UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRICOLE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ A BANATULUI

TIMIŞOARA

FACULTATEA TEHNOLOGIA PRODUSELOR AGROALIMENTARE

DISCIPLINA: UTILAJE IN INDUSTRIA ALIMENTARA

USCATOR TURN TIP COLOANA PENTRU CEREALE

Coordonare ştiinţifică:Conf. Dr. Ing. Trasca Teodor Ioan

Studenti:

Anul universitar: 2006 - 2007

I.TEHNOLOGIA USCARII CEREALELOR

CEREALE UMEDE

ALIMENTARE

aer cald

USCARE

aer rece

RACIRE

EVACUARE

CEREALE USCATE

Schema tehnologica de uscare a cerealelor

2

Alimetarea uscatorului tip coloana se face la partea superioara prin gura de alimentare

Uscarea artificială se realizează în instalaţii de uscare, prin diferite metode, cea mai frecventă este metoda cu ajutorul aerului încălzit.

Uscarea presupune urmatoarele faze principale: incalzirea materialului solid, difuzia umiditatii catre suprafata acestuia, vaporizarea umiditatii pe suprafata materialului de uscat si indepartarea vaporilor formati.

Procesul de uscare este un proces complex de transfer de caldura si de masa. Uscarea se caracterizeaza prin

Viteza de uscare, care repreznta cantitatea de umiditate eliminata in unitatea de timp de pe unitatea de suprafata de material solid supus uscarii

Timp de uscare, care este timpul necesar pentru ca un material solid(uscat cu o anumita viteza de uscare) sa ajunga de la o umiditate initiala cunoscuta la o umiditate mai mica, data.Metoda de uscare folosita este cea convectiva care se

realizeaza prin trecerea unui curent de agent de uscare gazos, incalzit in prealabil, peste stratul de material solid umed. Ca agent de uscare, mai des folosit este aerul cald.

Uscarea convectiva are loc pana la stabilirea echilibrului dinamic dintre materialul solid umed si agentul de uscare.

Cantitatea de căldură totală necesară uscării unui produs este compusă din căldura necesară încălzirii aerului şi cea necesară încălzirii produsului.

Căldura specifică. depinde de natura şi structura produsului: la grâu, 0,49 Kcal/kg; la porumb, 0,46; la floarea-soarelui, 0,35.

Reducerea umidităţii se realizează la temperaturi ale agentului termic de până la 40°C la seminţele destinate semănatului (pentru a nu afecta germinaţia) şi până da 50°C la cele destinate consumului. La grâu, de exemplu, dacă se trece de 50°C glutenul îşi pierde elasticitatea, fiind afectate însuşirile de panificaţie.

Uscarea seminţelor cu umiditate ridicată trebuie realizată cu temperaturi mai mici decât a seminţelor cu umiditate mai redusă, pentru a preveni sudarea porilor tegumentului şi fisurarea boabelor.

3

Randamente sporite în procesul de uscare se realizează nu prin mărirea temperaturii agentului de uscare, ci prin mărirea cantităţii de aer cald care trece prin masa de seminţe.

Racirea care se realizeaza cu aerul rece fiind folosit din ce in ce mai des ca metoda de racire. Aerul rece realizeaza racirea de obicei in convectie, cu ajutorul unor ventilatoare puternice. Ventilatoarele folosite pot fi

Ventilatoarele axiale functioneaza cel mai bine la presiuni statice sub 101,6 mm de apa, dar poate prezenta o problema din punct de vedere al zgomotului

Ventilatoarele centrifugale necesita o mai mare investitie economica decat ventilatoarele axiale dar sunt mai eficiente la o presiune statica mai ridicata si sunt mai silentiose. In mod normal functioneaza la 1750-3500 rpm

Ventilatoare centrifugale in-line functioneaza la presiuni statice mai mari decat ventilatoarele axiale si la un cost mai scazut decat ventilatoarele centrifugale normale

Evacuarea se face prin partea inferioara a uscatorului prin actionarea unui dispozitiv. Anterior evacuarii cerealele cad intr-o palnie colectoare.

4

II. USCATOR TURN TIP COLOANA

1a - zona de uscare1b – zona de racire 2 - dispozitiv 3 - palnie colectoare 4 - palnie de alimentare 5 - canale de distributie 6 - camere de distributie 7 - camere de distributie din zona de racire 8 - ventilator 9 - camera de ardere10 – ventilator11 – jaluzele reglabile

Uscatorul turn tip coloana pentru cereale se

compune dintr-o coloana 1, impartita in doua zone de uscare (1a) si cea de racire (1b). Materia prima – cerealele umede – este alimentata prin plania 4.

In coloana au loc doua procese: 1. uscarea produsului umed in zona de uscare2. racirea produsului uscat in zona de racire

Operatia de uscare se desfasoara astfel: agentul deuscare (aerul) este introdus in coloana de uscare prin jaluzelele reglabile 11. Combustibilul necesar arde in camera de ardere (focarul) 9, de unde gazele de ardere sunt vehiculate cu ventilatorul 8. Agentul de uscare – aerul incalzit – este distribuit in interiorul coloanei, in zona de uscare, prin camerele de distributie 6 si canalele 5.

Operatia de racire se realizeaza in felul urmator: agentul de racire (aerul rece) este vehiculat cu ajutorul ventilatorului 10, ajungand astfel, prin camerele de destributie 7, in interiorul coloanei 1, si anume in zona de racire.

Produsul uscat si racit este golit din coloana prin actionarea dispozitivului 2. cerealele uscate cad astfel in palnia colectoare 3, de unde sunt evacuate.

In timpul operatiei de uscare prin antrenarea umiditatii printr-un agent de uscare, apa din materialul supus uscarii parcurge doua faze

5

difuziune interioara: apa aflata in material in stare lichida sau de vapori, se deplaseaza spre suprafata, prin capilaritate sau difuziune,

difuziunea exterioara: apap de la suporafata materialului trece in agentul de uscare.

In functie de comportarea lor in procesul de uscare, materialele umede pot fi nehigroscopice-capilar-poroase sau higroscopice-capilar-poroase.

O uscare buna a cerealelor depinde atat de debitul de aer asigurat cat si de capacitatea de retentie a apei de catre aer. Capacitatea unui ventilator de a vehicula aerul prin cereale este dependenta de constructia ventilatorului dar si de rezistenta la debitul de aer. Presiunea pe care trebuie sa o dezvolte un ventilator pentru a depasi rezistenta cerealelor la debitul de aer este denumita presiune statica.

Exista diferite tipuri de ventilatoare. Fiecare are caracteristici de functionare specifice. Cele mai utilizate tipuri de ventilatoare folosite pentru uscarea cerealelor sunt ventilatoarele axiale, ventilatoarele centrifugale de joasa si inalta presiune si ventilatoarele centrifugale in-line.

Ventilatoarele axiale se monteaza pe tubulatura si au debite cuprinse intre 1000-155 000 m3/h, iar presiunea maxima este de 920 Pa.

Ventilatoare centrifugale de joasa presiune -au debite cuprinse intre 500-34000 m3/h si presiune maxima

de 1300 Pa, iar cele de inalta presiune au debite cuprinse intre 280-12000 m3/h si presiunea maxima

de 11200 Pa.

Ventilatoarele centrifugale in-line cu carcasa metalica sau de

6

plastic, cu debite cuprinse intre 180-33600 m3/h, presiuni de la 0-2500 Pa.

USCATOR TIP COLOANA PENTRU PORUMB

Fig.1 Fig.2

Uscătorul tip coloană cu încrucişare de curenţi (figura

1) este cel mai utilizat tip de uscător pentru porumb. Este numit uscător cu încrucişare de curenţi deoarece aerul încălzit se mişcă transversal cu coloana de porumb, perpendicular pe debitul de porumb.Umiditatea şi temperatura porumbului variază de-a lungul coloanei uscătorului cu încrucişare de curenţi, aşa cum este prezentat în (figura 2). Porumbul din interiorul coloanei are o umiditate mai scăzută şi o temperatură mai mare decât porumbul de la exteriorul coloanei. De aceea, chiar dacă umiditatea medie poate fi 14%, umiditatea porumbului din interiorul coloanei poate fi între 6 – 10%, iar cea a porumbului de la exteriorul coloanei poate fi între 16–28%. De asemenea, chiar dacă temperatura medie poate fi 600C, porumbul din interiorul coloanei poate atinge 930C, iar cel de la exteriorul coloanei 26,60C.

7

Temperatura porumbului în uscător creşte pe măsură ce porumbul se usucă. La o umiditate mai mare, bobul este menţinut rece prin efectul de răcire al evaporării apei. În

multe uscătoare, temperatura cerealelor este folosită pentru determinarea gradului de uscare a cerealelor.

Uscătorul cu încrucişare de curenţi folosit la uscarea porumbului pentru macinarea umedă trebuie să fie utilizat la o temperatură moderată sau incluzând anumite particularităţi pentru minimizarea variaţiei de-a lungul coloanei.

La unele uscatoare discontinue se poate adauga un dispozitiv de recirculare a aerului. Aceasta are ca scop reducerea variatiei de umiditate de-a lungul coloanei uscatorului. Pentru unele cereale se poate utiliza o temperatura mai inalta cu o recirculare a aerului dat fiind faptul ca miezul cerealelor nu se va afla in apropierea aerului incalzit pe intreaga perioada de uscare, deci prin urmare nu va deveni suficient de cald (figura 3).

Unele uscătoare cu flux incrucişat continuu folosesc un repartitor pentru cereale care întoarce porumbul din interiorul coloanei spre exteriorul acesteia şi pe cel din exterior spre interiorul coloanei (figura 4). Aceasta minimizează timpul în care porumbul este adiacent la interiorul coloanei.

Fig.3

8

Fig.4

O altă particularitate care poate care poate minimiza variaţia de-a lungul coloanei de uscare este tapetarea pereţilor uscătorului, astfel încât cerealele din partea plenară a coloanei să se mişte mai rapid decât cerealele din apropierea exteriorului coloanei. În uscătoarele etajate, cu flux continuu, cu flux încrucişat, etajul superior care conţine porumbul cu cea mai mare umiditate, poate fi prelucrat la cele mai mari temperaturi de procesare, iar etajele inferioare, care conţin porumbul uscat, pot fi procesate la temperaturi mai scăzute.

Alte uscătoare cu flux încrucişat folosesc secţiuni de temperare pentru limitarea expunerii la temperatura înaltă a aerului de uscare. Secţiunile de temperare, instalate între secţiunea de uscare şi secţiunea de răcire a uscătorului cu flux continuu, reduc potenţialul pentru forţa de rupere din timpul răcirii.

Cu toate că uscărea la temperaturi scăzute dă o calitate mai bună porumbului, temperaturile scăzute scad capacitatea de uscare a acestuia şi eficienţa energetică. Energia necesară îndepărtării a 0,4536 kg de apă din porumb la diferite rate ale debitului de aer şi temperaturi de uscare este prezentată în (figura 5). Rata debitului de aer selectată este un compromis între eficienţa energiei, capacitatea de uscare, temperatura medie a porumbului şi variaţia de umiditate de-a lungul coloanei.

Folosind o rata mai înaltă a debitului de aer conduce la o rată de uscare mai înaltă şi o variaţie de temperatură şi umiditate de-a lungul coloanei în limite mai restrânse, dar o creştere a necesarului de energie. Rate mai înalte pentru debitul de aer produc de asemenea o creştere a temperaturii medii a boabelor, aşa cum este prezentat în (figura 6). Unele uscătoare cu încrucişare de curenţi utilizează recircularea aerului pentru a creşte eficienţa energiei.

9

Fig.5 Fig.6

Capacitatea de uscare

Uscătorul tip coloană este umplut complet o singură dată. Un uscător obişnuit este alcătuit din două coloane care înconjoară o cameră plenară (figura 7). Câteva forme de uscare sunt de asemenea disponibile. Aerul fierbinte este forţat să intre în camera plenară printr-o diuză a unităţii de încălzire, trece prin coloanele pline cu boabe şi le usucă. Capacitatea normală a unui astfel de uscător variază între 80 şi 1,000 buşeli. Lăţimea coloanelor unui astfel de uscător este de 25,4 până la 50,8 cm. Sunt caracterizate prin rate înalte de debite de aer şi temperaturi ridicate. Secvenţele tipice de operare sunt: umplere – uscare – răcire – golire. Timpul de operare diferă, dar în medie necesită între 2 şi 3 ore/şarjă. Controlul secvenţial de uscare se poate face manual sau automat.

10

Fig. 7

Avantajele uscării

- Permite recoltarea cerealelor în condiţii bune şi reduce pierderile de apă.

- Măreşte perioada de disponibilitate a recoltei.- Face posibilă recoltarea timpurie.- Uscarea cerealelor dure poate reduce/elimina alterarea

la depozitare.- Îmbunătăţeşte calificativul de piaţă şi

acceptabilitatea la export.- Permite alternative de piaţă la desfacere.- Elimină necesitatea amestecării.

Dezavantajele uscării

- Necesită capital suplimentar pentru echipamente, energie şi manipulare.

- Necesită forţă de muncă suplimentară şi inconvenienţa manipulării manuale până când facilitaăţile de centralizare vor fi disponibile.

- Necesită experienţă şi operare eficientă.- Poate deteriora calitatea malţifierii orzului dacă nu

se operează la temperatură scăzută a aerului.

11

III. ENUNTAREA PROBLEMEI

Pentru calculul de dimensionare tehnologica a uscatoarelor se cunoaste cantitatea de material umed, umiditatea care se indeparteaza, cantitatea de material care se obtine in urma uscarii, consumul de aer. Se cunosc urmatoarele: cantitatea de material umed care se usuca intr-o ora (7200kg), umiditatea cerealelor inainte de uscare (25%), umiditatea cerealelor dupa uscare (15%), continutul de umiditate al aerului la intrarea in uscator la 20˚C (0,01519), iar continutul de umiditate al aerului la iesirea din uscator la 40˚C (0,0506).

BILANTUL DE MATERIALE AL USCATORULUI CU AER

Se noteaza cu:

G1 - cantitatea de material umed, care intra in uscator, in kg/sG2 - cantitatea de material umed, care iese din uscator, in kg/sGu – cantitatea de produs complet uscat in materialul umed, in kg/sW1 – umiditatea materialului inainte de uscare, in %W2 - umiditatea materialului dupa uscare, in %W – cantitatea de umiditate indepartata din material in uscator, in kg/sL –cantitatea de aer complet uscat care trece prin uscator, in kg/sX0 – continutul de umiditate al aerului la trecerea prin radiator, in kg/kg aer uscatX1 - continutul de umiditate al aerului la intrarea in uscator, in kg/kg aer uscatX2 - continutul de umiditate al aerului la iesirea din uscator, in kg/kg aer uscat.

Cantitatea de material umed, care intra in uscator, in kg/s este: 7200kg/3600s G1 = 2 kg/s

Scaderea umiditatii se poate calcula cu ajutorul formulei:

Scaderea umiditatii (%)=

Scaderea umiditatii (%)=

Scaderea greutatii materialului umed se face cu 11,76% din cantitatea de cereale uscate intr-o ora adica 7200 kg.

12

Deci: 11,76% · 7200kg = 847,05 kg care reprezinta cantitatea de material pirdut din cerealele umede.

7200-847,05 = 6352,95 kg care reprezinta canttitatea de material uscat care iese din uscator intr-o ora, iar intr-o secunda va fi:

6352,95kg/3600s G2 = 1,76 kg/s

Cand nu sunt pierderi de material, cantitatea de substanta uscata ramane constanta si inainte si dupa uscare. Se poate exprima, in kg/s, prin relatia:

= =2

unde:

Umiditatea indepartata prin uscare, reprezinta diferenta dintre greutatea materialului umde si a materialului uscat:

W = G1 – G2

Introducand in ultima ecuatie G2 valoarea din ecuatia anterioara, se obtine:

W = G1 -

sau

W = G1

Inlocuid valoarea G1, valoarea din ecuatia anterioara , se obtine:

W = G2

sau

W = G2 W = 1,76 W = 023 kg/s

13

Consumul de aer. Intr-un uscator fara pierderi, cantitatea de aer complet uscat care trece prin uscator, ca si cantitatea de material complet uscat, raman invariabile.

In cazul unui proces stationar, umiditatea (in kg/s) va fi:

Cu materialul care se usuca............................................... G1

Cu aerul.............................................................................. Lx1

Total.................................................................................... G1 + Lx1

Din uscator se indeparteaza umiditatea (kg/s)

Cu materialul usucat........................................................... G2

Cu aerul.............................................................................. Lx2

Total.................................................................................... G2 + Lx2

In absenta pierderilor, umiditatea totala ramane constanta si se respecta egalitatea:

G1 + Lx1 = G2 + Lx2 (1)

Umiditatea indepartata din material va fi:

W = G1 - G2 (2)

Comparand ecuatiile (1) si (2) rezulta:

W = L (x2-x1)

De unde, consumul total de aer necesar uscarii va fi:

14

L = = [kg/s] L = 7,42 kg/s

Iar consumul specific de aer, l, adica consumul de aer, raportat la 1 kg umiditate, indepartata din material in uscator, va fi:

l = kg/kg umiditate

l = 28,57 kg/kg umiditate

deoarece aerul care strabate bateria de radiatoare nu absoarbe si nu cedeaza umiditate, continutul lui de umiditate la incalzirea in radiator ramane constant si deci:

x1 = x0 x0 = 0,01519 kg/kg aer uscat

de unde:

l = = l = 28,57 kg/kg umiditate

BIBLIOGRAFIE

15

1. C. Stan, Z. Hasci, I. Craciun – EXPLOATAREA SI INTRETINEREA UTILAJELOR SIN INSTALATIILOR DIN INDUSTRIA CHIMICA, Ed. Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1995

2. I. Jianu – TEHNOLOGII GENERALE, Volmul I, Ed. Agroprint, Timisoara, 2003

3. T.I. Trasca – OPERATII, APARATE SI UTILAJE IN INDUSTRIA ALIMENTARA, Ed. Agroprint, Timisoara, 2003

4. http://www.cceei.energ.pub.ro/cursuri_postuniversitare/modulul1_3.pdf

5. http://www.ag.ndsu.edu/pubs/plantsci/smgrains/ae701-2.htm#Column

6. http://www.ces.purdue.edu/extmedia/GQ/GQ-15.htm7. http://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr07/L7.html

CUPRINS

16

1. Tehnologia uscarii cerealelor..........................22. Uscator turn tip coloana...............................73. Bilantul de materiale a uscatorului cu aer............124. Bibliografie..........................................16

17