Constructia uscatoarelor de fructe si legume

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Automatizarea instalatiilor pentru uscare

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.

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.

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.

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.

Productivitatea uscatoarelor

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.).