Author Archives: Administrator

Uscator de fructe 200kg

Dimensionarea uscatoarelor convective pentru fructe si legume

Category : Uscatoare

In ultimii doi ani am constatat o crestere rapida a interesului agricultorilor si oamenilor de afaceri privind activitatea de uscare a fructelor si legumelor. In acest scop am analizat cererile acestora si am constatat ca marea lor majoritate au nevoie de instalatii de uscare de pana in 2-3 tone / sarja, foarte rare fiind cazurile in care au fost inregistrate cereri pentru utilaje mai mari. Dintre acestia, peste doua treimi au solicitat informatii privind instalatii de pana in 400 kg de fructe proaspete pe sarja. Avand in vedere aceste cerinte am recomandat utilizarea uscatoarelor convective cu tavi (navete). In continuare vom explica modul de alegere si dimensionare al utilajului in functie de productivitate, tipul produselor, combustibil, constructie si optimizarea costurilor.

Introducere

Fructele si legumele asigura fibre, minerale si vitamine indispensabile pentru o dieta sanatoasa in alimentatia oamenilor. Consumul de fructe si legume joaca un rol important in preventia unor boli cronice, probleme cardiovasculare, diabet tipul II, dementa, si al unor tipuri de cancer. Aceste observatii au dus la recomandarile Organizatiei Mondiale a Sanatatii conform carora trebuie consumata zilnic o cantitate de minim 400g de produse vegetale. Pe langa aportul de vitamine si minerale frutele si legumele reprezinta o sursa de fibre si nutrienti esentiali care au o serie de efecte benefie privind sanatatea cum ar fi antioxidanti, antiinflamaotrii, duc la scaderea grasimilor si au efecte benefice asupra presiunii sangelui si a functiilor endocrine [9].

Cu toate ca fructele si legumele proaspete asigura un nivel mult mai ridicat de nutrienti, conservarea acestora este necesara pentru asigurarea acestor elemente pe intreaga perioada a anului. Conservarea produselor prin utilizarea de temperaturi inalte sau expunerea la oxigen duce la pierderea unei parti importante din nutrienti, in mod special de vitamine, unele dintre acestea fiind distruse la temperaturi de peste 40 grade celsius [5]. Pastrarea acestor produse in stare proaspata este posibila numai pentru o perioada limitata de timp [19].

Uscarea este una dintre cele mai vechi forme de conservare a fructelor si legumelor. Prin uscare se reduce continutul de apa al produslui in scopul conservarii acestuia dar de asemenea pentru reducerea masei si volumului acestora, a costurilor cu ambalarea, stocarea si transportul [4]. In vederea uscarii produsele vor fi selectate, curatate, taiate, si li se pot aplica unele tratamente premergatoare cum ar fi blansarea (oparirea). Prin blansare se opresc reactiile enzimatice, sunt distruse microroganismele daunatoare si se reduce timpul de uscare. Uneori produsele sunt tratate cu o solutie de dioxid de sulf pentru conservarea culorii si reducerea pierderii carotenului al a acidului sorbic. In vederea pastrarii nutrientilor si vitaminelor s-au dezvoltat tehnologii de uscare la rece aceste echipamente sunt mult mai scumpe si complexe decat sistemele clasice prin convectie si in general acest procedeu se foloseste in industria farmaceutica. Dupa uscare, produsele sunt ambalate si pot fi stocate la temperaturi cuprinse intre 10 si 25 grade celsius, in functie de continutul final de umiditate si destinatia acestora.

Conservarea prin refrigerare spre deosebire de uscare pastreaza o parte importanta a nutrientilor, dar produsele vor trebui stocate la temperaturi scazute pe toata perioada conservarii, pana cand acestea vor fi folosite, lucru care implica costuri mult mai ridicate dect in cazul uscarii.

Prelucrarea prin pasteorizare si steilizare (producerea de conserve, compoturi, gemuri, dulceturi si alte produse finite) reprezinta un procedeu de conservare care duce la produse cu un termen de valabilitare al produselor mare cat si la produse cu o valoare adaugata ridicata.

Achizitia unui utilaj pentru uscare trebuie gandita bine deoarece caracteristicile acestuia influenteaza atat fluxul tehnologic cat si costurile initiale ale unei afaceri de acest gen. Dimensionarea utilajului se porneste de la cantitatea de produs uscat care trebuie produsa sau proaspat care se doreste a fi uscat. In cazul in care pornim de la cantitatea de produs uscat trebuie sa calculam masa produsului proaspat care va fi supusa procesului pentru a putea dimensiona apoi suprafata de uscare, centrala termica si restul elementelor de executie. Dupa dimensionarea suprafetei de uscare vom alege dimensiunea tavilor si modul de amplasare al acestora. Pentru un numar ridicat de tavi, cazul uscatoarelor cu o capacitate de peste 200kg de produs proaspat, vom utiliza si carucioare pentru un trasport mai facil al produselor.

Alegerea centralei termice se va face in functie de disponibilitatea sursei de energie si puterea necesara. In unele cazuri centrala termica va fi utilizata pentru mai multe uscatoare, pentru alte procese tehnologice sau pentru incalzirea spatiilor de productie, astfel puterea necesara va fi mai mare decat cea destinata uscatorului.

Indiferent de procedeul de conservare ales este important ca procesul tehnologic sa nu se opreasca aici deoarece numai prin prelucrarea materiei prime si productia de produse finite destinate consumatorilor se poate obtine un profit ridicat, benefic atat pentru companie cat si pentru zona in care aceasta isi desfasoara activitatea prin creearea de locuri de munca. [Emisiunea Biziday, Moise Guran]

Nota: sectiuni din acest articol au fost publicate de catre autor in urmatoarele reviste de specialitate: Analele Facultatii de Inginerie din Hunedoara, INMATEH, Buletinul Stiintific UPB


Surse de energie pentru uscarea alimentelor

Consumul energetic va reprezenta principalul cost de operare al unui utilaj de uscare. Consumul energetic este reprezentat de consumul de energie termica necesar incalzirii si vaporizarii apei si de energia electrica necesara vehicularii aerului si sistemului de control al procesului.
Utilajele care functioneza convectiv si fara recuperatoare de caldura au un randament de maxim 50% datorita caldurii evacuate odata cu aerul care contine umiditatea preluata de la produse. Prin utilizarea unui recuperator de caldura randamentul termic al unei instalaii de uscare convectiva poate fi ridicat cu pana la 30%, dar acest dispozitiv poate fi folosit numai in anumite cazuri deoarece implica curatarea sa periodica, iar datorita constructiei sale acest lucru este destul de dificil.

Exemplu de calcul al costului cu energia la uscarea prunelor
Exemplu de calcul al costului cu energia la uscarea prunelor

Inainte de achizitonarea unui utilaj pentru uscare, va trebui sa analizam datele prezentate de catre producator. Un consum prea mic raportat va trebui sa va ridice semne de intrebare privind corectitudinea valorii. Un consum prea mare inseamna ca undeva procesul fie nu este optimizat fie are piederi de caldura.

Un consum minim de energie termica in cazul uscatoarelor convective care lucreaza in gama de temperaturi 40 – 90C este de 1.4 kwh / kg apa evaporat [3], tinand cont de randamentul teoretic maxim de aproximativ 50% al acestui tip de utilaje. In cazul in care un uscator este bine proiectat acesta se poate apropia de acest randament teoretic. De asemenea pentru vehicularea aerului se utilizeaza ventilatoare care pot avea un consum cuprins intre 1 si 3 kw. Pentru asigurarea unui transfer optim al umiditatii se recomanda o viteza a aerului cuprinsa intre 2 si 4 m/s. In medie pentru fiecare 100 kg de produse este necesar un consum de energie electrica de 1.5 kwh pentru vehicularea aerului si pentru functionarea sistemelor de control.

In cazul uscatoarelor cu pompa de caldura, randamentul este similar ca in cazul utilizarii unui recuperator de caldura dar trebuie avut in vedere ca pompele de caldura functioneaza in marea majoritate a cazurilor cu energie electrica, care poate fi de regula de 3 ori mai scumpa decat energia termica produsa prin arderea combustibililor sau deseurilor, astfel un randament mai ridicat nu inseamna automat si economii financiare. Tot in cazul acestor utilaje trebuie avut in vedere faptul ca achizitia, intretinerea si reparatia acestor utilaje sunt mult mai costisitoare decat in cazul utilizarii unei instalatii clasice. Aceste utilaje pot fi folosite in cazul unor produse scumpe sau sensibile la caldura cum este cazul catinei care se usuca la maxim 40C deoarece peste acesta temperatura sunt distruse caracteristicile cautate in produsul final. De asemenea aceste utilaje pot fi folosite cu mai mult succes in perioada calda decat in perioada rece. Acest lucru se datoreaza faptului ca in perioada verii daca se doreste uscarea unor produse la 40 de grade si aerul proaspat atmosferic are 30-35 grade si o umiditate relativa de 70-80%, acest tip de utilaj poate reduce continutul de umiditate al aerului in asa fel incat procesul sa decurga corespunzator, lucru care nu se intampla in cazul uscatoarelor clasice. Totusi in zonele montane si de deal din Romania pot fi folosite cu succes in marea majoritate a timpului instalatiile clasice de uscare.

Pentru o instalatie care functioneaza cu un consum termic de 1.4kwh / kg apa evaporat consumul pentru diferite tipuri de combustibil raportat la 100 kg de apa evaporat este:

Nr. Crt.Tipul combustibiluluiConsum raportat la 100 kg de apa evaporata
1Electric140 kwh
2Gaz (38 MJ/mcN ~ 10 kwh / mcN)14 mcN
3Lemn de foc (1800 kwh / mc ~ 4.2 kwh / kg)0.08 mc sau 34 kg
4Peleti ( 5.3 kwh / kg )27 kg
5Tocatura lemn (4 kwh / kg)35 kg
6GPL (25.8 kwh / mc)5.5 mc
7Motorina (11.8 kwh / kg)12 kg
8Carbune (15…25 MJ/kg ~ 4.1…7 kwh / kg)34…20 kg
9Solar (1…1.4 kwh / mp)14…10 mp panouri *

* – s-a calculat pentru un proces care dureaza 10 ore.
Pentru dimensionarea centralei termice se ia in considerare cel mai scurt timp de uscare dintre produsele ce doresc a fi uscate si se foloseste urmatoarea ecuatie pentru a calcula puterea minima a centralei termice:


Calendarul uscarii fructelor si legumelor

Pentru a fi cat mai eficient procesul de productie, un utilaj trebuie sa lucreze pe intreaga perioada a anului. Nu mereu acest lucru este posibil, dar in cea mai mare parte a timpului acesta poate usca diverse fructe si legume in functie de perioada acestora de coacere sau aceleasi tip de produse dar din soiuri diferite care au perioade de coacere la un interval de timp care sa permita recoltarea si uscarea acestora. In cazul in care se suprapun perioade de coacere pentru doua fructe, vom usca fructele care nu pot fi inmagazinate fara a se deteriora.

Calendarul de coacere al fructelor
Calendarul de coacere al fructelor
Calendarul de coacere al legumelor
Calendarul de coacere al legumelor

Constructia uscatoarelor de fructe si legume

Category : Uscatoare

In functie de posibilitatile fiecaruia, pot exista producatori care achizitioneaza un uscator de la o firma specializata si altii care folosidu-si priceperea isi pot executa singuri incinte pentru uscare, putand ulterior a le dota cu sisteme moderne de automatizare. In ambele cazuri cateva detalii trebuiesc avute in vedere atat la achizitie cat si la constructie.

Grosimea si calitatea izolatiei sunt cele mai importante caracteristiti ale unui uscator. De aceste elemente depinde in mod direct eficienta energetica a instalatiei. O izolatie slab executata sau prea subtire poate duce la pierderi mari de caldura ceea ce va scadea eficienta instalatiei. Cu cat izolatia este mai groasa si puntile termice dintre carcasa interioara a camerei si carcasa exeterioara sunt mai slabe, cu atat eficienta creste. O mare atentie trebuie acordata de asemenea imbinarilor si elementelor mobile cum ar fi usile. Acestea trebuie sa dispuna de garnituri care sa impiedice aerul sa scape din incinta.

O izolatie buna pentru o astfel de instalatie poate fi executata din vata minerala cu o grosime de 100mm intre doua foi de tabla. O alta solutie sunt panourile “sandwitch” dar datorita utilizarii acestora in mediu umed va trebui ca cel putin fata expusa catre interior sa fie executata dintr-un material inoxidabil (plastic, aluminiu sau inox).

Izolatie termica uscator fructe
Izolatie termica uscator fructe

Ventilarea aerului este facturul care influenteaza viteza de uscare. Din documentare si cercetari am concluzionat ca o viteza de 4m/s a aerului la suprafata produselor este suficienta pentru o uscare optima. Ideal este ca in functie de tipul produsului aceasta viteza sa poata fi scazuta. O metoda des folosita este utilizarea convertizoarelor de frecventa pentru comanda motoarelor ventilatoarelor. Ventilatoarele utilizate pot fi de doua feluri: axiale si centrifugale.

Ventilatoarele axiale au avantajul posibilitatii inversarii sensului de rotatie, si astfel al sensului de ventilare al aerului. Acest lucru este foarte important pentru uscatoarele unde traseul aerului este lung, excluzand din aceasta categorie uscatoarele tunel care functioneaza in mod continuu. Inversarea sensului de vehiculare duce la o omogenizare a umiditatii produselor si previne uscarea inegala de-a lungul uscatorului. Dezavantajul unora dintre ventilatoare este faptul ca necesita o constructie speciala a motorului (motor tropicalizat) deoarece acesta va lucra la temperaturi si umiditati ridicate, lucruri care implica si un cost mai ridicat. Pentru astfel de ventilatoare se recomanda motoarele cu bobinaj in clasa H, sau cu unele rezerve cele in clasa F.

Ventilatoarele centrifugale au avantajul ca au motoarele in exteriorul fluidului vehiculat, astfel racirea acestora nu mai este o problema. Dezavantajul este ca schimbarea sensului de rotatie nu duce si la schimbarea directiei de vehiculare a aerului ci duce la reducerea randamentului. Aceste ventilatoare trebuiesc prevazute cu protectie la schimbarea fazelor de alimentare in cazul alimentarii directe de la retea deoarece mai pot exista cazuri in care furnizorul de energie sa schimbe ordinea fazelor si drept urmare ventilatoarele vor functiona invers.

Ventilatoare uscator fructe
Ventilatoare uscator fructe

Sistemul de incalzire al unei incinte de uscare este dependent in general de tipul de energie folosit. In cazul energiei electrice acesta poate fi format din tuburi cu rezitente electrice sau radiatoare cu apa calda, in cazul in care energia electrica este intai convertita in energie termica prin incalzirea apei ca fluid intermediar. In cazul in care instalatia dispune de incalzirea cu radiatoare pentru apa calda tipul de energie poate fi din cel mai divers, singura cerinta fiind sa existe o centrala termica, care sa incalzeaca apa la o temperatura optima desfasurarii procesului. In general temperatura optima este cu 10-15 grade celsius mai mare decat temperatura maxima necesara procesului. In general centralale termice indiferent de tipul combustibilului pot produce apa calda la temperatura de 95 grade celsius.

Sistemul de incalzire trebuie dotat cu un sistem de control al agentului termic. In cazul apei acesta poate fi o electrovana cu 2 sau 3 cai. In general se utilizeaza vanele cu 3 cai deoarece este idicat sa recirculam agentul neutilizat inapoi la cetrala pentru reducerea timpului de pornire al instalatiei.

Radiatoare si ventilatoare uscator
Radiatoare si ventilatoare uscator

Evacuarea aerului uzat trebuie facuta in asa fel incat energia acestuia sa fi fost utilizata cat mai eficient. Evacuarea unui aer prea cald si uscat inseamna pierderi energetice. In functie de modul de functionare al instalatiei aerul este fie recirculat total, partial sau nu se recircula deloc.

In cazul recircularii totale este obligatorie monitorizarea umiditatii aerului pentru a fi evacuat si inlocuit cu aer proaspat in momentul in care nu mai are loc nici un schimb de vapori intre produse si acesta. In cazul recircularii totale, in momentul in care aerul este inlocuit va avea loc o scadere a temperaturii in incinta.

In cazul recircularii partiale, pe intreaga durata a procesului aerul este mentinut la anumiti parametri stabiliti de gradul de recirculare. Permanent in sistem este introdus aer proaspat dar si evacuat aer uzat. Datorita aportului de aer proaspat permanent, vom avea nevoie si de o sursa de energie care sa mentina temperatura la un nivel stabil.

Sistem admisie-evacuare aer deshidrator
Sistem admisie-evacuare aer uscator

In cazul in care aerul nu este recirculat exista riscul ca in cazul in care instalatia nu este dimensionata si construita corespunzator sa avem diferente de umiditate in fructe si randamentul acesteia sa fie foarte scazut. Acest tip de uscatoare pot fi construite pe sistemul solar cu incalzirea directa a aerului din incinta. In unele situatii si forme constructive, aceste uscatoare nu necesita nici macar alimentare cu curent electric pentru ventilatie datorita convectiei naturale. Aceste tipuri de uscatoare se preteaza pentru utilizarea pe timpul verii in zilele insorite. Avantajul costului mic de constructie si operare este umbrit de impredictibilitatea conditiilor meteo cat si de raportul dintre suprafata ocupata si cantitatea de produse uscate. In orice caz, acest uscatoreste o alternativa “eco” si poate fi adoptat de oricine dispune de spatiu si nu este presat de obtinerea unei productii impresionante.

Constructia sistemul de evacuare al aerului este dependenta de modul de amplasare al ventilatoarelor de recirculare al aerului. In general sunt doua metode utilizate: cu clapete amplasate in fata si in spatele ventilatorului de recirculare,metoda intalnita in general la uscatoarele cu tavan fals sau extragerea si introducerea aerului fortat cu ventilatoare auxiliare. Ambele metode sunt valide si se aleg in functie de necesitati si posiblitati.

Filtru admisie uscator
Filtru admisie uscator

Umidificarea aerului este uneori necesara in cazul produselor sensibile la scaderi bruste de umiditate. Acest sistem consta intr-o diuza care pulverizeaza apa in aerul din incinta pentru ridicarea umiditatii acestuia. Curgerea apei este controlata in general prin intermediul unei electrovalve.

Constructia tavilor reprezinta un factor important din mai multe puncte de vedere. Dimensiunea, masa si materialele din care sunt construite acestea influenteaza atat procesul tehnologic cat si eficienta termica si pe cea financiara. Spre deosebire de sistemele de uscare ale cherestelei, unde materialul supus procesului reprezinta si suportul, in cazul fructelor si legumelor acestea trebuiesc asezate pe o suprafata suport pentru conducerea optima a curentilor de aer.

Dimensiunea si masa tavilor poate varia de la producator la producator, dar cum am mentionat mai sus, este indicat ca aceasta sa se incadreze in niste standarde pentru a evita problemele logistice.

Materialele din care sunt construite tavile trebuie sa fie aprobate pentru uzul in industria alimentara deoarece acestea intra in contact direct cu produsul. Tavile sunt formate in general dintr-o rama si o plasa. Constructia ramei poate fi facuta din inox sau din lemn de esenta tare, ultima varianta fiind cea mai economica. Plasa de sustinere a produselor trebuie sa asigure atat o circulatie adecvata a aerului cat si o curatare usoara a acesteia. Este de evitat folosirea plaselor din aluminiu, plastic sau fibra de sticla deoarece pot afecta calitatea produselor, unele plastice emanand substante nocive. Cel mai indicat material pentru plasele uscatoarelor este inoxul alimentar. Ochiurile plasei pot fi oricat de mari in asa fel incat sa nu permita produselor sa cada printre ele. Dimensiunea minima a ochiului recomandata este de 1-2 mm. Grosimea firului din care este executata plasa este dependenta si de dimensiunea ochiului dar o valoare minima acceptabila este de 0.2mm. Orientativ, dimensiunile ochiurilor plasei sunt similare cu cele ale plasei de tantari.

Tava de inox pentru uscator
Tava de inox pentru uscator

Materialele utilizate in constructia incintei trebuie sa fie rezistente la mediul cald si umed in care vor functiona. Daca pe exteriorul uscatoarelor poate fi folosita chiar si tabla de otel vopsita in cel mai rau caz, la interior problema sta altfel, materialele oxidabile trebuind evitate pe cat posibil. Chiar si suruburile galvanizate sau cromate vor ceda mai devreme sau mai tarziu. Suprafata incintei de uscare trebuie sa fie la interior executata din materiale cum ar fi aluminiul, inoxul sau plasticul alimentar. In general incintele frigorifice sunt executate din astfel de materiale si in unele cazuri acestea pot fi folosite cu succes pentru uscare. Tavile vor fi asezate pe rafturi, acestea trebuind sa fie executate fie din aluminiu fie din inox. In cazul in care tavile vor fi asezate pe carucioare care vor fi scoase din incinta, acestea pot fi achizitionate direct de la producatorii de profil din industria alimentara, cu mentiunea ca acestea respecta anumite standarde dimensionale, mentionate mai sus.

Senzori pentru masurarea parametrilor aerului in uscator
Senzori pentru masurarea parametrilor aerului in uscator

Automatizarea instalatiilor pentru uscare

Category : Uscatoare

Sistemul de automatizare reprezinta in zilele noastre o necesitate pentru cresterea randamentului si scaderea costurilor intr-o lume tot mai competitiva. Sistemul de automatizare consta in 3 elemente principale: datele de intrare, prelucrarea datelor pentru controlul procesului si elementele de executie.

Software automatizare uscator fructe
Software automatizare uscator fructe

Datele de intrare sunt valori ale marimilor fizice preluate de catre diversi senzori si convertite in informatie compatibila cu un sistem informatic. In general in cazul instalatiilor de uscare marimile fizice utile sunt in ordinea importantei: temepratura aerului, umiditatea relativa, temperatura produselor, masa produselor si viteza aerului. Cu ajutorul acestor valori ale parametrilor, un sistem de automatizare va lua decizii privind desfasurarea procesului. Senzorii de temperatura pot fi de tip PT100/PT1000 sau termocuplu. Pentru masurarea umiditatii relative pot fi folosite higrometre capacitive, rezistive samd. In unele cazuri senzorii de temperatura si umiditate se gasesc in aceeasi carcasa. Pentru masurarea masei produselor se foloses doze tensometrice amplasate fie in interior sau in exteriorul incintei, in functie de posibilitatea acestora de a lucra in mediul respectiv. Dozele de cantarire pot fi amplasate fie pentru cantarirea intregii cantitati de produse, fie pentru cantarirea unui esantion reprezentativ al cantitatii.

Grafic proces de uscare
Grafic proces de uscare

Prelucrarea datelor se face de catre un program specializat care reprezinta inteligenta producatorlui si punerea in practica a experientei sale acumulate in scopul de a oferi clientilor cea mai buna alternativa posibila atat din punct de vedere al tehnicii uscarii cat si al interfatarii cu utilajul. Programul poate rula pe cele mai diverse dispozitive cum ar fi PLC-uri, calculatoare, tablete sau microcontrolere. Indiferent de platforma folosita, programul trebuie sa indeplineasca cateva functii importante: controlul temperaturii si umiditatii, contorizarea timpului, oprirea procesului in anumite conditii. Fiecare producator poate implementa diverse functii care ajuta utilizatorul in activitatea de uscare cum ar fi posibilitatea implementarii de retete, statistici si grafice, controlul utilajului de la distanta sau prin intermediul dispozitivelor mobile, integrarea utilajelor in cadrul unui ERP samd.

Panou automatizare uscator
Panou automatizare uscator

Elementele de executie sunt cele prezentate anterior: ventilatoare, incalzire, clapete si umidificare. Controlul acestor elemente este efectuat de catre programul care controleaza automatizarea uscatorului in functie de datele de intrare si logica procesului de uscare.


Retete pentru uscarea fructelor si legumelor

Durata procesului de uscare este influentata de mai multi factori dar cei mai importanti factori sunt tipul si forma produsului supus uscarii si temperatura. Cand vom compara doua utilaje pentru uscare, timpul in care se executa procesul trebuie sa fie dat pentru acelasi produs si aceeasi forma de prezentare a acestuia, altfel comparatia nu are rost. Pentru a lamuri lucrurile sa luam de exemplu prunei intreaga si prunei rupta in jumatati. Timpul de uscare al unei prune intregi este cuprins intre 24 si 30 de ore, iar al unei jumatati este cuprins intre 12 si 15 ore, in ambele cazuri fiind utilizat acelasi utilaj si aceeasi temperatura de uscare. Un alt exemplu este al feliilor de mar care se usuca in 6-7 ore. Producatorul utilajului trebuie sa va spuna pentru ce produs si mod de prezentare este timpul pe care vi-l comunica.

Reteta de uscare a unui produs contine mai multe faze si fiecare faza poate contine mai multi pasi. Principalele faze ale procesului de uscare sunt: incalzirea (A-B) produselor, uscarea propriuzisa (B-E) si racirea (E-F). In faza de uscare pot exista mai multe trepte ale parametrilor programati.

Fazele uscarii
Fazele uscarii

In tabelele urmatoare sunt prezentate date adunate din diverse materiale studiate cat si din experimente efectuate [6, 8, 12, 13].

Retete pentru Fructe

Nr. Crt.DenumireDurata [h]TemperaturaUmiditate finalaDensitate kg/mp
1Caise18…2445…50 / 55…65154…5 (jumatati)
2Cirese si visine6…1045…55 / 65…726…126…8 respectiv 8…10
3Piersici6…1255…60165…6
4Prune24…3050…55 / 70…7522…2410
5Struguri12…2050…55 / max. 7013…208…10
6Mere felii6…1050…60 / 70…725-126
7Pere felii5…945…50 / 65…7010…1213
8Gutui felii6…865…702210
9Banane felii6…8705-154…6
10Capsuni5…850…609-127…8

Retete pentru Legume

Nr. Crt.DenumireDurataTemperaturaUmiditate finalaDensitate kg/mp
1Mazare boabe8…1050…575…6 / 15…204…5
2Fasole verde pastai8…125…656…8(3…5) 6…7
3Spanac4…555…605…61…2
4Plante condimentare1…255…602…51.5…2
5Rosii10…1260…625…82…3 (felii 6mm)
6Vinete6…855…625…65…6
7Ardeii3…562…70Max. 86
8Ceapa3…6(50) 624…66…7 (8)
9Prazul455…605…86…7
10Varza alba si rosie, conopida5…660-626…75…6
11Morcovii3…4706…108
12Telina si pantrunjel1…352…603…106…7
13Pastarnac1…260…654…126…7
14Cartofii5…872…806…7 (10…14)8…9
15Ciupercile4-1850-60…65<61…3
16Usturoi6…85552…4

Fazele uscarii

Fazele uscarii

Pentru cazurile in care utilajul de uscare nu este dotat cu un sistem de automatizare performant, parametri aerului trebuiesc alesi cu mare atentie. Acesti parametri influenteaza atat calitatea produsului cat si eficienta procesului de uscare. In functie de faza in care se afla procesul de uscare parametri aerului (temperatura, umiditatea si viteza) se aleg dupa algoritmi diferiti.

Faza de Incalzire

In faza de incalzire toata caldura va fi transferata produselor. Astfel pentru a transfera aportul de caldura catre produse, atmosfera trebuie sa fie saturata sau presiunea partiala a vaporilor de apa la suprafata produselor sa fie egala cu presiunea partiala a vaporilor de apa din aer, astfel procesul de uscare este oprit si toata caldura este transferata produselor. Pe parcursul acestei faze temperatura produselor va creste treptat pana va ajunge aproape egala cu temeratura aerului. Din acest motiv temperatura acestei faze trebuie sa nu depaseasca temperatura care duce la deteriorarea produselor. De exemplu in cazul catinei aceasta temperatura este de 40 ℃.

ATENTIE: In cazul fructelor si legumelor, aceasta faza trebuie sa fie cat mai scurta deoarece viteza de vaporizare este foarte mare si se produce condens pe peretii utilajelor.
Fazele uscarii
Fazele uscarii

Faza de Conditionare

Faza de conditionare este utilizata in general produselor care prezinta ricul formarii de cruste sau in cazul produselor care au o umiditate scazuta la exterior pentru egalizarea umiditatii in intreg podusul pentru a facilita desfasurarea procesului de uscare. Aceasta faza este in general aplicata la uscarea cherestelei, dar poate fi aplicata si in cazul unor fructe. In aceasta faza se mentine o temperatura constanta iar umiditatea este reglata in asa fel incat sa se produca o umezire a produselor. Temperatura din aceasta faza trebuie aleasa in asa fel incat sa nu influenteze negativ calitatea produsului, la fel ca in faza de incalzire.

Faza de Uscare

Aceasta faza reprezinta cel mai important interval din intreg procesul. Deplasarea apei dinspre zonele produselor cu o umiditate mai mare catre zonele cu o umiditate mai scazuta se numeste difuzie. Vaporizarea apei de pe suprafata produselor are loc cu o anumita viteza care trebuie sa fie egala cu viteza difuziei pentru a evita fenomenul de scorojire. Daca viteza de vaporizare este mai mare decat viteza difuziei atunci suprafata produselor ramane fara umiditate si temperatura acesteia va creste, lucru care poate duce la formarea crustelor care impiedica uscarea. Pentru sistemele care nu pot calcula automat viteza de uscare si sa stabileasca parmetri optimi, alegerea acestora este foarte dificila. Mai mult, datorita modificarilor fizico-chimice a produselor in timpul uscarii, acesti parametri variaza chiar in cadrul aceluiasi proces. Avantajul sistemului de automatizare produs de noi este ca acesti parametri sunt calculati automat, astfel procesul de uscare se desfasoara in conditii optime.

Faza de Egalizare

Dupa incheierea procesului de uscare, in anumite conditii se poate aplica o faza de egalizare in care produsele se supun unui tratament termic la umiditate scazuta care are ca scop inchiderea porilor pentru evitarea rehidratarii. Acest proces este recomandat pentru produsele poroase uscate in perioadele calde si umede.

Faza de Racire

Faza de racire se desfasoara in general prin evacuarea aerului cald prin controlul clapetelor. In cazul in care racirea trebuie controlata cu precizie, se practica si controlul incalzirii pentru mentinerea unui gradient. Umiditatea nu este controlata.


Productivitatea uscatoarelor

Category : Uscatoare

In functie de cantitatea de produse proaspete sau uscate se va dimensiona suprafata tavilor pe care acestea sunt asezate in vederea uscarii. In tabelele anterioare sunt aratate cantitatile recomandate pentru incarcarea suprafetelor de uscare in functie de produsul supus procesului. In cazul in care cu ajutorul aceluiasi utilaj se vor usca mai multe tipuri de produse, bineinteles in procese diferite, spre exemplu mere feliate si prune intregi, se va alege valoarea cea mai putin avantajoasa, aceasta fiind merele deoarece masa acestora raportata la suprafata este mai mica, acestea ocupand o suprafata mai mare, astfel putand acomoda cantitatea ceruta de mere dar si pe cea de prune, pentru prune totusi utilajul fiind usor supradimensionat.

In cazul in care nu gasiti date despre produsele pe care doriti sa le uscati, asezati pe o suprafata de 1 metru patrat produsele pe un singur strat si apoi cantariti-le. Este important ca produsele sa nu se suprapuna sau sa fie inghesuite. Aerul in majoritatea utilajelor va circula paralel cu suprafata de uscare, astfel suprafata fructelor trebuie sa permita transferul umiditatii catre aer. In cazul utilajelor care circula aerul perpendicular pe suprafata de uscare, spatiul intre produse va fi mai mare pentru a permite o circulatie adecvata si pentru a asigura o viteza suficienta pentru toate sertarele utilajului. In general producatorii de astfel de utilaje vor prezenta date sau fotografii din care va puteti face o idee privind asezarea produselor. In cazul acestor utilaje trebuie respectat spatiul dintre produse, altfel vor apare diferente mari de umiditate intre produsele aflate in apropierea sursei de caldura si cele din partea opusa, caz in care tot procesul va fi compromis.

Dupa alegerea cantitatii de produse raportata la suprafata, se poate calcula cantitatea de tavi necesara si se pot estima dimensiunile utilajului. Spre exemplu daca avem de uscat 100 kg de merele feliate, vom aseza 5 kg pe metru patrat, deci avem nevoie de 20 de tavi. In general in industria alimentara se vor utiliza tavi standardizate in asa fel incat sa poata fi usor manevrate de catre personal. Astfel cea mai des utilizata dimensiune in industria alimentara este cea de 600 x 400mm. Aceasta tava are o suprafata de 0.24 . Pentru exemplul nostru, pentru a aseza in vederea uscarii cele 100 kg de mere feliate vom avea nevoie de ~83 tavi. Vom rotunji aceasta valoarea la valoarea imediat urmatoare oferita de catre producator. Fiecare producator poate avea alta dimensiune de tava dar trebuie sa tinem cont ca in cadrul procesului tehnologic este posibil sa ne lovim de cazuri in care avem utilaje alimentare care accepta dimensiunea standard si ne va fi greu sa integram un utilaj cu alte dimensiuni in fluxul tehnologic. De asemenea o dimensiune prea mare a unei tavi va ridica probleme din punctul de vedere al manevrarii si transportului de-a lungul fluxului tehnologic. O dimensiune prea mica a tavilor va creea o densitate prea mare de tavi in interiorul utilajului de uscare, lucru care poate impiedica curgerea aerului sau reduce randamentul datorita cantitatii mai mari de material care trebuie incalzit (ramele tavilor, sinele pe care culiseaza etc.).


Introducere in uscare

Uscarea biomasei este procesul prin care continutul de apa al acesteia este redus. Scopurile uscarii pot fi multiple: reducerea masei, conservarea, uscarea  in scopul utilizrii acesteia pentru constructii sau drept combustibil, samd. Biomasa acopera o gama larga de produse cum ar fi: produsele horticole, lemnul, deseurile lemnoase, rumegusul, produsele si deseurile animale, samd. Fructele si legumele sunt produse importante în alimentatia umana si conservarea acestora reprezinta o preocupare importanta în industrie.

Având în vedere importanta pentru alimentatia umana si nevoia de consum a
produselor horticole pe toata perioada anului, conservarea acestor produse reprezinta o preocupare importanta. În acest scop exista o mare varietate de utilaje care folosesc diverse metode pentru a realiza acest lucru. Instalatiile de uscare prin convectie fortata cu tavi sunt printre cele mai utilizate datorita costului redus, usurintei în exploatare si flexibilitatii privind tipul de produse uscate.

În prezent sistemele de control ale instalatiilor de uscarepresupun mentinerea
unei temperaturi sau praguri de temperatur si umiditi relative prestabilite în interiorul unei incinte termoizolate. Acest tip de sistem de control are dezavantajul ca nu se poate adapta schimbrilor fizico-chimice din timpul procesului care au loc în structura produselor, lucru care poate duce la deteriorarea produselor sau la lungirea timpului de uscare.
Principalele dezavantaje ale majoritatea sistemelor de control ale procesului de uscare sunt:

  • nu permit adaptarea automata la schimbarile suferite în timpul procesului de catre
  • produse;
  • nu permit creearea de retete si memorarea datelor pentru prelucrari ulterioare;
  • pot prelungi nejustificat timpul de deshidratare;
  • pot duce la deterioarea produselor.

Toate aceste considerente, impun necesitatea optimizarii procesului si dezvoltarea
unui sistem de automatizare care sa reduca sau sa elimine influenta acestor factori asupra procesului de uscare.

Sistemul de automatizare dezvoltat de Blue Spark Systems rezolva toate aceste dezavantaje, astfel permite adaptarea automata a parametrilor in functie de starea produselor supuse uscarii, permite memorarea de retete cu un numar foarte mare de pasi, memoreaza toate procesele pentru analiza ulterioara a datelor.


Estimarea costului procesului de uscare

Costul energiei consumate de procesul de uscare se poate estima insumand consumul de energie termica si consumul de energie electrica ale utilajului. Vedeti in continuare metodologia de calcul cat si exemplele de la sfarsit.

Costul cu energia electrica

Consumul electric este reprezentat de energia electrica consumata de sistemele de ventilatie si automatizare Pentru utilajele noastre se poate lua in considerare o putere  necesara automatizarii de 1,7kw din care 1,5 kw reprezinta puterea fiecarui ventilator si 0,2kw reprezinta puterea necesara sistemului de automatizare pentru fiecare modul care contine un ventilator (servomotoare, sigurante, relee, calculator samd.). In cazul utilajelor cu mai multe ventilatoare (in codul de produs de forma FD-YxZ, Y reprezinta numarul de ventilatoare) se inmulteste numarul de ventilatoare cu puterea necesara sistemului de automatizare. Deci pentru un calcul aproximativ al consumului de curent electric maxim vom avea urmatoarea formula pentru calculul puterii electrice:

Formula calcul putere electrica
Formula calcul putere electrica

Consumul de energie electrica va fi egal cu puterea totala consumata inmultita cu durata unui proces:

Energia electrica consumata
Energia electrica consumata

Pentru calculul costului cu energia electrica se inmulteste energia electrica consumata de un proces cu costul unei unitati ale acesteia (pretul curentului electric / kwh).

Costul cu energia electrica
Costul cu energia electrica

Costul cu energia termica

Energia termica consumata de procesul de uscare este suma energiilor: energia necesara pentru vaporizarea apei, energia eliminata in atmosfera odata cu evacuarea aerului umded si energia pierduta datorita pierderilor termice ale utilajului.

In urma testelor realizate pe utilajele noastre, energia termica totala consumata este in medie de aproximativ 2kwh pentru fiecare kg de apa vaporizata din produse, aceasta incluzand si pierderile mentionate.

Pentru calculul energiei termice consumate de un proces de uscare se va inmulti valoarea energiei consumate de fiecare kg de apa vaporizat cu cantitatea de apa vaporizata (in kg, nu in litri):

Energia termica deshidratare
Energia termica pentru uscare

Costul cu energia termica este astfel independent de durata procesului dar este dependent de cantitatea de produse supuse procesului de uscare si a cantitatii de apa care va fi eliminata din acestea.

Costul cu energia termica
Costul cu energia termica

Costul total

Tinand cont de costurile energiilor calculate mai sus, costul total cu energia consumata de procesul de uscare va fi astfel:

Costul total al energiei
Costul total al energiei

Exemplul 1

Presupunem ca dorim sa uscam 100kg de mere feliate cu un utilaj de 100kg, dotat cu un ventilator, incalzit electric. Procesul de uscare dureaza aproximativ 10 ore. Vom avea astfel urmatoarea situatie:

Exemplu de calcul al costului cu energia la uscarea merelor
Exemplu de calcul al costului cu energia la uscarea merelor

Exemplul 2

Presupunem ca dorim sa uscam 400kg de prune jumatati cu un utilaj de 200kg (capacitatea utilajelor este data pentru merele feliate, astfel prune jumatati intra o cantitate aproximativ dubla), dotat cu doua ventilatoare, incalzit cu gaz. Procesul de uscare pentru prune jumatati dureaza aproximativ 28 ore. Vom avea astfel urmatoarea situatie:

Exemplu de calcul al costului cu energia la uscarea prunelor
Exemplu de calcul al costului cu energia la uscarea prunelor

In exemplul de mai sus am calculat costul unui kwh in functie de pretul gazului metan, tinand cont ca un metru cub de gaz metan are o energie de 10,55[kwh/mc].

Nivelurile preturilor folosite in calcul sunt pentru noiembrie 2018. Utilizati valorile preturilor oferite de furnizorul dvs. de energie.