Post on 03-Jan-2016
description
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