PROIECT

DISCIPLINA: Proiectarea şi conducerea proceselor tehnologice în industria

morăritului

Denumire temă: Condiţionarea cerealelor - Uscătoare orizontale

Masterand:

Popescu Maria

2013

1

Cuprins:

Cap. I. Necesitatea şi importanţa condiţionării cerealelor ………………...3

Cap. II. Recomandări pentru condiţionarea optimă a cerealelor………..4

2.1.Curăţarea cerealelor……………………………………………………………….4

2.2. Uscarea cerealelor imediat după recoltare……………………………………….4

2.3. Aerarea cerealelor folosind o podea complet perforată.........................................5

2.4. Urmărirea temperaturii cerealelor stocate………………………………………..7

2.5. Automatizarea echipamentelor de stocare, uscare si transport…………………..7

Cap. III. Uscătoare orizontale……………………………………………….9

3.1. Modul de funcţionare……………………………………………………………9

3.2. Uscarea şarjelor…………………………………………………………………13

3.3. Construcţia modulară…………………………………………………………...13

3.4. Recuperarea căldurii la uscătoarele orizontale………………………………....16

3.5. Reducerea zgomotului la uscătoarele orizontale……………………………….16

3.6. Invertoarele de cereal……………………………………………………………17

3.7. Sistemul de control Vision……………………………………………………..18

2

Cap. I. Necesitatea şi importanţa condiţionării cerealelor

Cerealele sunt recoltate, cu excepţia porumbului, de regulă cu o umiditate cuprinsă între

13-18 %. Boabele nu sunt complet maturizate fiziologic, procesele biochimice şi activitatea

enzimatică sunt accentuate, microflora activează intens, respiraţia este mărită, fenomene ce

determină creşterea umidităţii şi căldurii în masa de boabe. În scurt timp temperatura ajunge la

valoarea de 35 ˚C, determinând modificarea structurii microflorei în sensul dispariţiei unei

bacterii şi apariţia în proporţie ridicată a mucegaiurilor.

Pentru a preîntâmpina procesul de încingere a masei de boabe recent recoltate se recurge

la separarea lor de corpurile străine, în mod deosebit a seminţelor de buruieni şi la uscarea masei

de cereale până la umiditatea de 12 %, temperatura optimă de păstrare a cerealelor.

Eficienţa ridicată a procesului de condiţionare a cerealelor este atinsă dacă sunt

îndeplinite câteva criterii: se folosesc echipamente performante, se face o planificare

corespunzătoare şi se urmăresc atent curăţarea, uscarea şi aerarea cerealelor.

3

Cap. II. Recomandări pentru condiţionarea optimă a cerealelor

În continuare sunt prezentate cinci recomandări pentru condiţionarea optimă a cerealelor:

Curăţarea cerealelor;

Uscarea cerealelor imediat după recoltare;

Aerarea cerealelor folosind o podea complet perforată;

Urmărirea temperaturii cerealelor stocate;

Automatizarea echipamentelor de stocare, uscare şi transport.

2.1.Curăţarea cerealelor

Prin curăţarea cerealelor se elimină corpurile străine din masa de boabe. Înainte de

procesare, curăţarea se face pentru:

- Pregătirea pentru uscare. Este important ca în uscător să ajungă cereal precurăţate pentru

că în acest fel se împiedică înfundarea uscătorului şi reduce pericolul de incendiu. Prin curăţare

pot fi înlăturate resturile de buruieni, care în general sunt mai umede decât boabele de produs.

Astfel, se poate face o economie importantă la combustibil.

- Îmbunătăţirea stocării. Timpul de stocare în condiţii optime se prelungeşte dacă cerealele

sunt bine curăţate. Praful şi impurităţile au de multe ori o umiditate mai ridicată decât cerealele şi

pot conţine microorganisme- micotoxine. În masa de cereale necurăţate stocată într-o incintă

există zone de concentrare locală a impurităţilor unde aerarea devine ineficientă. Astfel cerealele

se pot supraîncălzi şi se pot strica.

2.2. Uscarea cerealelor imediat după recoltare

Uscarea cerealelor nu ar fi necesară dacă recoltarea s-ar face atunci când boabele au

umiditatea ideală pentru stocarea pe termen lung. Pentru că există foarte mulţi factori care pot

influenţa recoltarea, uscătoarele sunt folosite deoarece oferă flexibilitatea necesară pentru a

recolta cerealele atunci când este convenabil.

Câteva dintre avantajele unui uscător dimensionat corespunzător capacităţii recoltate

sunt:

- Recoltarea poate fi începută devreme pentru a reduce riscul spargerii boabelor şi pentru a

evita distrugerea recoltei din cauza condiţiilor atmosferice;

- Cerealele pot fi vândute la umiditatea cerută;

4

- Cerealele pot fi uscate pentru a rezista mai mult timp în siloz, în scopul vânzării la

momentul dorit;

- Se poate asigura un tampon pentru cazurile când recoltarea se face foarte repede, aşa cum

se întâmplă când sunt folosite combine de capacitate mare.

2.3. Aerarea cerealelor folosind o podea complet perforată

Unul dintre criteriile cele mai importante în proiectarea unei soluţii de stocare a

cerealelor este eficienţa cu care se face aerarea produsului depozitat. Fluxul de aer ajută la

menţinerea unei temperaturi scăzute şi la înlăturarea umezelii din cereale. Astfel este inhibată

dezvoltarea mucegaiurilor şi este redus riscul infestării cu dăunători.

MG Trade Engineering oferă două tipuri de sisteme de aerare pentru silozurile cu fund

plat: podea complet perforată (fig.1) şi canale acoperite cu plăci metalice găurite (fig.2).

În cazul unei podele metalice complet perforate, aerul este introdus prin găurile care se

găsesc pe toată suprafaţa silozului. O astfel de podea este compusă din plăci metalice care sunt

aşezate pe suporţi metalici. Sistemul suporţi + podea este conceput pentru a susţine sarcini foarte

mari, atât pe orizontală cât şi pe verticală. Principalul avantaj al utilizării acestei soluţii îl

consituie gradul ridicat de ventilare a cerealelor. Deoarece aerul pătrunde la fel, indiferent de

locul de pe suprafaţa podelei, produsul stocat este răcit în mod uniform. În plus, fundaţia este

uşor de realizat deoarece este nevoie doar de o şapă de beton, iar cantitatea de material este

foarte redusă.

Fig.1. Aerarea prin podea complet perforata

5

În cazul aerării prin canale acoperite cu plăci metalice găurite, canalele sunt realizate

direct în fundaţia din beton şi sunt acoperite cu plăci metalice găurite. Proiectarea canelelor se

realizează în funcţie de mai mulţi factori, printre care: gradul dorit de aerare, dimensiunea

silozului şi poziţia dorită a sistemului de evacuare.

Fig. 2. Aerarea prin canale acoperite cu plăci metalice găurite

Comparaţie: podea vs. canale

Costul structurii metalice (podea + suporţi) poate fi mai ridicat în cazul podelei complet

perforate, decât în cazul canalelor. În contrast, în cazul aerării prin canale, construirea fundaţiei

de beton este principalul factor al costului total. În funcţie de nevoile de aerare ale produsului

depozitat şi de posibilităţile oferite de terenul pe care se construieşte, costul fundaţiei poate fi de

câteva ori mai mare decât în cazul unei simple plăci de beton (ca cea pe care se montează

podeaua complet perforată).

CriteriuPodea complet

perforatăCanale cu plăci metalice

Suprafaţa aerată 100% 5% – 20%

Cost fundaţie din beton Mic Mediu – Mare (*)

Cost panouri metalice şi suporţi Mare Mic – Mediu (**)

Utilizare pentru uscare Da (***) Nu

Calitatea aerare uniformă Foarte bine Nesatisfăcător – Satisfăcător (**)

6

CriteriuPodea complet

perforatăCanale cu plăci metalice

aerării

zona superioară a silozului

Foarte bine Satisfăcător

zona inferioară a silozului

Foarte bine Nesatisfăcător

lângă pereţii silozului Foarte bine Slab – Nesatisfăcător (**)

*: Costul depinde de dimensiunile canalelor. Cu cât un canal este mai adânc, cu atât este necesar

mai mult beton pentru realizarea fundaţiei.

**: Depinde de suprafaţa acoperită de panourile metalice.

***: În cazul silozurilor cu podea complet perforată, cerealele pot fi uscate cu câteva procente

dacă se folosesc ventilatoare adecvate.

2.4. Urmărirea temperaturii cerealelor stocate

Indiferent dacă stocarea se face în siloz sau în magazie, este obligatoriu ca temperatura

cerealelor sa fie verificată des şi în cât mai multe locuri. În cazul silozurilor, aceste verificări se

realizează cu senzori integraţi in cabluri prinse de acoperiş. Un cablu trebuie să aibă un câte un

senzor la fiecare 1-2 m. Pentru un siloz de 1000 de tone, cu un diametru de 12 m, sunt necesare

4-5 cabluri de temperatură (3-4 laterale şi unul central).

2.5. Automatizarea echipamentelor de stocare, uscare si transport

Depozitarea în condiţii optime a cerealelor impune ca sistemele de stocare si condiţionare

să funcţioneze în parametrii şi la capacitate maximă. Pentru aceasta în faza de proiectare se poate

concepe un sistem de automatizare compus din tablouri electrice de comandă pentru acţionarea

agregatelor şi un sistem SCADA pentru urmărirea şi conducerea centralizată a proceselor

specifice.

Avantajele implementării unei soluţii de automatizare se leagă de reducerea costurilor

pentru primire, stocarea şi livrarea cerealelor, dar şi pentru mentenanţă. Un motiv evident pentru

costurile reduse este numărul mic de oameni necesari administrării unui sistem cu automatizare

completă. Un alt motiv este controlul consumului de energie electrică şi combustibil. Spre

exemplu, pot fi eliminate pierderile cauzate de ventilatoare care funcţionează atunci când nu este

7

necesar. Mai mult, stocurile de cereale pot fi adminstrate separat şi se poate afla în orice moment

cantităţile disponibile.

Unul dintre criteriile cele mai importante în proiectarea unei soluţii de stocare a

cerealelor este eficienţa cu care se face aerarea produsului depozitat. Fluxul de aer ajută la

menţinerea unei temperaturi scăzute şi la înlăturarea umezelii din cereale. Astfel, este inhibată

dezvoltarea mucegaiurilor şi este redus riscul infestării cu dăunători.

8

Cap. III. Uscătoare orizontale

În uscătoarele orizontale GSI, cerealele curg printr-un buncăr cu doi pereţi şi sunt uscate

de aerul cald care trece dinspre peretele interior spre cel exterior. Deoarece uscarea se poate

realiza la mai puţin de 99 °C, riscul de stricare a boabelor  (crăpare, reducerea valorilor nutritive)

este foarte redus. Printre echipamentele opţionale disponibile pentru acest tip de uscătoare se

găsesc: recuperatorul de căldură, sistemul de reducere a zgomotului şi platforma cu roţi care

permite transportul utilajului pe şosea.

3.1. Modul de funcţionare

Uscătoarele orizontale sunt compuse din unul până la trei module puse unul peste altul.

Fiecare modul este alcătuit dintr-o cameră de ardere, una sau două perechi ventilator + arzător,

un buncăr cu pereţi perforaţi şi echipamentele de control şi siguranţă.

Produsul intră prin gura de alimentare din partea superioară a uscătorului şi este distribuit

de un transportor elicoidal pe toată lungimea buncărului. Aerul atmosferic este încălzit de arzător

şi ajunge în camera de ardere. De aici, curentul trece prin peretele perforat interior, apoi prin

masa de cereale şi iese prin peretele perforat exterior. În continuare, în funcţie de model şi de

modul de uscare, cerealele pot fi răcite în mod asemănător, cu un curent de aer la temperatura

atmosferică. Produsul este evacuat cu transportorul elicoidal de descărcare din partea inferioară a

uscătorului, procesul fiind controlat prin intermediul rolelor de dozare.

Mai jos este prezentat un uscător cu trei module şi şase agregate de uscare – răcire (fig.3).

În acest exemplu, primele patru agregate funcţioneaza în modul de uscare, având atât ventilatorul

9

cât şi arzătorul pornite. Cele două agregate de la baza sunt în modul răcire, având numai

ventilatorul în funcţiune.

Fig. 3. Uscător cu trei module şi şase agregate de uscare – răcire 1-Transportor elicoidal pentru încărcare; 2-Buncăr de preuscare; 3-Plan de separaţie între camerele unui modul; 4-Camera de încălzire; 5-Reazem de buncăr; 6-Buncăr (coloana) cu pereţi perforaţi; 7-Aer cald saturat rezultat

prin încălzirea cerealelor; 8-Ventilator cu arzător; 9-Aer încălzit sub presiune; 10-Montant; 11-Aer cald nesaturat rezultat prin răcirea cerealelor; 12-Aer atmosferic sub presiune; 13-Role de dozare; 14-Transportor elicoidal

pentru evacuare; 15-Picioare de susţinere

10

Modurile de lucru ale uscătoarelor orizontale GSI

Uscarea este realizată înainte de stocarea pe termen lung pentru a reduce riscul

dezvoltării de microorganisme. În timpul procesului de uscare sunt urmăriţi doi parametrii

principali. Primul este nivelul final de umiditate a boabelor. Pentru grâu sau porumb, nivelul

umidităţii la ieşirea din uscător trebuie să fie 13% – 15%. Al doilea parametru este temperatura

maximă de uscare. Cu cât aceasta este mai mare, cu atât riscul de stricare a boabelor (crăpare,

reducerea valorilor nutritive) este mai ridicat. În schimb, timpul de uscare creşte pe măsura ce

temperatura de uscare scade.

Uscătoarele orizontale GSI au două moduri de utilizare:

Flux continuu: Încărcarea şi descărcarea cerealelor se realizează în continuu, iar viteza

este controlată folosind rolele de dozare.

Sarja programată: Încărcarea şi descărcarea sunt făcute pe porţiuni întregi din uscător.

Uscarea in flux continuu

Căldura primită de boabe este invers proporţională cu rata de descărcare. Prin varierea

ratei de descărcare (mărirea vitezei rolelor de dozare) se schimbă durata pentru care cerealele

sunt ţinute în buncărul uscătorului. Rolele de dozare sunt evidenţiate în diagrame de mai jos.

Pentru realizarea răcirii în cazul şarjelor parţiale sau a uscării în flux continuu este necesară

existenţa a minim două ventilatoare. De aceea, uscătoarele cu un singur ventilator (Seria 1100)

pot face răcirea doar în modul sarjă totală.

11

Diagrama a unui uscător orizontal în care sunt evidenţiate rolele de dozare

Schemele cu temperatura controlată utilizează senzorii pentru temperatura cerealelor ca

parametru de referinţă. Pe masură ce temperatura cerealelor variază, rata de descărcare este

ajustată în mod corespunzător. De exemplu, vom considera o valoare de referinţă pentru

temperatura cerealelor de 41°C. Dacă senzorul pentru temperatura cerealelor indică 43°C,

cerealele sunt cu 2°C mai calde decât avem nevoie. Pentru a ajusta funcţionarea, schema de

control va percepe faptul că cerealele sunt prea calde şi va mări viteza de descărcare pentru a

micşora durata cât cerealele sunt expuse în camera de încălzire. Situaţia opusă se aplică dacă

senzorul de temperatură de pe uscător raportează o valoare mai mică decât cea de referinţă: rata

de descărcare va descreşte.

Schemele cu umezeala controlată utilizează senzorul pentru umezeala la ieşire ca

parametru de referinţă. Pe măsura ce conţinutul de umezeală variază, funcţia ajustează rata de

descărcare în mod corespunzător. De exemplu, valoarea de referinţă pentru umezeala la ieşire

(cereale uscate) va fi setată la 15%. Dacă senzorul pentru umezeala la iesire raportează o valoare

12

de 16%, cerealele sunt cu 1% mai umede decât ne dorim. Pentru a rezolva această problemă,

scădem rata de descărcare, mărind astfel durata în care cerealele se află în camera de încălzire.

Relaţia dintre umezeală şi rata de descărcare este invers proporţională.

3.2. Uscarea şarjelor

Uscarea şarjelor este un proces care constă din trei faze: uscare, răcire, descărcare. În

acest ciclu, uscătorul controlează trei tipuri de componente: ventilatoarele, arzătoarele şi

şnecurile de descărcare.

Faza Ventilatoare Arzătoare Şnec descărcare

Uscare Da Da Nu

Răcire Da * Nu

Descărcare * * Da

*: Ventilatoarele si arzătoarele se pot afla în două moduri de funcţionare: PORNIT, AUTOMAT.

Atunci când este selectat modul AUTOMAT şi trec prin fazele marcate cu *, ele sunt

oprite.

O şarjă este definită ca o parte a capacităţii coşului de uscare, iar dimensiunea acesteia

este stabilită în faza de descărcare a ciclului. Dacă descărcarea completă durează 20 de minute,

iar regulatorul corespunzător acestei faze este setat la 10 minute, atunci o şarja reprezintă

jumătate din capacitatea coşului.

Pentru uscarea şarjelor se folosesc scheme de lucru bazate pe următorii parametrii:

Durata de expunere la aer cald;

Temperatura cerealelelor;

Durata minimă de expunere la aer cald şi temperatura cerealelor;

Umiditatea de ieşire

3.3. Construcţia modulară

Uscătoarele GSI orizontale sunt proiectate pentru a fi extinse prin adăugarea de module.

Astfel, clientul beneficiază de un grad mare de flexibilitate pentru realizarea achiziţiei, aceasta

13

putând fi făcută în etape. Se poate porni cu un modul de bază care conţine sistemele de control.

După aceea, capacitatea de uscare poate fi crescută prin adăugarea a unul sau două module.

Dispozitivele şi agregatele de uscare din modulele superioare sunt controlate prin de panoul

modulului de la bază.

Seria 1100: 1 arzător şi 1 ventilator

Seria 1200: 2 arzătoare şi 2 ventilatoare

14

Seria 2300: 3 arzătoare şi 3 ventilatoare

Seria 2400: 4 arzătoare şi 4 ventilatoare

Seria 3400: 4 arzătoare şi 4 ventilatoare

15

3.4. Recuperarea căldurii la uscătoarele orizontale

Recuperatorul de căldura se poate instala pe uscătoarele orizontale pentru a reduce

consumul cu până la 30%, când se operează în modul Dry & Cool. Conductele de aer sunt

proiectate să nu reţină praful, astfel încât ele nu introduc pierderi de capacitate. Deoarece sunt

dimensionate pentru o viteză mică a aerului, particulele fine din atmosferă nu sunt trase in

uscător.

Recuperatorul de căldura poate fi folosit împreună cu reductorul de zgomot.

3.5. Reducerea zgomotului la uscătoarele orizontale

Ansamblul opţional pentru reducerea zgomotului este construit din componente perforate

si galvanizate. Zgomotul este redus până la un nivel mai mic decât cel creat de un ventilator

centrifugal. În funcţie de distanţă, se poate ajunge la un nivel de doar 15% din zgomotul fără

amortizor. Astfel, uscătorul poate fi utilizat în zone în care este necesară operare la un nivel

foarte scăzut de poluare fonică.

Sistemul este alcătuit din trei pereţi aşezaţi în faţă şi pe părţile laterale ale ventilatorului.

Datorită structurii deschise (nu există pereţi în partea de sus şi în cea de jos), există destul loc

16

pentru efectuarea operaţiunilor de mentenanţă. În plus, dispozitivul este proiectat pentru a nu

reduce capacitatea de aer ce poate ajunge la ventilator. 

3.6. Invertoarele de cereale

Invertoarele de cereale ajută la realizarea unei uscări mai bune şi la reducerea costurilor

de operare. În trecut, uscătoarele puteau fi echipate cu dispozitive care muta produsul de la

interiorul camerei de încălzire către exteriorul acesteia în coloane de 6″. Invertoarele oferite de

GSI acţionează asupra întregii cantităţi de produs, cu excepţia ultimilor 2″, fiind folosite pentru a

evita supra-uscarea boabelor.

Invertoarele mută boabele calde de la interior în locul boabelor umede de la exterior.

Produsul de lângă peretele exterior este uscat prin folosirea căldurii captate, care altfel ar fi fost

irosită.

Procesul de inversare al locului boabelor ajută la păstrarea unei temparaturi optime de

uscare. Astfel, se maximizează calitatea produsului, iar cantitatea de carburant consumată este

mult diminuată.

Temperatura seminţei Calitatea seminţei

Sub 38 °C Sămânţa normală

Între 38 °C si 49 °F Consum uman – Valori nutritive şi gust neafectate

Între 49 °F si 60 °F Consum animal – Valori nutritive neafectate

Între 60 °F si 71 °F Valori nutritive scăzute şi masă de cântar scazută

Peste 71 °F Sămânţa poate fi spartă

Invertoarele de cereale sunt echipamente opţionale şi pot fi adăugate atât la

uscătoarele orizontale, cât şi la cele de tip turn.

17

3.7. Sistemul de control Vision

Sistemul Vision este conceput pentru controlul uscătoarelor GSI. Accesul la sistem se

face printr-un panou cu ecran tactil, care poate fi amplasat până la o distanţă de 300 m de

uscător.

Sistemul are la bază un circuit electric cu tensiune scăzută, iar pe fiecare uscător se află o

siguranţă pentru deconectare. Fiecare siguranţă este monitorizată separat şi starea ei este afişată

pe ecran.

Deoarece nu este format din componente mecanice, panoul de control Vision este mai

puţin predispus uzurii decât un panou normal. De asemenea, costul şi timpul de reparare sunt mai

mici.

În afara comenzilor pentru controlarea temperaturii şi umidăţii, sistemul oferă acces la

manualul uscătorului. În plus, utilizatorul poate vedea istoria utilizării uscătorului şi poate salva

informaţiile pe un card USB.

18