Factorii care influenţeaza uscarea

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.

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.

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.

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%.