecțiunilor în echilibrarea rotorului.

Calculul transmisiei cu , curea lată

Elementul principal al transmisiei este cureaua de transmisie. Se alege curea de cauciuc, întărită cu țesătură textilă sintetică.

Elementele cunoscute sunt următoarele :

n1= 8500rot/min

n2=1450 rot/min

i1=5.87

Din relația:

d2=(1 – ξ)*d1*i1

unde ξ – coeficien de alunecare.ξ = 0.015

Rezultă următoarele diametre :

d1- diametrul roții de curea fixată pe axul rotorului separatorului

d1=28 mm

d2-diametrul roții de curea fixată pe axul motorului electric

d2=162 mm

Fig.7.1. Schita transmisiei cu curea lata

Grosimea curelei se determină cu relația :

h=d2*(h/d2)

Unde : h/d2=1/32 este raportul dintre grosimea curelei și diametrul roții motoare:

h=5mm

Alegerea distanței dintre axele celor două roți se face cu relația :

Aopt=2*(d1+d2)=2*(28+162)=380mm

Lungimea curelei se stabilește în funcție de geometria transmisiei, cu relația:

Calculul frecvenței îndoirilor :

Unde : VL- viteza liniară a curelei

Rezultă lățimea curelei:

Durabilitatea curelei este dată de limitarea funcționării în timp, datorită solicitărilor variabile la care este supusă în timpul funcționării.

Durabilitatea curelei se calculează cu relația :

Unde: Nb- numărul de cicluri de bază. Nb=107 cicluri

σb- efortul limită pentru un număr de cicluri de bază . σb=9N/mm2

q-coeficient dependent de raportul dinre tensiunile pe cele două ramuri

q=5

σmax- efortul maxim din curea, pe ramura conducătoare:

Kσ- coeficientul ce ține seamă de diferența efortului maxim la cele două roți.

σmax c- efortul din ramura condusă a curelei :

Se calculează durabilitatea curelei unde Lh=12148 ore de funcționare

Recomandarea fiind ca durabilitatea curelei să fie mai mare de 10000 ore de funcționare, în acest caz durabilitatea curelei este bună.

CAPITOLUL 8

Calculul reglajului CONCENTRAȚIEI de GRĂSIME ÎN smântâna

La separatorul centrifugal de lapte se poate obține reglarea procentului de grăsime în smântâna prin modificarea timpului de staționare a subproduselor în separator. Reglarea se poate face pe circuitul de lapte degresat sau pe circuitul de smântâna.
Dispozitivul de reglaj este construit dintr-un element prevăzut cu filet, având un orificiu de trecere cu diametru cunoscut. Pentru reglarea concentrației de grăsime an smântâna, pe baza faptului că acesta nu se poate face pe parcursul funcționării, ci înainte de alimentare cu lapte integral, se folosesc mai multe astfel de elemente, având diametre interioare diferite, în funcie de concentrația dorită.

Reglajul are la bază modificarea rezistenței hidraulice la evacuarea laptelui degresat ca urmare a modificării secțiunii de evacuare. Modificarea secțiunii se aflä în raport direct cu debitul de evacuare cu procentul de grăsime în smântâna,și În raport invers cu rezistena hidraulică.
Calculul urmărește trasarea unei monograme pe baza căreia sã se poatã determina cantitatea de smântâna cu un anumit conținut de grăsime, în funcție de diametrul de evacuare a laptelui.

Se va calcula debitul de lapte degresat în funcție de viteză de curgere a laptelui degresat.
Se cunosc:

R = 23 mm
r =26 mm
r0 = 2 mm
G=3mm

  Reglarea se efectueazã prin deplasarea piuliței de reglaj M1O cu alezaj interior. Din necesități de reglaj pasul filetului se adoptă 0,5.

Calculul ariei interstițiului minim de pătrundere a laptelui între gâtul talerului superior și orificiul de evacuare, când piulița atinge gâtul, se face prin aproximare. Pentru aceasta se calculează distanțele de la muchia orificiului piuliței la gât, cu un pas de 15o , prin proiectarea distanței de la axa piuliței pe planul de contact al piuliței cu gâtul și însumarea ariilor obținute.

Formula de calcul generală a segmentului este:

Unde R este raza suprafeței exterioare a gâtului cu care intră în contact piulia, iar α este unghiul dintre poziția zero, pentru care existá contact direct, și pasul multiplu de 150 pentru care se efectueazä calculul distanței.

Diviziunea de 150 de pe desfaurata ariei interstițiului este 1/24 din circumferința orificiului interior, sau:

unde α este diviziunea de 150

Deoarece aria minimă este simetrică pe cele 4 cadrane, pentru calcularea ei este necesar un singur cadran:

Table 8.1.

Suma totală a ariilor se obtine prin aproximare cu metoda trapezelor:

Suprafața orificiului:

La fiecare sfert de rotatie variatia de sectiune de curgere este:
Aria minima este 0,545 mm2 :aria maximă (secțiunea prin orificiul piuliei)
Numărul de sferturi de rotatie ale piuliei în cadrul reglajului este:
În concluzie reglajul concentrației de grăsime în smântâna este eficient pe parcursul a douä rotații complete a piuliței, după care concentrația nu mai depinde de piuliță, deoarece secțiunea de evacuare este maximă, egală cu seciunea orificiului piuliței.
In=i·r·Δp distanța de la axa gâtului până la planul interior al orificiului.
Viteza de curgere a laptelui este dată de relația:

Se calculează Reynolds pentru viteza respectivă:

Se calculează apoi coeficientul de debit:

Deoarece se cunosc A si v, se calculează debitul de lapte degresat și debitul de smântână cu relațiile:

Valorile corespunzătoare se trec în tabelul de mai jos. Datele din tabelul 8.2 servesc Ia trasarea curbei debitului de smântâna în funcție de reglajul executat.

Tabelul 8.2.

Reglajul este funcțional în domeniul 0-1/ 1,6 rotații adică pe intervalul 0- 225° de rotație a piuliței, începând din poziția de concentrație maximă. La ieșirea din acest interval toată cantitatea de lapte integral introdus se evacuează pe la orificiul de lapte degresat.
Pentru un reglaj mai fin se impune reducerea diametrului orificiului.

Calculul procentului de grăsime în smântâna

Pornind de la ecuația de bilanț de materiale:

Se observă că conținutul de grăsime în smântânã este în funcție de debitul de smântâna Qs.

Procentul de grăsime qv din laptele integral variază în limite 3-5% iar laptele degresat admite un procent de grăsime qtl =0,05 %

Pentru un anumit conținut de grăsime în laptele integral și pentru un anumit procent de grãsime în smântâna se determină debitul de smântână și de lapte degresat.

Valorile lui qs în funcție de qr și Qs se gasese în tabelul 8.3 .

Tabelul 8.3.

Citirea nomogramei:

Pentru un procent de grăsime în laptele integral cunoscut, de exemplu

qv = 4,2 % și pentru un procent de grăsime în smântâna impus, de exemplu

qs = 40%, se determinã numărul de rotații optim ce trebuiesc date șurubului de reglaj.

Citirea are urmãtorul traseu: din punctul A pe abcisa în cadrul II corespunzător unui qs = 40%,se ridică o paralelă la ordonata până în punctul B. Din punctul B se duce o paralelă la abcisa până în punctul C pe ordonatä, în care se citețe debitul de smântâna în E, corespunzător numărului de 0,25 rotatiii ale piuliței de reglare respectiv 15o .

CAPITOLUL 9

NORME DE PROTECȚIA MUNCII

Masuri pentru protectia muncii in sectorul prelucrarii laptelui

Pentru evitarea accidentelor de munca si imbolnavirea personalului care lucreaza in laptarii trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

    Laptaria va avea asigurata iluminarea si ventilatia naturala si artificiala corespunzatoare pentru a nu dauna sanatatii personalului.

    Tavanele si peretii laptariei vor fi netezi, podeaua impermeabila, nealunecoasa.

    Instalatia electrica va fi protejata impotriva apei, iar toate aparatele actionate electric vor fi prevazute cu automate de protectie si vor fi bine izolate pentru a nu provoca electrocutarea personalului.

Se interzice:

    Executarea de improvizatii la instalatia electrica, masini.

    Mentinerea in dotare a masinilor a caror piese nu sunt in stare perfecta de functionare.

    Prezentarea la locul de munca a personalului care nu poarta echipamentul corespunzator locului de munca.

    Folosirea dezordonata a echipamentului de protectie care prin prinderea de catre organele masinilor in miscare poate duce la accidente de munca.

    Amplasarea la distante mari a sistemelor de pornire/oprire a electromotoarelor, utilajelor.

Protectia muncii la efectuarea analizei laptelui

  Substantele toxice si nocive se tin incuiate in dulapuri speciale, in borcane sau sticle bine inchise, etichete cu inscriptia „Pericol de moarte” in afara de numele reactivului. Dintre reactivi cel mai mare pericol il reprezinta H2SO4 , folosit la determinare grasimii. Este absolut necesar respectarea urmatoarelor reguli la folosirea acestuia:

    Pastrarea acidului sulfuric in sticle de culoare inchisa cu dop de sticla.

    La diluare se pune acid in apa si nu invers.

    Manipularea se face numai cu echipamentul special de protectie(ochelari, sort, manusi de cauciuc).

In cazul arsurilor cu soda caustica locul arsurii se clateste cu multa apa, se spala apoi cu otet, se clateste din nou cu apa, ungandu-se cu vaselina.

In toate sectoarele de prelucrare a laptelui trebuie sa existe o trusa de prim ajutor. Aceasta trebuie sa fie la un loc sigur, iar de aceasta trebuie sa stie tot personalul in caz de accident sa o poata folosi.

Igiena utilajelor, a ustensilelor de lucru si a ambalajelor

Se asigura dupa fiecare intrebuintare. Fazele spalarii si dezinfectarii sunt urmatoarele:

    Demontarea unor parti din instalatii sau utilaje care necesita spalare.

    Indepartarea resturilor(impuritatii, materii groase) cu apa calda(35-40 oC).

    Controlul solutiilor in timpul spalarii.

    Indepartarea urmelor de solutie prin spalare cu apa calda.

    Dezinfectarea cu solutii dezinfectante.

    Clatirea cu apa rece.

    Instalatiile de pasteurizare, imbuteliere, pompele de lapte se spala de obicei mecanic in circuit continuu.

Igiena mijloacelor de transport 

Mijloacele de transport pentru lapte necesita spalare, dezinfectie dupa fiecare transport. Cisternele care transporta lapte vor fi clatite cu apa rece si calda pentru indepartarea resturilor(de lapte) din interior si din canalele de scurgere. Spalarea se face in general mecanic cu pompa, in circuit inchis folosind o solutie alcalina la temperatura de 60-70 oC/8-12 minute dupa care se clateste cu apa. Dezinfectia se face prin aburire sau folosirea solutiei de clor urmata de clatire cu apa.

Masuri specifice in sectorul de pasteurizare

Pasteurizatorul cu placi. Se interzice:

    Montarea conductelor de legatura la mai mult de doua nivele si fara suporturi fixe care sa le asigure stabilitate.

    Folosirea instalatiilor fara tablite indicatoare pentru fiecare circuit sau fara sageti indicatoare pe manerele canalelor.

    Folosirea instalatiei mai mult de patru ore fara efectuarea spalarii cu apa si solutie chimica conform normativelor in vigoare.

    Punerea in functiune a instalatiei fara a se face proba la placi si la conductele de apa rece.

    Punerea in functiune a instalatiei fara verificarea periodica a legaturii la nulul de protectie.

    Folosirea pieselor aflate sub tensiune fara ca acestea sa fie protejate impotriva atingerii directe.

    Stropirea sau spalarea pompelor, a tablourilor electrice cu apa, existand pericol de electrocutare.

    Parasirea locului de munca sau incredintarea instalatiei unor persoane neinstruite.