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
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.
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.).
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.
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
Consumul de energie electrica va fi egal cu puterea totala consumata inmultita cu durata unui proces:
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 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 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 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
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
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
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.
Uscarea fructelor şi legumelor este procesul tehnologic prin care se reduce conţinutul natural de apă până la o anumită limită, care să împiedice activitatea microorganismelor, fără a se distruge ţesuturile sau a se deprecia valoarea alimentară a produselor ce se usuca.
Ansamblul de procese ce se petrec în timpul uscarii duce la concentrarea substanţelor, la reducerea volumului materiei prime folosite şi la sporirea valorii alimentare şi deci comerciale a produsului finit. Fructele şi legumele uscate trebue să menţină însuşirile calitative, îndeosebi culoarea, gustul, aspectul şi componenţii nutritivi ai produselor proaspete.
Indepărtarea excesului de apă, din fructe şi legume, proces numit uscare, se poate face fie cu ajutorul căldurii solare – uscarea naturală – fie cu ajutorul căldurii obţinute pe cale artificială (gaze de ardere, aer cald, suprafeţe încălzite etc.) – uscarea artificială. Excesul de apă ce trebuie îndepărtat prin uscare variază în funcţie de natura materiei prime, precum şi în funcţie de durata de păstrare a produsului finit.
Legumele şi fructele uscate se conservă în bune condiţii timp de 8-12 luni, greutatea lor se reduce în medie la a 10-a parte şi necesită un spaţiu mult mai mic de depozitare faţă de produsele proaspete şi de asemenea necesită cheltuieli de transport, depozitare şi manipulare mai reduse. Fructele şi legumele proaspete conţin aproximativ 85-96% apă, pe când umiditatea maximă a produsului finit este de cca. 10-25%, stabilită în funcţie de destinaţia acestuia.
Apa se înlătură treptat, parţial şi nu brusc, deoarece în acest caz se înregistrează degradări calitative ireversibile. De altfel uscarea totală este inutilă, deoarece fructele complet uscate absorb puţin câte puţin apa din atmosfera înconjurătoare, în final ajungînd la un conţinut în apă de cca. 16%.
Multă vreme s-a crezut că uscarea legumelor până la o umiditate de 10-12%, asigură atât calitatea cât şi buna lor păstrare timp de 8-10 luni. Lucrările executate în ultimii ani au arătat că legumele trebuie uscate la o umiditate mai joasă, sub 5%, pentru a putea satisface integral cerinţele de mai sus. La fructe s-a menţinut multă vreme valoarea 25% drept limita superioară a umidităţii finale; azi această limită a fost redusă pentru multe specii de fructe, în funcţie de compoziţia lor chimică şi, în special de conţinutul lor de zaharuri. La prune limita de 25% umiditate s-a păstrat.
Conţinutul redus de apă asigură o comportare mai bună din punct de vedere microbiologic şi împiedică reacţiile chimice nedorite (oxidări, decolorări, brunificări neenzimatice etc.) în timpul păstrării produselor uscate. Fenomenele enzimatice nu sunt însă inhibate prin această reducere a conţinutului de apă.
Adăugarea unui agent desicant (clorură de calciu, oxid de calciu, silicagel) în recipienţi care conţin legume deshidratate face posibilă reducerea umidităţii reziduale până la un nivel atât de scăzut, încât produsul nu mai este supus brunificărilor.
Intensitatea brunificărilor neenzimatice este proporţională cu concentraţia substanţelor active. În consecinţă prin uscare, crescând concentraţia în substanţe active, intensitatea brunificărilor neenzimatice ar trebui să crească. Această regulă este însă valabilă numai în cazul când produsul conţine o limită minimă de apă.
În decursul uscării este necesar ca temperatura produsului să nu depăşească 62-75°C, sensibilitatea la temperatură diferind cu natura acestuia.
Pentru realizarea corectă a procesului de uscare temperatura produsului trebuie menţinută între anumite limite. Micşorarea temperaturii sub o anumită valoare scade mult viteza uscării, iar creşterea peste o anumită limită duce la degradări calitative: brunarea, carbonizarea, caramelizarea zaharurilor, pierderi de substanţe nutritive, scăderea capacităţii de rehidratare, ca rezultat al unor reacţii chimice complexe ce au loc în produs.
Dacă temperatura produsului s-ar menţine în decursul uscarii la valori în jur de 37°C s-ar putea produce alterări de natură microbiologică înainte ca procesul de uscare să se incheie.
Pe baza experienţei practice se poate considera că în cursul uscarii, limitele superioare de temperatură ale aerului cald sunt de 70-72°C. La finele uscării, temperatura produsului se apropie de cea a aerului (Fig. 6), deoarece aşa cum se ştie, numai în prima perioadă de uscare temperatura produsului este egală cu temperatura indicată de termometrul umed.
Variaţia temperaturii produsului in funcţie de umiditate in timpul uscarii
La începutul procesului de uscare a legumelor, respectiv în prima parte a fazei a doua (perioada de uscare cu viteză constantă), creşterea temperaturii aerului nu prezintă nici un pericol, deoarece în acest caz temperatura produsului corespunde temperaturii de saturaţie la presiunea parţială de vapori a aerului.
Cu cât uscarea înaintează, presiunea vaporilor de apă de la suprafaţa produsului devine mai mică decât cea de saturaţie şi temperatura produsului creşte. Pentru a se evita creşterea temperaturii produsului peste limitele indicate, respectiv degradarea lui, este necesară reducerea temperaturii agentului de uscare în ultima perioadă a procesului.
In Fig. 7 se arată variaţia în timp a temperaturii cartofilor tăiaţi sub formă de cuburi şi a aerului într-un tunel cu contracurent, în condiţiile: încărcarea uşoară cu 2,5 kg/m2, tunelul cu 12 cărucioare, fiecare avînd o suprafaţă de cca 40 m2. Viteza aerului între grătare la ieşirea din tunel este de 6 m/s, temperatura termometrului umed este de 30°C şi a celui uscat este de 65°C. Timpul de uscare pentru cartofi cu un conţinut de 6% umiditate este de 7 ore.
Variaţia în timp a temperaturii aerului şi cartofilor într-un uscator tip tunel în contracurent
In Fig. 8 şi Fig. 9 se arată variaţia conţinutului de apă în funcţie de durata uscării şi variaţia temperaturii aerului în tunel. Se constată că în cazul cartofilor, în primele trei ore se evaporă cca 80% din apă, iar în următoarele trei ore se evaporă numai câte 6-8% pe oră.
Variaţia conţinutului de apă şi a temperaturii în funcţie de durata uscării în uscatorul tip tunel în contracurent la uscarea prunelor
Variaţia conţinutului final de apă este influenţată de: natura şi compoziţia chimică a produsului, temperatura aerului de uscare, viteza aerului cald, umiditatea relativă etc.
Variaţia conţinutului de apă şi a temperaturii în funcţie de durata uscării în uscatorul tip tunel în contracurent la uscarea cartofilor
Reprezentaţia grafică, în ansamblu, a procesului de uscare, respectiv variaţia umidităţii, a temperaturii produsului şi a vitezei de uscare este dată în Fig. 10.
Variaţia umidităţii produsului, temperaturii produsului şi vitezei uscarii în functie de timp
Agentul uzual folosit la uscarea fructelor şi legumelor este aerul cald, care serveşte atât pentru transferul căldurii de la sursa de încălzire la produs, cât şi pentru vehicularea apei evaporate.
Principalii factori care influenţează procesul de uscare sunt:
Materia primă
Natura materiei prime sau felul fructelor şi legumelor influenţează în mod deosebit ritmul de uscare. In plus, viteza de uscare a diferitelor produse variază în funcţie de diferitele forme sau dimensiuni în care sunt pregătite pentru uscare(cuburi, felii, tăiţei, jumătăţi sau felii de fructe etc.), precum şi în funcţie de conţinutul de apă, care este foarte diferit. De exemplu, dacă se usuca morcovi şi cartofi sub formă de cuburi de aceleaşi dimensiuni, în aceleaşi condiţii de uscare (temperatura 70°C, viteza aerului 4 m/s şi aceeaşi încărcătură pe m2), bucăţile de morcovi ating umiditatea finală de 6% după 5-6 ore, pe când cele de cartofi după 7 ore.
Forma şi gradul de mărunţire a materiei prime
Viteza de uscare variază cu forma şi dimensiunile de divizare (tăiere ale materiei prime destinate prelucrării). Din analiza curbelor de uscare a cartofilor sub formă de tăiţei de diferite mărimi, în condiţii de încărcare a grătarelor cu 6-7 kg/m2, la viteza aerului de cca 4,8 m/s, temperatura de uscare 70°C şi temperatura termometrului umed de 35°C, se observă că o mică diferenţă în mărimea bucăţilor de legume determină modificări semnificative ale duratei de uscare.
Diferenţa este evidentă în toate perioadele de uscare, însă devine mai pregnantă în perioada finală de uscare, când umiditatea este mai scăzută, spre deosebire de perioada iniţială cu umiditate mare, când diferenţele sunt mult mai mici. In timpul fazei iniţiale de uscare, viteza de evaporare pe unitatea de suprafaţă se schimbă puţin, ea rămânând aproape constantă. Dacă comparăm o singură bucată de legumă sub formă de cub cu cele două jumătăţi ale aceluiaşi cub de dimensiuni similare, suprafaţa acestora din urmă va fi cu 33% mai mare. Ritmul sau viteza de uscare la jumătăţile de cuburi va fi şi ea proporţional mai mare.
De asemenea, timpul de uscare poate fi redus până aproape la jumătate, dacă mărimea bucăţilor este redusă cât de mult posibil. Mărimea bucăţilor în care sunt tăiate legumele este determinată în primul rând de necesitatea desfăşurării cât mai rapide a procesului de uscare şi în mai mică măsură de preferinţele consumatorilor.
Uscarea fructelor întregi, cum sunt prunele, reprezintă un caz special în care durata procesului este de 24-48 ore la temperaturi ce pot ajunge până la 74°C, fără ca prin aceasta calitatea fructelor să fie diminuată.
În Fig. 1 este exemplificată influenţa dimensiunii produselor asupra duratei de uscare.
Influenta dimensiunii produselor asupra duratei de uscare
Aşezarea gratarelor cu material pe carucioare
Grătarele folosite pentru uscare trebuie să aibă o suprafaţă cât mai mare de uscare pe unitatea de spaţiu ce este ocupată în instalaţia respectivă. In uscătoarele tunel grătarele se aşează câte 20-30 pe un cărucior, unele sub altele, pe întreaga lăţime a utilajului, cu un spaţiu de 60-70 mm între două grătare consecutive, pentru ca aerul să treacă uşor printre ele. Curentul principal de aer trecând printre grătare în direcţie orizontală, cu o viteză de cca. 5 m/s, devine intens turbulent. Se crează astfel diferenţe de presiune şi se produc curenţi secundari de aer care trec printre grătarele cu material umed.
Aşezarea neregulată a grătarelor cu nerespectarea spaţiului liber dintre ele, încărcarea neuniformă a materiei prime pe grătare sau într-un strat prea gros, are un efect negativ asupra vitezei de desfăşurare a procesului de uscare.
Încarcarea legumelor şi fructelor pe gratare sau site
Legumele tăiate în diferite forme sunt aşezate pe grătare într-un strat uniform, având o grosime de 12-24 mm. Fac excepţie prunele, care se pot aşeza pe 1-2 rânduri, într-un strat cu grosimea de până la 30-40 mm. Încărcarea pe m2 de grătar în mod obişnuit este de 4-20 kg; într-o operaţie bine condusă, materia primă este aşezată într-un strat uniform ca grosime, pe toată suprafaţa grătarului. Încărcarea materialului pe grătar sau site influenţează viteza de uscare şi implicit durata procesului. La o încărcare mai mare a grătarelor, peste o anumită limită, randamentul uscătorului nu mai creşte, ci din contră, scade.
Influenta încărcării gratarelor asupra capacitaţii de lucru a uscatorului tunel
Dimpotrivă, diminuînd în mod raţional încărcătura pe site se poate micşora sensibil durata uscării, fără a se reduce însă capacitatea de producţie a uscătorului. Aceasta se reflectă printr-o calitate mai bună a produselor, deoarece sunt expuse un timp mai scurt acţiunii căldurii.
Capacitatea unui uscător de tip tunel nu se determină prin cantitatea de materie primă aşezată pe suprafaţa grătarelor, ci prin cantitatea totală de produs uscat care se obţine în 24 ore de funcţionare neîntreruptă a acestuia.
Durata de uscare mai este influenţată şi de următorii factori:
condiţiile în care materia primă vine în contact cu aerul: amestecarea materiei prime, contactul mai intim al aerului cald cu materia primă, afânarea stratului de materiale pe grătare etc.;
tratarea preliminară a materiei prime: opărirea sau aburirea;
variaţiile de temperatură din uscător. Variaţiile mici de temperatură sau o temperatură constantă contribuie la o uscare mai uniformă.
Temperatura şi umiditatea aerului
Încălzirea aerului cu un anumit conţinut de umiditate are ca efect scăderea umidităţii sale relative. Din acest punct de vedere este indicat deci să se utilizeze aer la o temperatură cât mai ridicată, deoarece antrenarea apei va fi cu atât mai rapidă cu cât aerul va fi mai uscat. In practică, există totuşi o limitare atât a temperaturii (pentru prevenirea caramelizării zaharurilor şi a degradării ireversibile a substanţelor proteice) cât şi a umidităţii relative (formarea crustei, care împiedică ulterior difuzia apei, încetinind astfel în final uscarea).
În acelaşi timp, dacă temperatura aerului este prea ridicată, la sfârşitul uscării o cantitate mare de căldură este eliminată. O scurtă supraîncălzire a fructelor sau legumelor cu un conţinut scăzut de apă, poate duce la denaturarea culorii şi aromei.
In general, la uscarea fructelor şi legumelor, temperatura aerului la intrarea în tunel este de 62-75°C şi umiditatea relativă de 20-25%, iar la ieşire temperatura scade la 40-45°C, în timp ce umiditatea relativă ajunge la 60-65%.
Aşa, de exemplu, în cazul uscarii cartofilor sub, formă de cuburi, la temperatura de 60°C, 70°C şi 80°C, în aceleaşi condiţii de încărcare a grătarelor, de viteză a aerului şi la o diferenţă de temperatură constantă între termometrul uscat şi cel umed, ritmul iniţial de uscare când produsele au o umiditate ridicată (peste 40-50%) este aproape identic pentru toate cele trei curbe. In zona cu umiditate scăzută a produsului, ritmul de uscare este diferenţiat, fiind cu mult mai mare la temperaturi mai ridicate (Fig. 4).
Pe de altă parte, umiditatea aerului cald este un parametru important al uscării, deoarece influenţează în mod nemijlocit viteza procesului, în sensul că în măsura în care umiditatea aerului este mai mică, capacitatea sa de a prelua vaporii rezultaţi prin evaporare este mai mare, permiţând deci trecerea în faza de vapori a cantităţii respective de apă din produs. Pentru ca uscarea să nu fie prea rapidă în prima fază, ceea ce ar avea ca efect formarea structurii cornoase a straturilor superficiale (apariţia crustei), aerul cald care vine în contact cu produsul proaspăt trebuie să aibă o umiditate relativă mai mare.
In practică acest lucru se realizează prin recircularea parţială a aerului care a trecut o dată prin uscător şi care are o umiditate mai mare decât aerul proaspăt. Pentru legumele tăiate sub diferite forme, în care caz uscarea se desfăşoară în timprelativ scurt, ritmul de uscare este proporţional cu diferenţa de temperatură dintre termometrul uscat şi cel umed. Pentru prune, care necesită o durată mare de uscare, ritmul de uscare este practic independent de temperatura indicată de termometrul umed, dacă umiditatea relativă nu este mai mare de 40%.
In general viteza de uscare este aproximativ proporţională cu temperatura.
Obţinerea unor legume şi fructe uscate de calitate depinde în mare măsură de modul de reglare al amestecului de aer proaspăt şi aer recirculat, amestec ce trebuie determinat în fiecare caz în parte. În afara avantajelor calitative menţionate, recircularea parţială a aerului interesează şi din punct de vedere al economiei de combustibil, întrucât acesta trebuie să fie încălzit într-o măsură redusă.
Influenţa temperaturii aerului
Instalaţiile de uscare utilizate la uscarea legumelor şi fructelor lucrează, în majoritatea cazurilor, cu aer recirculat la care se adaugă numai o parte de aer proaspăt. Astfel, s-a stabilit că prin recircularea aerului în timpul uscării prunelor rezultă o economie de combustibil de aproape 50%.
Viteza aerului
În prima fază a uscării, viteza aerului are o influenţă mare, întrucât pe lângă funcţia de agent încălzitor, aerul o are şi pe aceea de a prelua şi a vehicula vaporii rezultaţi prin evaporarea umidităţii. Cu cât viteza de îndepărtare a vaporilor va fi mai mare cu atât se vor creea condiţii mai bune pentru ca alte cantităţi de apă să se evapore de pe suprafaţa produselor. În cea de-a doua fază a uscării, când evaporarea apei se produce în interiorul particulelor, viteza aerului are o influenţă mult mai mică asupra vitezei de uscare.
În practică, pentru uscătoarele tunel s-a stabilit că la viteze mai mari de 5 m/s ale aerului, presiunea statică şi puterea necesară cu care trebuie să lucreze ventilatorul devine atât de mare, încât creşterea în plus a vitezei devine neeconomică.
Viteza aerului are un efect mai mic asupra uscării fructelor, care necesită durată mai mare de uscare (prune şi pere) decât în cazul legumelor tăiate în cuburi şi felii, care au o durată de uscare mai mică.
Aşa de exemplu, curbele de uscare pentru vitezele de 240 şi 300 m/min, sunt aproape identice; oarecare diferenţieri se pun în evidenţă pentru vitezele de 120 şi 180 m/minut.
Bucăţile mici de legume se usucă mai repede decât cele mari pentru că volumul lor este mai mic faţă de suprafaţa de evaporare respectivă şi pentru că umiditatea din interiorul particulelor are o distanţă mai scurtă de parcurs până la atingerea suprafeţei.
Viteza aerului variază foarte mult cu distanţa dintre grătare şi cu încărcarea lor, care la legume în general nu trebuie să depăşească 6-8 kg/m2. La o viteză a aerului de 1 m/s uscarea este de două ori mai rapidă decât în aer liniştit, iar la o viteză de 2 m/s viteza procesului este de 3 ori mai mare.
Distribuţia aerului
În afara faptului că uscătorul trebuie aprovizionat cu un volum suficient de aer pentru uscare, acesta trebuie să fie distribuit uniform în masa produselor. În mod frecvent o bună parte din cantitatea de aer caută să treacă prin spaţiul de deasupra cărucioarelor cu grătare, pe dedesubtul cărucioarelor sau lateral faţă de cărucioare, în loc să treacă în întregime printre grătare şi produse. Prin montarea şi reglarea dirijorilor de aer în spaţiul de trecere a curentului de aer, din tunelul superior în cel inferior, aerul este forţat să treacă în primul rând printre grătarele cu produse şi în acelaşi timp este distribuit mai uniform pe toată secţiunea tunelului.
Repartizarea produsului pe grătare trebuie astfel făcută, încât aerul să vină în contact cât mai strîns si cât mai uniform cu întreaga suprafaţă a particulelor de produs.
Recircularea aerului
Dacă aerul folosit pentru uscarea fructelor şi legumelor este lăsat să iasă direct în atmosferă, se pierde foarte multă căldură. Dacă însă aerul se reintroduce în circuit, această căldură va fi în bună parte păstrată. Dimpotrivă, dacă aerul proaspăt este aspirat în uscător, ca să-l înlocuiască pe cel eliminat, este necesar de două ori mai multă căldură pentru a se încălzi.
Anumite fructe supuse unei temperaturi mai mari, sunt suprasolicitate la suprafaţă şi în acest fel uscarea în ansamblu este întîrziată. Acest lucru este evitat într-o mare măsură, dacă umiditatea relativă este suficient de mare, lucru ce se poate realiza prin recircularea unei părţi din aerul uzat.
Din această cauză, la uscătoarele moderne se practică întotdeauna recircularea aerului deja folosit. Aşa de exemplu, s-a stabilit că prin recirculaţia judicioasă a aerului la uscarea prunelor, se realizează o economie de combustibil de aproape 50%.
Faza de preîncălzire (secţiunea 1-2) este aceea în decursul căreia căldura este consumată aproape în întregime pentru încălzirea produsului până la stabilirea unui echilibru între cantitatea de căldură transmisă produsului şi cea consumată pentru evaporare.
Durata acestei faze este scurtă, depinzînd îndeosebi de caracteristicile aerului cald şi nu constituie propriu-zis o fază de uscare.
Variaţia vitezei de uscare în funcţie de umiditatea produsului
Faza de uscare cu viteză constantă (secţiunea 2-3) constituie perioada de uscare propriu-zisă şi durează până la atingerea umidităţii higroscopice în stratul periferic al produsului. În această fază umiditatea de la suprafaţa produsului chiar dacă se micşorează, este totuşi mai mare decât umiditatea higroscopică in această perioadă, viteza de uscare nu depinde de materialul supus prelucrării, ci de modul cum se realizează procesul.
Dacă nu se schimbă condiţiile uscării, atunci viteza de evaporare pentru toate legumele şi fructele şi prin urmare şi viteza de uscare se menţine constantă. Viteza de evaporare este în acest caz aceeaşi pentru toate produsele şi aproximativ egală cu viteza de evaporare a umidităţii de la suprafaţa apei atunci când condiţiile de temperatură, presiune etc. rămân aceleaşi.
Evaporarea de pe suprafaţa materialului se realizează în măsura în care umiditatea din straturile interne ale produsului migrează către suprafaţă. Aceasta antrenează o anumită proporţie din substanţele solubile (zaharuri, săruri etc.), substanţe care în anumite condiţii duc la formarea crustei.
In această perioadă temperatura suprafeţei produsului care se usucă rămâne practic constantă şi egală cu temperatura indicată de termometrul umed al psichrometrului. Această situaţie se menţine până în momentul când umiditatea de la suprafaţa produsului supus uscării devine egală cu umiditatea higroscopică. În situaţia enunţată, umiditatea produsului capătă denumirea de umiditate critică.
Cantitatea de apă ce se evaporă de pe unitatea de suprafaţă, în unitatea de timp, se numeşte viteză de evaporare şi se măsoară de obicei în [g/(m2 minut)].
Temperatura aerului se determină după indicaţiile termometrului uscat, iar temperatura de la suprafaţa produsului (în faza de uscare cu viteză constantă) se determină după indicaţiile termometrului umed.
Viteza de evaporare este influenţată de asemenea şi de toţi ceilalţi factori care influenţează uscarea: temperatura şi umiditatea aerului, viteza aerului, mărimea particulelor din produsul de uscat, coeficientul de transmisie a căldurii etc.
In timp ce apa de pe suprafaţa produsului se evaporă, umiditatea din capilare şi din spaţiile celulare difuzează treptat din interior spre straturile superficiale, astfel încât în această perioadă suprafaţa produsului rămîne mereu umedă. In această fază viteza de uscare rămîne constantă până ce nu mai difuzează suficientă apă din interiorul produsului spre exterior.
Perioada de uscare cu viteza descrescândă (secţiunile 3, 4, 5) în care viteza de uscare se reduce treptat, proporţional cu umiditatea produsului, are loc după ce materia primă atinge umiditatea critică. In această situaţie zona de uscare trece în adâncime, substanţele solubile rămânând în produs, spre deosebire de perioada de uscare cu viteza constantă, când acestea se deplasau spre suprafaţă.
Aşa cum rezultă din Fig. 5, în punctul 3 curba vitezei de uscare are o inflexiune bruscă, începând perioada de uscare cu viteză descrescândă în care se îndepărtează din produs o parte din apa legată şi anume apa coloidală (3-4) şi parţial cea din adsorbţie (4-5). În această perioadă viteza de uscare depinde numai de proprietăţile produsului (structura şi compoziţia chimică) care influenţează difuzia internă a apei şi este independentă de parametrii aerului cald folosit la uscare.
Pe măsură ce uscarea avansează, temperatura produsului urcă şi acesta devine higroscopic. Când se atinge umiditatea de echilibru, viteza de uscare devine nulă. Prin umiditatea de echilibru se înţelege umiditatea produsului care este în echilibru cu umiditatea relativă a aerului la temperatura de uscare. Această fază finală de uscare prezintă un interes deosebit pentru că depăşirea unei anumite temperaturi a produsului duce la degradări calitative importante, care se exteriorizează printr-o structură cornoasă a suprafeţei legumelor şi fructelor uscare, cum şi prin micşorarea capacităţii lor de rehidratare. De aceea, în faza finală, temperatura aerului cald trebuie micşorată.
Produsele vegetale conţin peste 80% apă. Aceasta se prezintă legată diferit în complexul substanţei organice şi anume:
Apa liberă, legată mecanic sau capilară, reprezintă cca. 70% din totalul umidităţii produselor alimentare, în care sunt solubilizate cantităţi apreciabile de: zaharuri, acizi, săruri etc. Apa liberă umple capilarele produsului, precum şi spaţiile intercelulare.
Această formă de apă este denumită şi apă liberă deoarece îndepărtarea ei este supusă legilor evaporării lichidelor de pe suprafeţe libere. La uscarea produselor alimentare această apă este îndepărtată cu uşurinţă.
Apa legată fizic, cuprinde cantitatea de apă adsorbită şi absorbită de substanţele coloidale. Această apă se îndepărtează mult mai greu prin influenţa căldurii deoarece este reţinută mult mai puternic în produsele alimentare: fructe, legume, carne, peşte etc.
Apa coloidală, de umflare, este apa absorbită osmotic de particulele coloidale. Apa de adsorbţie, denumită şi apa de hidratare, este reţinută de forţele moleculare pe suprafeţele particulelor coloidale.
Apa legată chimic intră în însăşi compoziţia moleculelor ca apă de constituţie sau de cristalizare şi nu poate fi îndepărtată din produse fără a provoca degradarea lor.
Fenomenele de difuzie a apei.
Procesul de îndepărtare a apei, din produs este determinat în mare măsură de fenomenul de difuzie a apei, adică de migrarea apei în cursul procesului de uscare.
Difuzia externă reprezintă evaporarea apei de pe suprafaţa produsului supus uscarii. La începutul procesului de uscareprodusul are încă o umiditate ridicată, evaporarea de pe suprafeţe având loc în condiţii asemănătoare cu aceea de pe suprafeţele lichidelor libere, adică viteza de evaporare este determinată de suprafaţa de evaporare, de temperatură, de viteza de circulaţie a aerului şi de umiditatea sa relativă.
Difuzia internă reprezintă deplasarea apei din interiorul produsului spre suprafaţă şi determină desfăşurarea finală a uscarii. Deplasarea apei se face din părţile cu un conţinut de apă mai mare, spre cele cu un conţinut mai mic, în urma evaporării apei prin fenomenul de difuzie externă.
Procesul de difuzie internă determină egalizarea umidităţii în toate straturile produsului supus uscarii. In procesul de uscare, o mare importanţă o are raportul dintre difuzia internă şi cea externă. Dacă viteza difuziei externe o depăşeşte pe cea a difuziei interne, atunci suprafaţa produsului se usucă foarte mult, formând o pojghiţă (fenomenul de scorojire) care îngreunează procesul ulterior al uscării. Acest fenomen va împiedica difuzia internă a apei şi va necesita o durată mai lunga de uscare.
We use cookies on our website to give you the most relevant experience by remembering your preferences and repeat visits. By clicking “Accept All”, you consent to the use of ALL the cookies. However, you may visit "Cookie Settings" to provide a controlled consent.
This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may affect your browsing experience.
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. These cookies ensure basic functionalities and security features of the website, anonymously.
Cookie
Durată
Descriere
cookielawinfo-checkbox-analytics
11 months
This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Analytics".
cookielawinfo-checkbox-functional
11 months
The cookie is set by GDPR cookie consent to record the user consent for the cookies in the category "Functional".
cookielawinfo-checkbox-necessary
11 months
This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookies is used to store the user consent for the cookies in the category "Necessary".
cookielawinfo-checkbox-others
11 months
This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Other.
cookielawinfo-checkbox-performance
11 months
This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Performance".
viewed_cookie_policy
11 months
The cookie is set by the GDPR Cookie Consent plugin and is used to store whether or not user has consented to the use of cookies. It does not store any personal data.
Functional cookies help to perform certain functionalities like sharing the content of the website on social media platforms, collect feedbacks, and other third-party features.
Performance cookies are used to understand and analyze the key performance indexes of the website which helps in delivering a better user experience for the visitors.
Analytical cookies are used to understand how visitors interact with the website. These cookies help provide information on metrics the number of visitors, bounce rate, traffic source, etc.
Advertisement cookies are used to provide visitors with relevant ads and marketing campaigns. These cookies track visitors across websites and collect information to provide customized ads.
