8.Refrigerarea Congelarea

Operaii unitare n ingineria alimentar

379

Capitolul 14

REFRIGEREA I CONGELAREA

Refrigerarea i congelarea sunt operaii prin care se urmrete mrirea duratei de conservabilitate a produselor

alimentare sub influena temperaturii sczute. Uneori prin realizarea refrigerrii sau congelrii se urmresc i alte scopuri

cum ar fi: crearea condiiilor favorabile pentru desfurarea unor procese biochimice n condiii optime de temperatur

pentru dirijarea procesului tehnologic (fermentare alcoolic n ind. berii, a ampaniei), modificarea unor proprieti fizice

care s faciliteze prelucrarea tehnologic ntr-un anumit mod (modificarea consideraiei ntr-o anumit faz de fabricaie

la ciocolat, margarin, unt, trecerea apei din stare lichid n stare solid pentru a permite liofilizarea), etc.

Reeaua de uniti n care se utilizeaz temperaturile sczute n vederea conservrii produselor alimentare,

poart denumirea de lan frigorific. Denumirea simbolizeaz legtura care trebuie s existe ntre verigile care asigur

prelucrarea prin frig a produselor alimentare, depozitarea acestora la temperaturi sczute, transportul frigorific sau

izoterm ntre diverse uniti comerciale cu profil alimentar i aparatele frigorifice de uz casnic.

Lanul frigorific este compus din uniti fixe i mobile:

-Uniti fixe (cu exceptia celor comerciale se numesc frigorifere sau depozite frigofice):

-Centre de colectare (lapte, pete, etc.);

-Uniti de producie (abatoare, fabrici de bere, industrializarea crnii, industrializarea laptelui, etc.);

-Antrepozite frigorifice de stocaj i distribuie;

-Uniti comerciale i de alimentaie public;

-Aparate de uz casnic.

-Uniti mobile (Mijloace de transport care fac legtura ntre unitile fixe):

-Izoterme auto sau CF;

-Transport frigorific (auto, CF, nave, avioane cu compartimente frigorifice) (au instalaii frigorifice proprii).

De regul, fiecare categorie de produse alimentare are un lan frigorific propriu, aa cum se observ n figur.

Fig 14.1. Lanuri frigorifice

Ciprian Cpna i Mihai Vduva

380

n mod normal variaiile de temperatur admise, fa de optimul recomandat trebuie s fie de maxim 1C.

Trebuie respectate i condiiile de umiditate recomandate. n imagine este prezentat un lan frigorific pentru legume i

fructe congelate.

Fig. 14.2. Schema lanului frigorific pentru legume i fructe congelate

Clasificarea frigoriferelor se poate realiza dup mai multe criterii:

-Dupa natura produselor depozitate:

-Frigorifere generale (produse diverse mai puin cele care impun un regim special de depozitare - citrice, pete, etc.);

-Frigorifere cu profil specializat (pt. produse care necesit condiii deosebite de pstrare);

-Dup destinaie:

-Frigorifere de colectare (pentru produse colectate n vederea industrializrii, distribuirii sau colectrii);

-Frigorifere industriale sau tehnologice (pentru refrigerare, congelare, i depozitare de scurt durat, au capaciti de

depozitare de 5005000t i de congelare de 20100t/24h);

-Frigorifere de stocaj (pentru uniformizarea ritmului de aprovizionare i asigurarea lanului frigorific);

-Frigorifere de distribuie (alimentare periodic de la cele industriale i de stocaj, n vederea distribuiei produselor spre

consum);

-Frigorifere speciale (portuare, din comerul cu ridicata, pentru export);

-Dup regimul de temperatur:

-Frigorifere pentru produse refrigerate (0C);

-Frigorifere pentru produse congelate (-20C);

-Frigorifere mixte;

-Dup tipul construciei:

-Frigorifere orizontale sau monoetajate (nlimi mari de stivuire i paletizare);

-Frigorifere verticale (pe mai multe niveluri, cu capacitate foarte mare);

-Dup capacitatea de depozitare:

-Frigorifere de capacitate mare (150016000t);

-Frigorifere de capacitate medie (300600t);

-Frigorifere de capacitate mic (12125t).

Refrigerarea se realizeaz prin aducerea produselor alimentare la temperaturi n vecintatea temperaturii de

solidificare a apei, apa rmnnd n stare lichid. Congelarea se realizeaz prin aducerea produselor la temperaturi

inferioare temperaturii de solidificare a apei pure i trecerea parial a apei din stare lichid n stare solid. Temperaturile


381

de congelare sunt alese sub temperatura limit de dezvoltare a microorganismelor, temperatur la care este posibil

frnarea sau chiar mpiedicarea unor transformri sau reacii (n special reacii de natur enzimatic).

Durata de conservabilitate este cu att mai mare cu ct efectul inhibitor al temperaturilor sczute asupra vitezei de

reacie a anumitor procese biochimice este mai mare, iar efectul inhibitor este mai mare cu ct temperatura este mai

sczut. Durata de conservabilitate depinde i de natura procesului, de compoziia i starea lui, de respectarea unei

anumite tehnologii pentru realizarea refrigerrii sau congelrii. In fig. 14.3. este dat un grafic al relaiei ntre durata de

conservabilitate i temperatur. Din grafic rezult i influena naturii produsului i strii lui asupra duratei de

conservabilitate.

Fig.14.3. Relaia dintre durata de conservabilitate i temperatur.

Refrigerarea i congelarea ca operaii, se aplic n special produselor proaspete. Uneori pentru produsele ce se

congeleaz se aplic n prealabil un tratament termic pentru inactivarea enzimelor, n special n cazul produselor vegetale.

Alteori n produsele proaspete se adaug anumite substane cu aciune inhibitoare pentru anumite reacii, ca de exemplu

adausul de zahr la unele fructe.

Prin refrigerare i congelare nu se distrug microorganismele i enzimele produse de acestea. Scderea

temperaturii duce n general la micorarea sau la oprirea activitii lor. Efectul temperaturii sczute se menine numai ct

temperatura rmne la nivelul respectiv. In anumite condiii, prin congelare rapid se poate produce distrugerea

mecanic sau prin plasmoliz a microorganismelor.

Temperaturile sczute la care se realizeaz tratamentul pentru refrigerare sau congelare sunt obinute n

instalaiile industriale n special cu ajutorul instalaiilor frigorifice. Temperaturile de refrigerare se pot realiza i prin rcire

cu ghea. Temperaturile de congelare se pot realiza i prin rcire cu dioxid de carbon solid (procedeul denumit cu ghea

carbonic), cu azot lichid, etc. In genere, sistemele cu ghea, dioxid de carbon solid, azot lichid sau altele sunt utilizate

numai pentru meninerea temperaturii la un anumit nivel sczut.

Calitatea de consum, a produselor crora li s-a mrit durata de conservabilitate prin tratament frigorific depinde de

calitatea materiei prime conservat prin frig, de modul n care s-a realizat tratamentul prin frig (tehnologia refrigerrii,

respectiv congelrii), de condiiile de pstrare dup realizarea tratamentului prin frig (condiiile de depozitare, durata de

pstrare) i de modul de a fi readus produsul la condiii de folosire dup durata de conservare.


382

14.1. Factori care influeneaz operaia

Tratamentul prin frig al produselor alimentare este influenat de o serie de factori. Acetia pot fi grupai n:

- factori dependeni de natura i starea n care se gsesc componenii produsului;

- factori dependeni de instalaia n care se realizeaz operaia.

Temperatura la care este adus produsul i modul de aducere la temperatura de pstrare influeneaz esenial

calitatea produselor i durata de conservabilitate.

14.1.1. Factori dependeni de natura i starea componenilor n produs

Alimentele conin substane dispersate ionic, molecular, coloidal i uneori, ca suspensii. Unul din principalii

componeni ai alimentelor este apa, care n multe produse proaspete depete 60%, n unele ajung chiar la 92-95%

raportat la total. La tratamentul prin frig, trebuie s se in seama de particularitile de structur i comportare, pentru

evitarea fenomenelor de destabilizare care se pot reflecta negativ asupra calitii produsului. Majoritatea componentelor

organice ale alimentelor se gsesc n produs sub form de sisteme coloidale, la care mediul de dispersie este apa. Face

excepie de la aceast form grsimea.

Unele componente ale alimentelor se gsesc sub form de sisteme celulare. La tratamentul prin frig, pentru a se

asigura meninerea calitii produsului, trebuie s se in seama i de acest element.

Sistemul n care se gsesc componente ntr-un produs, particularitatea de structur ale componenilor alimentelor,

natura i proporia lor determin condiiile tehnologice de realizare a tratamentului prin frig, de pstrare i de readucere

a produsului la starea iniial.

Influena componenilor dizolvai sub form de soluie adevrat.

Datorit coninutului ridicat de ap al produselor alimentare, unii componeni, (n special cei de natur anorganic,

dar i unii de natur organic) se gsesc n produs sub form de soluie adevrat n care dizolvantul este apa, iar

dizolvatul este reprezentat de componenii respectivi.

Tratamentul prin frig rcirea produsului pn la atingerea temperaturii de congelare, atrage dup sine mrimea

solubilitii gazelor, scderea solubilitii substanelor solide, reducerea coeficientului de difuziune, reducerea presiunii

osmotice, creterea vscozitii fazei care se gsete n stare lichid. Mrirea solubilitii gazelor i scderea solubilitii

substanelor solide pot determina fie reacii secundare nedorite, fie fenomene de destabilizare care se reflect negativ

asupra calitii produsului.

Coninutul de substane solide dizolvate modific temperatura de congelare a dizolvatului.

Apa n stare pur se solidific la 00C. Coninnd substane dizolvate scade i temperatura de solidificare

(congelare).

Scderea temperaturii de congelare n cazul soluiilor diluate s-a observat c este proporional cu modalitatea

soluiei:

mKcc . [K] (14.1)

unde: c este scderea punctului de congelare fa de temperatura de solidificare a solventului pur;

m concentraia molal a soluiei (moli dizolvai la 1 kg solvent);

Kc constant caracteristic solventului, denumit i constant crioscopic. Constanta crioscopic a apei este Kc = 1,86.


383

S-a observat c, la substanele dizolvate, disociate electronic, scderea punctului de congelare este mai mare,

pentru aceeai concentraie, n unele cazuri tinznd s devin proporional cu concentraia ionic. In cazul soluiilor de

NaCl s-a observat o scdere a punctului de congelare aproape proporional cu concentraia ionic. Constanta crioscopic

a apei raportat la concentraia ionic este 0,9 Kc. Dac n soluie sunt dizolvai mai muli componeni scderea punctului

de congelare este proporional cu concentraia molar raportat la suma componenilor.

In cazul soluiilor nesaturate, dac temperatura soluiei scade, cnd se ajunge la o anumit valoare a temperaturii

corespunztoare saturaiei, o parte din dizolvant se solidific i n consecin se mrete concentraia molar a soluiei, se

mrete efectul crioscopic i scade temperatura de congelare.

Temperatura de congelare are valoare:

cspc tt [0C] (14.2)

unde: tc, tsp este temperatura de congelare a soluiei, respectiv temperatura de solidificare a solventului pur.

Exist o concentraie la care scderea temperaturii sub o anumit valoare atrage dup sine solidificarea soluiei sub

forma unei mase compacte. Temperatura respectiv se numete temperatura eutectic, iar punctul care este caracterizat

att prin temperatur ct i prin concentraie se numete punct eutectic. Fiecare substan dizolvat ntr-un anumit

dizolvant i are punctul su eutectic. In cazul cnd dizolvantului este apa, punctul eutectic poart denumirea de punct

criohidratic, iar temperatura respectiv temperatur crionidratic. In cazul cnd soluia conine dou substane care nu

reacioneaz ntre ele i care au puncte eutectice diferite, temperatura de solidificare total este de regul mai sczut

dect temperatura eutectic individual cea mai cobort. In cazul produselor alimentare care sunt sisteme polidisperse,

nu exist un punct eutectic propriu-zis, ci o zon de eutexie. Pentru cea mai mare parte a produselor alimentare zona de

euxietate este ntre -50 -600C.

Corelaia temperatur-concentraia soluiei pentru congelare este caracterizat fiecrui produs datorit naturii

componenilor dizolvai i raportul dintre ei. In fig. 14.3 este prezentat o asemenea situaie. La temperatura tA i

concentraia XA soluia este n stare lichid, temperatura respectiv fiind superioar temperaturii de eutexie i de

congelare. Rcind soluia la temperatura tB ncepe congelarea, se depun cristale de lichid solidificat i pentru soluie crete

concentraia n dizolvant. Atins temperatura te i concentraia Xe toat masa se solidificat, punctul E fiind punctul

eutectic.

In unele cazuri dei este atins temperatura de pe curba BE la concentraia respectiv, nu se formeaz cristale de

ghea cu toate c temperatura scade. Punctul de corelaie temperatur - concentraie se gsete sub curb n zona

normal de soluie cu cristale de ghea. Fenomene ca: agitarea, atingerea unei temperaturi minime, adugarea unei

impuriti sau a unui cristal de ghea, determin o cretere brusc a temperaturii la o valoare corespunztoare pe curba

BE i ncepe depunerea de cristale. Fenomenul de subrcire este prezentat n diagrama 14.4 unde apare n plus, fa de

fig. 14.5 o curb de temperatur minim i o zon de soluie subrcit. Starea de subrcire poate apare i la punctul

eutectic.


384

Fig.14.4. Fenomenul de subrcire. Fig.14.5. Relaia concentraie-temperatur a soluiei de congelare.

Fenomenul de subrcire apare uor cnd scade temperatura brusc, ns nu este stabil, deoarece se atinge uor

temperatura minim de subrcire. Scderea lent a temperaturii nu favorizeaz apariia fenomenului de subrcire, ns n

cazurile n care acest fenomen apare, subrcirea este mai stabil.

Comportarea descris este ntlnit la produsele alimentare, ns nu este valabil i pentru soluiile care au iniial

un coninut de substane dizolvat mai mare dect concentraia eucticului.

Scderea punctului de congelare cu c atrage o scdere a presiunii de vapori a soluiei din produs n comparaie cu

presiunea de vapori a dizolvantului la aceeai temperatur. Scderea presiunii de vapori se poate calcula n funcie de

scderea punctului de congelare cu relaia:

c

cp

103

1

1 (14.3)

Influena asupra componenilor prezeni ca sisteme coloidale.

Majoritatea componenilor organici ai alimentelor exceptnd grsimile reprezint sisteme coloidale, mediul de

dispersie fiind apa, iar amestecul fiind un hidrosol sau un hidrogel.

Sistemele coloidale nu influeneaz punctul de congelare, presiunea parial de vapori, presiunea osmotic sau

viteza de difuziune. Prin meninerea temperaturii produsului n zona temperaturilor de refrigerare, n genere, nu apare

nici o aciune pozitiv sau negativ asupra strii de hidrosol sau de hidrogel.

Hidrosolurile i pot pierde stabilitatea prin micorarea gradului de dispersie, care apare ca urmare a contopirii mai

multor particule. Pierderea stabilitii are drept consecin separarea fazei disperse de faza continu i se manifest prin

fenomene de coagulare, floculare sau precipitare masei disperse.

Stabilitatea hidrosolurilor este asigurat de doi factori care se opun contopirii particulelor i care acioneaz ntr-o

oarecare msur compensator unul fa de cellalt. Cei doi factori sunt: sarcina electric de acelai semn a particulelor

coloidale, care provoac respingerea particulelor ntre ele i nveliul de hidratare al particulelor.

La congelarea, prin cristalizarea unei pri din ap se reduce gradul de hidratare, apare tendina de contopire i de

pierdere a stabilitii.

Hidrogelurile i pot pierde stabilitatea datorit infestrii fenomenului de sintez. Concentraia mrit a

electroliilor dup separarea unei pri din ap prin cristalizare, intensific fenomenul de sintez prin coagularea unor

elemente structurale mobile.

Cristalele mari care apar n anumite cazuri la congelare duc la pierderea stabilitii gelurilor deoarece au aciune

distructiv asupra macromoleculelor sau agregatelor moleculare care caracterizeaz starea de gel.


385

Coloizii proteici fie c sunt soluri sau geluri, la congelare sufer anumite fenomene de denaturare, concretizate n

special prin agregri de particule coloidale, care au drept consecin micorarea capacitii de reinere a apei. Fenomenul

acesta poate aprea i la refrigerare, ns n acest caz este mai puin intens.

Solurile pe baz de amidon, prin congelare sufer fenomenul de agregare, care poart denumirea de retrogradare.

Fenomenul se explic prin reducerea nveliului de hidratare.

Fenomenele de acest tip, n genere sunt ireversibile, de aceea procesul tehnologic de refrigerare, respectiv

congelare, trebuie s fie condus urmrindu-se ct mai mult evitarea apariiei lor.

Influena asupra componenilor emulsionai. Emulsiile n genere, i micoreaz stabilitatea prin cderea

temperaturii, datorit creterii tensiunii superficiale care variaz n sens invers cu temperatura. Congelarea produce

destabilizarea i chiar spargerea emulsiilor datorit modificrilor produse n membranele de protecie a particulelor

dispersate. Fenomenul este ireversibil i drept consecin, nu mai sunt reconstituibile prin decongelare. Cu ct viteza de

congelare este mai rapid i temperatura de depozitare mai sczut, fenomenul de destabilizare emulsiilor este mai slab.

El poate aprea ns, n timpul fazei de decongelare dac acesta nu se efectueaz rapid.

Influena asupra sistemelor celulare din produse. Produsele alimentare de origine vegetal i animal

neprelucrate prezint structuri celulare. Prin pstrarea lor n stare proaspt, n condiii normale de depozitare, de

exemplu n cazul fructelor, boabelor de cereale,etc. se observ continuarea activitii fiziologice.

Tratamentul prin frig determin modificri ale metabolismului celular, ale permeabilitii membranei celulare i n

cazul congelrii se ajunge chiar la distrugerea parial a structurii celulare.

Astfel scderea temperaturii sub o anumit limit duce la dereglarea metabolismului normal al celulei, cu

posibilitatea de formare a unor compui nocivi pentru celul.

Temperatura de refrigerare bine aleas aplicat la fructe recoltate la un anumit stadiu de maturitate, mrete

durata de conservabilitate i poate mbunti chiar calitile iniiale ale produselor.

Congelarea, cu formare de cristale, determin de cele mai multe ori modificri ireversibile defavorabile, care sunt

funcie de natura celulei, de rezistena membranei, coninutul de ap, etc.

Congelarea apei se realizeaz cu mrirea volumului cristalului n comparaie cu al lichidului din care provine.

Mrirea volumului creeaz tensiuni locale care pot afecta structura celular ireversibil prin dislocri mecanice. Cu ct

cristalele sunt mai mari cu att efectul dislocrilor mecanice este mai puternic. Structura microcristalin are efecte mai

puin vtmtoare. Creterea cristalelor afecteaz n primul rnd pereii celulari.

Pe lng efectele mecanice, care apar datorit congelrii apei din produs, apar i unele efecte fizico-chimice. Prin

cristalizarea apei n spaiile intercelulare, apare efectul mecanic care preseaz asupra pereilor celulei din exterior spre

interior i provoac, n acelai timp, deformarea puternic a celulei. Datorit diferenei de coninut de ap ntre interiorul

celulei i spaiul intercelular apare migrarea apei din interior spre exterior. Scderea coninutului de umiditate n

interiorul celulei poate atrage chiar moartea celulelor prin plasmoliz.

Prin fenomenele de destabilizare a sistemelor proteice intracelulare au de suferit nucleul, protoplasma i mai ales

membrana care i pierde nsuirea de semipermeabilitate. Rezistena celulelor la aciunea letal a cristalizrii

extracelulare depinde n mare msur de natura produsului. Cristalizarea intracelular, care se produce n timpul

congelrii rapide, are un caracter letal mai important dect cristalizarea intercelular deoarece efectele mecanice i fizico-

chimice sunt mai puternice.


386

14.1.2. Influena apei din produs

Cea mai mare parte a nsuirilor produselor alimentare sunt influenate de coninutul n ap al produsului i de

modul de legare a acesteia. Principal apa din produse se poate gsi sub form de ap liber sau de ap legat. Apa liber

este reinut mecanic n produs i poate fi cedat mai uor. Apa legat este, n genere, reinut prin hidratarea ionilor,

moleculelor sau a particulelor coloidale care au nsuiri hidrofile.

Apa congelabil este n funcie de temperatura la care este adus produsul i de natura produsului (dac apa este n

stare liber sau legat). In fig. 14.6 este dat un grafic n care se prezint variaia procentului de ap congelabil fa de

total ap, funcie de temperatur i natura produsului. Este de remarcat c, la temperaturile normale de congelare ntre -

150C i -20

0C, se poate congela ntre 60 i 95% din ap n funcie de temperatur i natura produsului. In genere se

congeleaz mai puin ap la produsele de origine vegetal i mai mult la produsele de origine animal, deoarece la

produsele de origine vegetal avem soluii mai concentrate. Dac s-ar lua n considerare coninutul n umiditate (ap) al

produselor se poate constata c, procentual, se congeleaz mai puin ap la produsele cu umiditate mare.

Fig.14.6. Variaia procentual de ap congelabil funcie de temperatur.

Activitatea fiziologic a celulelor i a microorganismelor se bazeaz pe reacii biochimice complexe, a cror vitez

este determinat i de diluia soluiilor, respectiv de coninutul n ap. Ca o mrime care caracterizeaz efectul apei

asupra activitii microorganismelor s-a introdus noiunea de activitate a apei sau de grad higromecanic al apei din

produs, care a fost definit prin relaia:

s

mr

p

ph (14.4)

n care: pm este presiunea de vapori a apei din soluia polidispers coninut n material;

ps presiunea de vapori a apei pure la aceeai temperatur cu a apei din produs.

Presiunea de vapori a apei la o temperatur dat este o caracteristic precis, determinabil i cunoscut.

Presiunea de vapori a apei din soluia polidispers este determinat de o serie de elemente. Se poate aprecia c att timp

ct produsul mai conine ap liber presiunea de vapori a apei din soluia polidispers din material rmne constant i

egal cu presiunea de vapori a apei pure la aceeai temperatur.

Pentru un produs care n stare natural conine ap liber att timp ct este tratat prin frig n faz de refrigerare,

activitatea apei, respectiv gradul higrometric, rmne egal cu 1. Pentru orice produs tratat prin frig n faz de refrigerare,

activitatea apei nu se schimb att timp ct nu apare o variaie a umiditii produsului.

Prin eliminarea unei pri din apa coninut ntr-o soluie acesta se concentreaz indiferent de modul de eliminare

a apei. In cazul congelrii, prin solidificarea unei pri din ap de fapt soluia polidispers se concentreaz i drept


387

consecin i scade temperatura de congelare, presiunea de vapori i se modific i alte caracteristici. Scderea presiunii

de vapori se face cu pc definit prin relaia (14.3) i ca o consecin presiunea de vapori devine:

pm = pmi - pc [Pa] (14.5)

n care: pm, respectiv pmi reprezint presiunea de vapori a apei din soluia dispers la momentul n care s-a produs

pierderea de presiune pc, respectiv presiunea de vapori a apei din soluia polidispers iniial. innd seama de cele de

mai sus, ntr-o oarecare msur presiunea de vapori a apei din soluia polidispers este funcie de molalitatea soluiei.

innd seama de diferena gradului higrometric al apei, scderea presiunii de vapori a soluiei din produs fa de

presiunea de vapori a apei la aceeai temperatur, atrage dup sine scderea gradului higrometric al produsului.

Pentru evitarea schimbului de umiditate ntre produs i mediul ambiant este necesar egalitatea dintre gradul

higrometric i umezeala relativ a aerului, respectiv ntre presiunea de vapori din produs i presiunea parial a vaporilor

de ap din mediu.

Datorit acestui fenomen gradul higrometric al produselor, n funcie de natura lor variaz ntre 92 100%, ceea

ce permite depozitarea produselor fr s apar pierderi n greutate la umezeli relative corespunztoare gradului

higrometric al produsului. S-a observat c activitatea microorganismelor se desfoar numai peste anumite valori ale

coeficientului de activitate a apei, respectiv a gradului higrometric.

La temperaturile obinuite valoarea lui hr minim este de 0,91 - 0,98 pentru bacterii, 0,88 0,91 pentru drojdii i

0,80 0,88 pentru mucegaiuri. O serie de microorganisme osmofile se dezvolt pn la hr minim de 0,6. Creterea

temperaturii atrage dup sine scderea gradului higrometric minim la care se pot dezvolta microorganismele, iar scderea

temperaturii atrage dup sine creterea gradului higrometric minim la care se pot dezvolta microorganismele.

Dac se urmrete definiia gradului higrometric, se constat c el este de fapt un numr nedimensional i c are o

ecuaie de definiie analog cu a umezelii relative, cnd acesta nu este exprimat procentual, cu singura deosebire c la

gradul higrometric apare la numrtor presiunea de vapori a apei din soluia polidispers coninut n material, iar la

umezeala relativ presiunea parial a vaporilor din mediul ambiant.

La un produs oarecare, la care presiunea de vapori a apei din soluia polidispers coninut n material este egal

cu presiunea parial a vaporilor din mediul n care se gsete produsul, nu apare schimb macroscopic de umiditate ntre

produs i mediul i n consecin, nu apare pierderi n greutate la produs. Dac gradul higrometric este adus la valori care

mpiedic dezvoltarea microorganismelor, atunci produsul s-ar putea pstra ntr-un mediu cu aceeai temperatur i

umezeal relativ egal cu gradul higrometric ndeplinindu-se dou condiii: conservabilitate i evitarea pierderilor n

greutate.

Conservabilitatea produselor tratate prin frig se datoreaz, de fapt, corelrii ntre valoarea temperaturii i gradul

higrometric. Deoarece n cazul refrigerrii asupra gradului higrometric nu se poate aciona, conservarea prin refrigerare se

realizeaz numai prin efectul temperaturii. Gradul higrometric n acest caz are rol numai la reducerea sau mrirea

pierderilor n greutate.

In cazul congelrii prin cristalizarea unei pri din ap se modific i gradul higrometric i se poate ca el s asigure

sub limitele la care se mai menine activitatea microorganismelor. Gradul higrometric ns are influen asupra pierderilor

n greutate i n acest caz el permite depozitarea fr pierderi la umezeli relative ale mediului mai mic.

14.2. Influena temperaturii asupra conservabilitii

In afara celor amintite datorit caracterului lor biologic, alimentele n funcie de compoziia i nsuirile lor, pot

suferi diferite reacii datorit agenilor biochimici sau fizico-chimici. Viteza de desfurare a diferitelor tipuri de reacii este

influenat i de temperatur, n sensul c pe msur ce scade temperatura scade i viteza de reacie.


388

innd seama c majoritatea reaciilor din produsele alimentare se ncadreaz n categoria reaciilor de ordinul

nti i innd seama de ecuaia constantei vitezei de reacie:

RTEeAk /. (14.6)

se vede clar influena de inhibare a temperaturii sczute. Scderea vitezei de reacie poate fi atras i de micorarea lui A

sau a mririi lui E (energia de activare) ceea ce este normal.

Logaritmnd ecuaia se ajunge la:

RT

EAk lnln (14.7)

ceea ce n cazul c A, E i R sunt constante, reprezint ecuaia unei drepte cu ordonata la origine, ln A, i cu panta E/R.

Fcnd diferena constantelor vitezei de reacie la dou temperaturi T1 corespunztor cu k1 i T2 corespunztor lui

k2 se ajunge la:

21

21 lnlnRT

E

RT

Ekk (14.8)

sau adus la numitor comun i fcnd operaiile relaia devine:

21

21

2

1lnTT

TT

R

E

k

k (14.9)

Raportul k1/k2 (al constantelor vitezelor de reacie la dou temperaturi), reprezint de fapt coeficientul care arat

cu ct se mrete sau se micoreaz viteza de reacie cnd temperatura variaz de la T1 la T2. El este numit i coeficientul

de temperatur.

Din analiza relaiei (14.9) se constat c influena variaiei temperaturii este mai mic la reaciile cu energia de

activare mic cum este cazul reaciilor enzimatice i ca o consecin acestea s fie inhibate sunt necesare scderi mari de

temperatur.

Pentru reaciile chimice obinuite variaia temperaturii cu 10 grade, atrage dup sine o modificare a valorii

coeficientului de temperatur de 2 3 ori, ceea ce arat de fapt variaia vitezei de producere a reaciei respective.

Considernd o variaie medie de 2,5 ori/10 grade, pentru o scdere de temperatur a unui aliment de la 300C la 0

0C s-ar

micora viteza de reacie de aproximativ 2,53 15 ori.

Trebuie ns remarcat c valoarea energiei de activare variaz cu temperatura n sensul c pe msura scderii

temperaturii se modific energia de activare i n intervalul de la 300C la 0

0C viteza de reacie scade de circa 20 ori pe cnd

n intervalul de la 00C la -18

0C mai scade, dup datele lui Close, de 18 ori.

Intr-un aliment, datorit naturii sale i compoziiei complexe, se produc, n acelai timp, diferite tipuri de reacie, n

unele cazuri interdependente. Dac activitatea microorganismelor este, n genere, inhibat la -100C, n sensul c sub

aceast temperatur nu se mai nmulesc un numr nsemnat de enzime continu s fie active i n substraturi congelate.

Sub -400C se consider c nceteaz practic activitatea tuturor enzimelor.

Reducerea temperaturilor n jurul lui 00C din motive enumerate nu asigur o conservare a calitilor produselor

proaspt dect pentru scurt durat, cteva zile n funcie de natura produsului.

Reducerea temperaturilor sub 00C prin congelarea unei pri din ap determin mrirea conservabilitii, cu ct

temperatura este mai sczut. Aducnd la -400C i meninndu-l la aceast temperatur se poate asigura

conservabilitatea fr modificri eseniale ani de zile. Aceast operaie ns este costisitoare prin consumul ridicat de frig

pentru congelarea i pentru cel de meninere la aceast temperatur.


389

14.3. Refrigerarea

Aa cum a fost definit iniial, prin refrigerare se urmrete aducerea produselor alimentare la temperatur

apropiat de 00C, fr s se produc congelarea apei.

In funcie de natura produsului supus refrigerrii, de scopul ei, refrigerarea poate fi realizat lent sau rapid, ntre

cele dou limite putnd fi diferite trepte.

Rcirea produselor alimentare pn la temperaturi apropiate de punctul de congelare, fr formare de ghea n

produs, este denumit refrigerare. De regul presupune transfer de cldur i mas (umiditate) de la produs la mediul de

rcire. Temperatura de refrigerare a produselor alimentare este de 05C. Mediul de rcire trebuie s aib temperatura

mai redus cu 35C.

Clasificarea refrigerrii se poate realiza dup mai multe criterii:

-Dup natura mediului de rcire utilizat:

-Refrigerare n aer;

-Refrigerare n ageni intermediari (ap, ap de mare, soluii de NaCl, etc.);

-Refrigerare prin contact cu ghea hidric;

-Refrigerarea lichidelor n schimbtoare de cldur;

-Refrigerarea n vid;

-Dup viteza de desfurare a procesului:

-Refrigerare lent;

-Refrigerare rapid (cea mai recomandati cea mai des utilizat).

Procesul de refrigerare este tipic nestaionar (viteza de rcire variaz de la un punct la altul i n timp). Procesul

se consider ncheiat cnd temperatura medie a ajuns la valoarea dorit.

Exist civa parametri care descriu procesul de refrigerare:

-Viteza de rcire global - raportul dintre reducerea total a temperaturii medii i durata total

a procesului de refigerare;

-Intensitatea de rcire (timpul de njumtire) - durata n care diferena dintre temperatura medie a

produsului i temperatura mediului de rcire este redus la jumtate.

Pentru intensificarea refrigerrii se poate utiliza n prima faz aer cu -8-15C, iar apoi aer cu 0C. Un proces de

refrigerare este reprezentat n figur:

Fig. 14.7. Variaia temperaturii medii a unui produs n timpul refrigerrii

t0-temperatura constant a mediului de rcire; z-timpul de njumtire a diferenei de temperatur


390

Un exemplu care poate s edifice modul n care se realizeaz refrigerarea este urmtorul:

-Timpul de njumtire este z=4h; -Temperatura iniial este ti=30C; -Temperatura final (dorit) este tf=2C; -

Temperatura aerului utilizat pentru rcire este t0=0C; -Dup 4h temperatura medie a produsului ajunge de la 30C la

15C; -Dup alte 4h temperatura medie a produsului ajunge de la 15C la 7,5C; -Dup alte 4h temperatura medie a

produsului ajunge de la 7,5C la 3,75C; -Dup alte 4h temperatura medie a produsului ajunge de la 3,75C la 1,88C; -Se

constat c dup 16h, produsul a ajuns la cca. 2C, iar procesul s-a ncheiat. Refrigerarea n aer este procedeul cel mai

utilizat pentru refrigerarea produselor solide (carne, produse din carne, brnzeturi, lactate, psri, pete, legume, fructe,

ou, semipreparate culinare, etc.); La refrigerarea cu un singur nivel de temperatur a aerului, aceasta variaz uzual ntre -

1+1C. La refrigerarea cu dou nivele de temperatur (carcase de carne, psri, unele fructe), temperatura aerului este

de: --8-9C la unele fructe; --5-6C la bovine; --10-12C la porcine. Temperatura sczut a aerului este meninut de

regul pe durata primului timp de njumtire. Apoi aerul are -1+1C.n figur sunt reprezentate cteva procese de

rcire pentru o carcas de bovin.

Fig.14.8. Curbele de variaie a temperaturii la racirea unei carcase de bovin.

1-suprafa; 2-centrul termic; A-refrigerarea ntr-o faz cu aer la +2C; B-refrigerarea n dou faze cu aer la -5C i 0C

Viteza aerului cu camera de refrigerare goal este de cca.: -0,3m/s la rcirea lent; -23m/s la rcirea rapid Cu ncperea

plin se ajunge la viteze ale aerului de 56m/s n zonele dintre produse. Att temperatura ct i viteza aerului

influeneaz durata refrigerrii, aa cum se arat n figur.

Fig.14.9. Influena temperaturii i vitezei aerului asupra duratei refrigerrii carcaselor de carne


391

Modul de aezare a produselor n camerele sau tunelele de refrigerare trebuie s asigure spaii de curgere pentru

aerul rece. n cazul crnii s-a dovedit mai eficient asigurarea unei circulaii verticale a aerului, de sus n jos, ca n figur.

Fig.14.10. Schema distribuiei aerului la rcirea crnii n tunele cu circulaie vertical descendent

1-canal de aer; 2-ajutaj; 3-linie aerian de transport; 4-carcasa de carne; 5-canal de distributie a aerului

14.3.1. Procedee de refrigerare

Procedeele de refrigerare se difereniaz n funcie de starea fizic a produsului supus refrigerrii i de natura

agentului de refrigerare. Procedeele de refrigerare se pot mpri n dou grupe mari: refrigerarea prin intermediul unei

suprafee de schimb de cldur i refrigerare prin contact direct ntre produsul supus rcirii i agentul care preia cldur.

Refrigerarea prin intermediul unei suprafee de transfer de cldur se folosete n cazul rcirii produselor n stare

lichid. Suprafaa de transfer de cldur este a unui schimbtor de cldur. Cldura este preluat de un agent frigorific

primar, care se vaporizeaz, sau de un agent frigorific secundar care, n genere, nu-i schimb starea de agregare ci sufer

doar o schimbare de temperatur.

Schimbul de cldur se realizeaz n regim staionar sau nestaionar determin de tipul de aparat i de circulaia

fluidelor. Pentru calculul unui asemenea tip de refrigerare se respect regulile de calcul ale schimbtoarelor de cldur.

Refrigerarea prin contact direct ntre produsul supus rcirii i agentul de rcire se aplic n special la rcirea

produselor care se prezint ca produs solid cu tot coninutul su de umiditate. Instalaiile ;i conducerea procesului n

acest caz depind n special de natura agentului de rcire. Se pot folosi ca ageni de rcire aerul, apa, o soluie n care

dizolvantul este apa, sau gheaa.

Alegerea agentului de rcire ntr-o oarecare msur este determinat de natura produsului supus refrigerrii.

Refrigerarea n ghea se realizeaz prin amestecul produsului supus refrigerrii cu bucile de ghea. Sistemul

este utilizat n special pentru refrigerarea petelui. Aceasta se realizeaz prin amestecarea petelui cu buci de ghea n

lzile n care se i transport petele.

Refrigerarea n ap sau o soluie rcit, se realizeaz prin imersarea produselor n ap sau soluia respectiv, prin

stropire sau n sistem mixt. Agentul de rcire este adus la temperatura 0,5 20C, fie prin rcire cu ghea, fie prin rcire

cu ajutorul unei instalaii frigorifice.

Concomitent ce refrigerarea, n acest caz, are loc i o splare a produsului, mai mult sau mai puin avansat.

Rcirea n ap sau cu soluie rcit se aplic n special pentru rcirea psrilor n flux continuu, n sistem

conveierizat.


392

Refrigerarea n aer este procesul cel mai rspndit i practic, aplicabil oricrui tip de produs, deoarece prin acest

procedeu nu sunt afectate calitile organoleptice ale alimentelor i nici integritatea ambalajelor n cazul produselor

ambalate.

Pentru refrigerare n aer sunt importani trei parametrii ai aerului: temperatura, viteza de circulaie a aerului i n

cazul produselor neambalate ermetic la aer, umezeala relativ.

Temperatura aerului trebuie astfel aleas nct s asigure o diferen de temperatur ct mai mare, ns acelai

timp s se evite congelarea produsului. Instalaiile de refrigerare sub aspectul temperaturii aerului pot funciona n dou

moduri: la o temperatur de intrare a agentului de rcire sau la dou temperaturi de intrare a agentului de rcire n timp.

In acest din urm caz n faza iniial se lucreaz cu aer la -9 -150C n funcie de natura produsului , iar dup aducerea

stratului superficial al produsului n jur de 00C se ridic temperatura aerului la -1 -4

0C, astfel nct temperatura stratului

superficial s nu mai scad, n schimb s scad temperatura n interiorul produsului.

Viteza aerului depinde de tipul de refrigerare care se urmrete s se realizeze. Pentru refrigerare lent aerul se

deplaseaz ci viteze pn la 0,3 m/s, pentru refrigerare rapid se poate lucra cu viteze peste 3 m/s, asigurndu-se pn la

6 m/s sau pentru produse cu grosimi mici chiar pn la 16 m/s. Mrirea vitezei de circulaie a aerului atrage dup sine

mrirea coeficientului parial de transfer de cldur de la suprafaa produsului la aer, scurtarea duratei de refrigerare,

ns se mrete i consumul de energie electric pentru asigurarea circulaiei aerului datorit creterii pierderilor de

presiune proporional cu ptratul vitezei.

Umezeala relativ este important pentru produsele neambalate ermetic fa de aer. In aceast situaie este

important s fie ct mai ridicat pentru a reduce pierderile de ap prin evaporare la suprafa, pierderi care de fapt devin

pierderi din greutatea produsului. Mrirea umezelii relative a aerului se realizeaz prin recircularea aerului. La recircularea

total aerul intr n sistemul de rcirea produsului cu umezeal relativ de 98 100%.

Procesul de transfer de cldur, respectiv de transfer de substan n cazul refrigerrii produselor n buci, este un

proces de transfer nestaionar, determinat de variaia n timp a temperaturii produsului n interiorul bucii.

Produsele supuse refrigerrii n timpul realizrii operaiei se pot gsi n sistem staionar sau n spaiul n care se

realizeaz refrigerarea.

14.3.2. Pierderile n greutate n timpul refrigerrii

Apar ca rezultat al evaporrii la suprafaa de contact produs-aer, prin transfer de substan de la suprafaa umed

a produsului la aer. Transferul de substan este descris de relaia:

.).( AppkM vms [kg] (14.10)

n care: M este apa evaporat, respectiv pierderea n greutate;

pm, pv presiunea de vapori a umiditii din material, respectiv a umezelii din aer;

A suprafaa de contact produs-aer;

ks coeficientul de transfer de substan de la suprafaa de contact la aer;

timpul de contact.

Se constat c la aceeai parametrii de lucru, pierderile n greutate sunt proporionale cu timpul de contact,

respectiv durata de refrigerare. De asemenea, se constat c la pm = pv pierderile n greutate sunt nule. Dar sv pp . i

n consecin la = hv pierderile sunt nule. Cum 1vh i umezeala relativ trebuie s tind ctre 100%.


393

innd seama c trecerea apei din produs n aer se realizeaz prin evaporare i cantitatea de cldur necesar

pentru evaporare trebuie asigurat prin transfer de cldur, sub acest aspect trebuie s se respecte relaia:

... AttrMQ am [J] (14.11)

n care: r este cldura de evaporare a apei; coeficientul parial de transfer de cldur; tm, ta temperatura suprafeei

materialului respectiv temperatura aerului.

Din (14.10) i (14.11) rezult:

vm

ams

pp

tt

rh

.

[s/m] (14.12)

din care se poate trage concluzia c coeficientul de transfer de substan depinde de , (tm ta) i (pm pv). Pierderile n

greutate prin nlocuirea lui ks se vor putea determina pe baza relaiei:

.).( Attr

M am [kg] (14.13)

De remarcat c mrirea umezelii relative nu atrage dup sine pericolul apariiei fenomenului de condensare la

suprafaa produsului, deoarece aceasta este mai cald dect aerul, iar aerul n timpul proceselor de transfer se nclzete.

14.3.3. Camere i tunele de refrigerare

Camerele de refrigerare se execut n mumeroase variante constructive, n funcie de natura produselor i modul

de distribuie a aerului. De obicei dup rcire sunt utilizate i pentru pstrarea produselor.

Dimensiunile uzuale ajung pn la 24x24m sau 18x36m, cu nlimi pn la 78m.

Capacitatea poate s ajung pn la 200800t.

ncrcarea trebuie s se poat realiza n max. 45 zile. Peste noapte trebuie s se poat rci ntreaga cantitate

introdus n camer peste zi astfel nct variaia maxim a temperaturii s nu depeasc 48C.

Circulaia aerului este realizat prin canale i exist mai multe sisteme de rcire. n figur este prezentat un

sistem de rcire cu dou canale de aer, unul pentru suflarea aerului rece i unul pentru aspiraia aerului cald.

Fig.14.11. Sistem de rcire cu dou canale de aer

1-canal de aspiraie; 2-ventilator; 3-baterie de rcire; 4-canal de suflare aer rece

La camerele cu un singur canal de aer pentru distribuia aerului, acesta prezint ramificaii pentru asigurarea

unei distribuii uniforme. Aspiraia aerului cald se realizeaz liber prin deschizturi practicate n perete.


394

Fig.14.12. Sistem de rcire cu un singur canal de aer

1-canal de suflare aer rece; 2-canal de aspiraie aer cald; 3-rcitor de aer i ventilator; 4-stiv de produse

Se poate realiza suflarea aerului rece i prin canale amplasate sub podea.

Fig.14.13. Sistem de rcire cu suflarea aerului prin podea

1-comand automat ventilatoare; 2-admisie aer proaspt; 3-higrostate; 4-ventilator axial; 5-ceas programator; 6-duze decongelare i umidificare; 7-baterie de nclzire; 8-baterie de rcire;

9-termostate; 10-umidificator

O parte din aerul uzat iese prin fantele practicate n perete, iar alt parte se amestec cu aerul proaspt n

camera de amestec 2 i este recirculat cu ajutorul ventilatorului 4, peste bateriile 7 (care nclzete aerul iarna) i 8 (care

rcete aerul vara). Aerul la parametrii dorii este suflat prin canalele practicate n podea. Umidificarea aerului se

realizeaz prin umidifiactorul 10 procesul fiind controlat de higrostatele 3. Termostatele 9 controleaz funcionarea

ventilatorului (pornit cnd este cald i oprit cnd este rece), iar ceasul programator 5, realizeaz decongelarea automat a

bateriilor 7 i 8 la intervalele de timp reglate.


395

Camerele de refrigerare din industria crnii i a laptelui se prevd cu rcitoare de aer carcasate, avnd

ventilatoare proprii. Aceste rcitoare se monteaz pe unul dintre pereii longitudinali, iar dac ltimea camerei este mai

mare de 6m, rcitoarele se monteaz pe ambii perei longitudinali. Pentru intensificarea circulaiei se utilizeaz

ventilatoare auxiliare, care nu mai supun aerul uscrii.

Fig.14.14. Camer frigorific cu rcitoare de perete multiple i ventilatoare auxiliare (1)

Se pot utiliza i rcitoare de aer prevzute cu ventilator axial i difuzor sau ajutaje pentru suflarea aerului.

Acestea se monteaz pe unul din pereii frontali, sau pe o platform montat deasupra uii de intrare. Aerul poate fi suflat

astfel pn la 67m. Acest sistem nu asigur o circulaie foarte uniform a aerului suflat printre tavan i produse.

Fig.14.15. Sistem de circulare avnd rcitor prevzut cu ventilator axial i difuzor, fr canale de aer

1-baterie de rcire; 2-tav de colectarea apei; 3-ventilator axial; 4-difuzor; 5-stive de produse; 6-obturator

Intensificarea circulaiei aerului se poate realiza prin utilizarea ventilatoarelor centrifugale.


396

Fig.14.16. Sistem de circulare avnd rcitor prevzut cu ventilator centrifugal, fr canale de aer

1-carcasa rcitorului; 2-admisie aer; 3-baterie de rcire; 4-ventilator centrifugal; 5-ajutaj

Tunelele de refrigerare se utilizeaz pentru rcirea rapid a produselor, asigurndu-se cureni de aer cu viteze

mari de curgere.

Limile uzuale sunt de 3 sau 6 m, iar lungimile sunt de 6, 9, 12, 15, 18 sau 24m. nlimile sunt de 3,64,8m.

Circulaia aerului poate s fie longitudinal sau transversal, fiind asigurat de ventilatoare axiale sau

centrifugale.

Funcionarea poate s fie discontinu (ntrerupt de ncrcare-descrcare) sau continu.

n figur este prezentat un tunel de refrigerare a semicarcaselor cu circulaia aerului n curent longitudinal.

Fig.14.17. Tunel de refrigerare cu circulaie longitudinal a aerului

1-tunel; 2-rcitor de aer; 3-ventilator centrifugal; 4-perete fals

Exist i tunele de refrigerare cu circulaie transversal a aerului.


397

Fig.14.18. Tunel de refrigerare cu circulaie transversal a aerului

1-rcitor de aer; 2-perete fals; 3-carcase de carne; 4-tavan fals

Tunelele de refrigerare care asigur o circulaie vertical a aerului asigur o rcire mai uniform. O prim variant

prezentat are rcitoarele de aer montate lateral.

Fig.14.19. Tunel de refrigerare cu circulaie verticala a aerului i rcitoare laterale

1-rcitor de aer; 2-tavan fals; 3-spaiu de refrigerare

Rcitoarele de aer se pot monta i n exteriorul tunelului, de unde este suflat n interior.

Fig.14.20. Tunel de refrigerare cu circulaie verticala a aerului i rcitoare exterioare

1-rcitor de aer; 2-ventilator axial; 3-schelet metalic de susinere a liniilor de transport aerian; 4-tavan fals perforat; 5-carcase de carne

Intensificarea refrigerrii se poate realiza utiliznd sisteme de suflare a aerului (duare) de tipul celor din figur.

Temperatura aerului la ieirea din rcitor este de -5-7C, iar viteza de circulaie este de 810m/s.


398

Fig.14.21. Sisteme pentru duare cu aer rece

a)-cu canal de aer deasupra liniei aeriene; b)-cu canale de aer sub linii; c)-cu utilizarea bateriilor auxiliare de rcire. 1-canal de aer; 2-cadrul liniei aeriene; 3-ajutaj; 4-linie aerian; 5-carcase de carne; 6-con de aer; 7-baterii de rcire auxiliare

Fa de rcirea prin convecie forat, se poate reduce durata rcirii carcaselor de carne cu 23 ore, iar pierderea

n greutate cu 2025%, dac se utilizeaz tunele de rcire rapid prin convecie i radiaie.

Fig.14.22. Tunele de refrigerare rapid a crnii prin convecie i radiaie

1-rcitoare de aer; 2-ventilatoare; 3-fante de distribuie a aerului; 4-baterii de rcire prin radiaie

Refrigerarea n dou faze n aceeai ncpere se poate realiza utiliznd un rcitor de aer centralizat ca n figur.

Avantajul const n reducerea manipulrilor i a pierderilor de cldur datorate acestora, iar dezavantajul n reprezint

necesitatea utilizrii unei suprafee de transfer termic foarte mari.


399

Fig.14.23. Tunele de refrigerare rapid n dou faze n aceeai ncpere cu rcitor de aer centralizat;

1-rcitor de aer centralizat; 2-rcitor de aer propriu fiecrui tunel; 3-icane; 4-trap; 5-canale de aer rece; 6-canale se aer cald

Refrigerarea n dou faze se poate realiza i n dou ncperi diferite, ca n figur. Prima faz se realizeaz n

tunelul I timp de 45h, la -10-13C, la o vitez medie a aerului de 1m/s, iar a doua faz se realizeaz n tunelul II timp de

1015h, la o temperatur de 0C i cu o vitez medie a aerului de 0,3m/s.

Fig.14.24. Camer frigorific pt. rfrigerarea rapid a crnii n dou faze n spaii diferite;

a)seciune longitudinal; b) planul camerei; c) plan de amplasament pt. utilaje 1,3-ventilatoare; 2-4-baterii de rcire; 5-tav colectoare de condens; 6-linie aerian de transport; 7-perete fals


400

Mijloacele de transport se utilizeaz pentru refrigerarea fructelor i legumelor proaspete, n vederea

transportului pe distane mari. n imagine este reprezentat un agregat frigorific pentru refrigerarea fructelor i legumelor

n vagoane C.F. Sensul de curgere a aerului printre ldiele cu fructe sau legume din vagon, se inverseaz automat dup

1520min, cu ajutorul unor clapete prevzute pe canalele de aer.

Fig.14.25. Agregat frigorific pentru refrigerarea fructelor i legumelor n vagoane C.F.;

1-ventilator (aspiraie); 2-vagon; 3-canal de aer; 4-rcitor de aer; 5-ventilator (refulare) 6-furtunuri flexibile de racordare

Imersia n ageni intermediari se utilizeaz pentru refrigerarea unor produse vegetale, a psrilor sau a petelui. Ca

ageni utilizai pentru imersie, se utilizeaz: -Ap la 0,5+2C; -Ap de mare la -20C. Un asemenea sistem pentru

refrigerarea psrilor este prezentat n figur.

Fig.14.26. Bazin pentru refrigerarea psrilor prin imersie;

1-generator de fulgi de ghea; 2-palete directoare; 3-transportor; 4-sistem de acionare; 5-racord de prea-plin; 6-elevator; 7-bazin; 8-celul

O alt soluie intlnit n practic o reprezint refrigerarea psrilor n bazine, n curent de ap rece.

Fig.14.27. Refrigerarea psrilor n bazine n curent de ap rece;

1-canal de circulare a apei glaciale; 2-psri; 3-bazin iozolat termic; 4-transportor nclinat; 5-reductor; 6-plan nclinat; 7-conveer; 8-mas; 9-serpentin rcire ap; 10-izolaia bazinului;

11-pomp; 12-conducte de recirculare ap

Pentru refrigerarea petelui exist mai multe soluii tehnice. O instalaie care utilizeaz rcitoare tubulare este

prezentat n figur.


401

Fig.14.28. Schema instalaiei de refrigerare a petelui n rcitoare tubulare;

a) schema instalaiei: 1-bazin de rcire a apei de mare cu ajutorul saramurii; 2-pomp; 3-rcitor tubular pentru pete; b) seciune prin rcitorul tubular: 1-spaiu de trecere pentru pete; 2-ajutaje tangeniale pentru intrare ap de mare rcit; 3-camer inelar

Refrigerarea petelui se poate realiza i n cisterne alimentate cu ap de mare.

Fig.14.29. Schema instalaiei de refrigerare a petelui n cisterne de rcire alimentate cu ap de mare;

1-pompe; 2-rcitor de ap; 3-cistern de rcire a petelui; 4-concentrator de sare; 5-nclzitor ap; 6-filtru grosier; 7-filtru fin

Petele poate fi refrigerat i ntr-un transportor, ca cel din figur.

Fig.14.30. Schema instalaiei de refrigerare continu a petelui prin imersie n ap de mare rcit, cu sistem transportor;

1-pomp; 2-ecluz rotativ pentru descrcare; 3-rcitor de ap de mare; 4-conducte de ap de mare rcit; 5-ecluz rotativ pentru ncrcare; 6-transportor (coveer); 7-bazin izolat termic


402

Se poate realiza rcirea petelui i n bazine. Apa este rcit n vase cu manta, prevzute cu agitatoare mecanice.

Pentru barbotarea petelui i intensificarea rcirii, prin partea inferioar a bazinului se sufl aer comprimat. Peretele

filtrant permite recircularea apei.

Fig.14.31. Schema instalaiei de refrigerarea petelui n bazine cu ap rcit n vase cu manta, prevzute cu agitatoare;

1-agitator cu brae; 2-manta de rcire; 3-electromotor; 4-transmisie prin curea; 5-arborele agitatorului; 6-filtru cu sit; 7-conduct de evacuare; 8-bazin; 9,10,11-distribuitoare de aer; 12-traductor de temperatur

Pentru refrigerarea petelui se poate utiliza stropirea cu ap rece peste petele care se gsete pe transportoare

suprapuse.

Fig.14.32. Schema instalaiei de refrigerarea petelui prin aspersie, cu transportoare suprapuse;

1-tav colectoare a apei; 2-transportor de pete refrigerat; 3,7,9-transportoare intermediare suprapuse; 4-alimentare cu pete; 5-conducte de stropire; 6,8-dispozitive de ghidare

Ultima variant prezentat pentru refrigerarea petelui, o reprezint utilizarea aspersiei n compartimentele de

rcire a vaselor de transport.


403

Fig.14.33. Schema instalaiei de refrigerarea petelui prin aspersie, n compartimente de rcire ale vaselor de transport;

1-conducte de stropire; 2-pomp de ap; 3-vaporizator; 4-pomp de saramur; 5-filtru; 6-bazin de aspiraie; 7-serpentine de rcire; 8-lzi cu pete

Refrigerarea prin contact cu ghea hidric se utilizeaz ca procedeu industrial, la refrigerarea petelui, a

legumelor, sau a altor produse care necesit o rcire rapidi meninerea suprafeei n stare umed ct mai lung timp. n

figur este reprezentat un sistem mecanizat pentru ncrcarea lzilor cu fulgi de ghea, pentru refrigerarea legumelor.

Masa gheii reprezint cca. 40% din masa legumelor supuse refrigerrii.

Fig.14.34. Linie mecanizat de ncrcare a lzilor cu fulgi de ghea, pentru refrigerarea legumelor;

1-alimentare cu ghea; 2-generator de zpad; 3-furtun flexibil; 4-buncr cu fulgi de ghea; 5-clapet; 6-transportor cu role; 7-lzi cu legume; 8-transportor

Refrigerarea n vid este o metod modern de pstrare a produselor cu coninut ridicat n api suprafa mare

de rcire. Se utilizeaz n special pentru legume ca salata i spanacul, sau pentru alge marine comestibile. Refrigerarea se

bazeaz pe efectul de rcire datorat vaporizrii la presiuni sczute a unei pri din apa coninut de produse i de apa cu

care au fost stropite acestea.

Fig.14.35. Aparat de refrigerare sub vid; 1-pomp de vid; 2-camer cu vacuum pentru introducerea produselor

Refrigerarea produselor lichide n aparate schimbtoare de cldur se aplic produselor alimentare cum sunt:


404

lapte, smntn, bere, vin, sucuri de fructe, etc.

Schimbtoarele de cldur cele mai utilizate sunt de tip:

-Cu plci;

-Cu manta i agitator interior;

-eav n eav;

-Multitubulare.

Cei mai utilizai ageni de rcire sunt:

-Apa glacial;

-Soluii saline;

-Soluii alcoolice.

n figur este reprezentat un schimbtor de cldur cu plci pentru pasteurizarea laptelui.

Fig.14.36. Schimbtor de cldur cu plci utilizat la pasteurizarea laptelui;

1-intrare ap; 2,4,5,8-intrare lapte; 3,6,9-ieire lapte; 7-ieire saramur; 10-intrare ap cald; 11-intrare ap rece; 12-intrare saramur

Pentru refrigerarea brnzei se poate utiliza un aparat cu doi cilindri, ca cel din imagine.

Fig.14.37. Rcitor de brnz cu doi cilindri

1-capac; 2-palete elicoidale; 3-cuite; 4-tambur; 5-carcas exterioar; 6-manta pentru circularea saramurii; 7-con alimentar; 8-tablou de comand; 9-buncr de ncrcare; 10-cuplaj; 11-reductor; 12-transmisie prin curele;

13-rcitor; 14-electromotor; 15-suport


405

O alt soluie pentru refrigerarea brnzei este prezentat n imaginea alturat.

Fig.14.38. Rcitor de brnz tubular de tip Westfalia;

1-capac; 2-dispozitiv de nchidere; 3-spaiu intertubular; 4-plac tubular; 5-cilindru interior; 6-fascicul de evi; 7-izolaie termic; 8-cilindru exterior; 9,13-racorduri pentru agentul frigorific;

10-urub de fixare a capacului; 11-flan; 12-stativ tubular

n practic se pot ntlni i alte procedee, respectiv sisteme de refrigerare a diverselor produse alimentare.

14.4. Congelarea

Aa cum s-a definit iniial prin congelare se urmrete reducerea din stare lichid prin congelarea a ct mai mult

din ea sub efectul scderii temperaturii. Odat cu aceasta se urmrete inactivitatea microorganismelor i enzimelor i

reducerea vitezei tuturor reaciilor ctre zero. In funcie de produs i de utilaj se pot realiza urmtoarele tipuri de

congelare:

- congelarea foarte lent cu viteza medie de congelare wm < 1 mm/s;

- congelare lent, cu wm = 1 5 mm/h;

- congelare rapid cu wm = 5 50 mm/h;

- congelare foarte rapid cu wm > 50 mm/h.

14.4.1. Procedee de congelare

Congelarea se poate realiza n sistem discontinuu sau n sistem continuu, aceasta depinznd att de procedeul de

congelare ct i de utilajele n care se realizeaz congelarea.

Procedeele de congelare se pot mpri n dou grupe mari: prin intermediul unei suprafee de schimb de cldur

sau prin intermediul unui agent frigorific cu care vine n contact produsul, agentul frigorific fiind n stare lichid sau

gazoas.

Congelarea prin intermediul unei suprafee de schimb de cldur se realizeaz n mod curent ntre plcile unui

aparat cu care vin n contact produsul i n interiorul crora circul n mod normal un agent frigorific, placa fiind

evaporatorul unei maini frigorifice.

Congelarea cu agent frigorific n stare lichid se poate realiza practic n dou moduri: prin contracurent direct cu

un agent frigorific intermediar, agent rmnnd n stare lichid i prin contact direct cu un agent frigorific lichid, care n

timpul congelrii se evapor.


406

Agentul frigorific trebuie s fie necongelabil la temperatura de congelare i nu trebuie s aib influen negativ

asupra calitii produsului.

Agenii frigorifici lichizi utilizai n mod normal sunt soluii de NaCl, CaCl2, glicerin, alcool etilic, etc. care datorit

concentraiei au temperatura de congelare mai cobort dect temperatura de congelare a produsului. Acest sistem de

congelare este utilizat n special la congelarea psrilor n sistem conveiermzat.

Congelarea n contracurent direct cu un agent frigorific lichid care se evapor se poate realiza cu azot lichid, aer

lichid sau dioxid de carbon solid este rspndit la mijloacele de transport cu durat de transport mai mare iar a azotului

lichid s-a rspndit n instalaii de congelare n care produsul vine n contact direct cu agentul frigorific.

Dezavantajul principal al azotului lichid este temperatura de vaporizare la presiunea atmosferic foarte sczut (-

195,80C) ceea ce face s se formeze, din primul moment la suprafaa produsului, o crust dur, care contribuie la apariia

de tensiuni interioare, datorit creterii ulterioare a volumului produsului prin congelare. Pericolul acesta este cu ct mai

mare cu ct raportul volum/suprafa este mai mare (la produsele n buci mari). De asemenea, pericolul crete cu

creterea coninutului de ap congelabil.

Acest pericol se poate evita prin:

- congelarea produselor la dimensiuni reduse;

- folosirea unei cantiti de azot lichid mai mici, astfel ca s se diminueze schimbul de cldur pe aceast cale.

Congelarea n aer este ns foarte rspndit i aplicabil pentru orice tip de produse din aceleai motive indicate la

refrigerare.

Parametrii aerului importani pentru realizarea congelrii sunt temperatura i viteza de circulaie. Sub aspectul

umezelii relative, innd seama c de obicei se lucreaz cu recircularea de aer, ntotdeauna aerul va avea la intrare

umezeala relativ apropiat de 100%.

Temperatura aerului trebuie aleas astfel ca s poat realiza congelarea n condiiile prescrise, determinat fiind

temperatura de congelare, tipul de congelare realizat i natura produsului supus congelrii. Se adopt pentru aer

temperaturi care ajung la -30 -500C, iar n instalaia de rcire a aerului cu agent frigorific primar, se adopt diferene de

temperatur ntre 5 12 grd., determinat de mrimea suprafeei de schimb de cldur i durata anual de funcionare. La

durate mari de funcionare se iau diferene de temperaturi mai mari, ca s fie necesare suprafee de transfer de cldur

mai mici. Micorarea suprafeei de transfer de cldur reduce pierderea de presiune a aerului la trecerea peste aceasta i

drept consecin se reduce consumul de energie pentru vehicularea aerului.

Viteza aerului variaz n funcie de natura produsului, de mrimea bucii, de faptul dac produsul este supus

congelrii ambalat sau n vrac, de temperatura aerului, de tipul de utilaj n care se realizeaz congelarea, de tipul de

congelare care se urmrete s se realizeze.

Mrirea vitezei aerului, ca i n cazul refrigerrii, atrage dup sine o cretere a coeficientului parial de transfer de

cldur, ns atrage i o cretere a pierderilor de presiune i ca o consecin, o cretere a consumului de energie. Pentru

determinarea vitezei aerului, este necesar s se fac un calcul de optimizare pe baza cruia s se stabileasc condiia de

consum minim de energie pe tona de produs, innd seama i de variabilele duratei de congelare cu viteza aerului.

Valoarea optim a vitezei de circulaie a aerului este determinat i de dimensiunile produsului supus congelrii, care

intervine n mrimea duratei de congelare.


407

14.4.2. Camere i tunele de congelare.

In camerele sau n tunele, congelarea se realizeaz discontinuu, produsul finit staionar. Agentul care preia cldura de

la produs este aerul care n timpul realizrii operaiei se nclzete i n unele cazuri (la refrigerare n special) preia

umiditate de la produs.

Indiferent dac congelarea se realizeaz ntr-o camer sau ntr-un tunel, pe lng parametrii aerului care trebuie s

fie caracteristici procesului, este important sistemul de circulaie al aerului. In fig. 14.5 este dat o schem cu diferite

sisteme de circulaie a aerului n camere de congelare. Se pot realiza i alte sisteme de circulaie, care s urmreasc

activitatea transferului de cldur. La toate tipurile de camere aerul este refulat la partea superioar deasupra

produselor, de obicei suspendate n camere, indiferent de tipul camerei, de obicei, rmne n cadrul operaiilor lente.

Suprafaa de schimb de cldur, de obicei, este format din elemente tubulare montate pe perete.

Fig.14.5. Sisteme de circulaie a aerului n camerele de congelare

Celulele de congelare sunt camere frigorifice de dimensiuni reduse, complet izolate termic, destinate produselor

de dimensiuni reduse, de regul preambalate, aezate n tvi, pe rastele mobile.

Produsele pentru care se utilizeaz cel mai des asemenea celule sunt:

-Unt preambalat n cutii de carton;

-Mruntaie de pasre preambalate n pungi din material plastic;

-Pachete cu carne tranat;

-Pete sub form de brichete, etc.

Ventilatoarele asigur un debit de 150200 recirculri pe or a volumului celulei goale.

n figur este prezentat un sistem de congelare n celule, cu circulare longitudinal a aerului.

Fig.14.39. Celule ce congelare cu circulaie forat a aerului;

1-rcitoare de aer carcasate cu ventilatoare axiale; 2-spaiu de congelare


408

In tunelele de refrigerare respectiv congelare, n funcie de natura produsului, de sistemul de aezare, de ambalajul

n care se gsete produsul, circulaia aerului poate fi longitudinal, transversal sau n unele cazuri vertical. In fig. 14.40

este prezentat schematic un tunel cu circulaia aerului n lungul tunelului (longitudinal), iar n fig. 14.41 este prezentat

schematic un tunel cu circulaia aerului transversal. In ambele cazuri ventilatorul este prevzut cu motor electric care s

permit schimbarea sensului de rotaie al ventilatorului i n acelai timp sensul de circulaie al aerului pentru a se putea

realiza o refrigerare ct mai uniform n ntregul tunel. Aerul are o circulaie n sistem nchis. Surplusul de ap antrenat de

aer prin scderea n greutate a produsului, se condenseaz pe suprafaa de schimb de cldur a rcitorului de aer i este

colectat n tava de colectare de sub rcitor. Cnd temperatura aerului este mult sub 00C (n special n cazul congelrii)

vaporii se solidific pe rcitorul de aer i periodic gheaa trebuie s fie topit de pe suprafaa de schimb de cldur.

Temperatura aerului este determinat de operaia care se realizeaz: refrigerare sau congelare.

Fig.14.40. Tunel cu circulaie longitudinal a aerului. 1-produsul; 2-ventilator; 3-schimbtor de cldur; 4-tav colectare ap; 5,6-icane.

Fig.14.41. Tunel cu circulaie transversal a aerului. 1-produsul; 2-ventilator; 3-schimbtor de cldur; 4-ap colectat; 5-tav de colectare.

Tunelele de congelare sunt spaii frigorifice izolate avnd lungimea mult mai mare dect limea. Aerul are

temperaturi de -25-40C, iar viteza de minimum 1,5m/s fr produse. Se utilizeaz pentru congelarea rapid a

urmtoarelor tipuri de produse: -Carcase de carne; -Psri preambalate, etc.

Durata ciclului de congelare depinde de natura produselor:

-2 ore pentru produse mrunte preambalate;

-1218 ore pentru semicarcase de carne;

-2440 ore pentru psri preambalate n cutii de carton.

Circulaia aerului n tunele poate s fie:

-Longitudinal;

-Transversal vertical;


409

-Mixt.

Indiferent de modul de circulaie, trebuie asigurate spaii pentru recircularea aerului. Cteva exemple de tunele de

congelare sunt prezentate n figur.

Fig.14.42. Tunele de congelare cu circulaie forat a aerului;

a) circulaie longitudinal utiliznd plafon fals; b) circulaie longitudinal utiliznd perete despritor (paravan);

c) circulaie longitudinal utiliznd deflectoare;

1-spaiu de congelare; 2-rcitoe de aer; 3-ventilator; 4-plafon fals; 5-paravan lateral; 6-retur aer recirculat

n tunele, produsele trebuie aezate n plane paralele cu direcia de curgere a aerului, pentru a nu stnjeni circulaia

aerului. Dou variante de aezare sunt prezentate n figur.

Fig.14.43. Modul de aezare a produselor n tunelele de congelare;

a) pe linii aeriene longitudinale; b) pe linii aeriene trnsversale

O circulaie foarte eficient a aerului se obine prin alturarea a dou tunele de congelare, ca n figur,

obinndu-se tunele de congelare ngemnate. Acestea au avantajul c aerul are un rol activ pe ntreg circuitul.


410

Fig.14.44. Tunele de congelare ngemnate;

1-spaiu de congelare; 2-rcitoare de aer; 3-ventilatoare

Pentru congelarea carcaselor de animale avnd dimensiuni mai reduse (viei, berbeci, etc.) este recomandat

circulaia vertical a aerului rece.

Fig.14.45. Tunele de congelare cu suflare vertical a aerului;

1-spaiu de congelare; 2-rcitoare de aer; 3-ventilator; 4-plafon perforat; 5-camer de depresiune

Tunelele de congelare cu circulaie mixt au rcitoarele amplasate perfect simetric pe pereii frontali, ca n figur.

Fig.14.46. Tunel de congelare cu circulaie mixt a aerului

Aparatele de congelare cu funcionare semicontinu sunt caracterizate prin deplasarea mecanizati ntrerupt

(sacadat) a produselor n spaiul de congelare. Sunt ntlnite n unele abatoare pentru congelarea psrilor preambalate

n cutii de carton.


411

Fig.14.47. Tunel de congelare cu funcionare semicontinu

1-vaporizator; 2-deflector; 3-crucior rastel; 4-ventilator; 5-cablu de antrenare; 6-tubulatur aer; 7-ui batante; 8-bar i dispozitiv de acroare

Apartele de congelare cu funcionare continu sunt n general specializate pentru anumite categorii de produse.

Toate operaiile de transport sunt mecanizate i complet automatizate, un exemplu de conveier pentru transportul

produselor congelate fiind prezentat n imagine.

Fig.14.48. Conveier pentru transportul automatizat al produselor congelate

Sistemele de congelare continu sunt intercalate n linii tehnologice care au asigurat un flux continuu de fabricaie.

n figur este reprezentat un tunel de congelare cu circulaie longitudinal a aerului, utilizat pentru congelarea n

flux continuu a carcaselor de carne suspendate de crlige cu role, care se deplaseaz pe cile aeriene de rulare tractate de

un conveier cu lan.

Fig.14.49. Tunel pentru congelare n flux continuu cu circulaie longitudinal a aerului;

1-spatiu de congelare; 2-racitoare de aer; 3-ventilatoare; 4-plafon fals; 5-conveier


412

Un alt tunel de congelare cu funcionare continu este cel pentru clirea ngheatei, produs de firma danez

Hoyer i reprezentat n imagine:

Fig.14.50. Tunel pentru clirea ngheatei, produs de firma Hoyer;

1-conveier alimentare; 2-conveier descrcare

14.4.3. Sisteme de congelare prin fluidizare

In categoria utilajelor cu funcionare continu, pe plan mondial s-au realizat o serie de tipuri de utilaje caracteristice

unor firme constructoare i produselor supuse congelrii.

Dintre cele mai moderne aparate de congelare sunt aparatele cu funcionare n strat fluidizat, n care deplasarea

produsului i transferul de cldur de la produs la agentul de rcire se realizeaz pe principiile fluidizrii sau n aparatele

mixte: fluidizare n paralel cu congelare n strat fix.

Se cunosc o serie de tipuri de utilaje de congelare care funcioneaz prin fluidizare. Unele dintre aceste utilaje este cel

de tip Flofreeze. Congelatorul de acest tip (fig. 14.51) are circulaia aerului transversal pe tunel i posibilitatea de a realiza

viteze de circulaie care s asigure fluidizarea produsului ce ajunge n jgheabul de fluidizare, n funcie de tipul de produs.

nlimea stratului de produs fluidizat, de asemenea, variaz n funcie de tipul de produs congelat prin fluid izare. La

mazre startul de produs fluidizat este de 120 150 mm. Grosimea stratului, respectiv debitul de produs se realizeaz

acionnd asupra ritmului de alimentare i variind nlimea pragului de deversare care regleaz ritmul de evacuare.

Fig.14.51. Congelator Flofreeze. 1-band de alimentare cu produs; 2-jgheab de fluidizare; 3-plnie de evacuare; 4-prag de deversare.

Datorit pierderilor de presiune mai mari provocate de viteza mare a curentului de aer pentru a se asigura viteza de

fluidizare necesar, ventilatoarele sunt de tipul centrifugal.


413

Alte aparate au n locul jgheabului o band transportoare care asigur deplasarea continu.

Aparatele de congelare n strat fluidizat cu band transportoare, au banda transportoare cu vitez reglabil, realizat

din srm de oel inoxidabil. n imagine este prezentat un asemenea aparat produs de firma Lewis.

Fig.14.52. Congelator n strat fluidizat de tip Lewis;

1-carcas izolat; 2-platform vibratoare pentru separarea apei; 3-dozator plnie; 4-band alimentare; 5-zon de suflare aer cu presiune ridicat; 6-dispozitiv de realizare a unui strat uniform; 7-zon de fluidizare minim;

8-ventilator radial; 9-ventilator axial; 10-plnie evacuare

Congelatorul spiral reprezint o soluie foarte modern pentru congelarea produselor alimentare de dimensiuni

reduse. Acest tip de aparat, reprezentat n imagine, este produs pentru diferite capaciti de congelare, de compania

suedez Frigoscandia.

Fig.14.53. Congelator spiral Frigoscandia;

1-ncrcare; 2-panou de comand; 3-u de acces; 4-incint izoterm; 5-vaporizator; 6-ieirea produselor; 7-ntoarcerea covorului transportor; 8-sistem de antrenare; 9-covor transportor Frigobelt, 10-splarea covorului transportor

14.4.4. Sisteme de congelare cu azot lichid

Se cunosc mai multe tipuri de aparate pentru realizarea congelrii n azot lichid. Aparatul Cryotransfer fig.14.54. este

format dintr-o band transportoare 1, pe care se deplaseaz produsul care circul prin trei spaii separate ntre ele, un

spaiu precongelare 2, un spaiu de congelare n care se pulverizeaz azot lichid prin duzele 5 din care cu ventilatorul 6 se

recircul faza gazoas n zona 2 pentru precongelare. Produsule congelate, dup congelare, trec ntr-un spaiu de

uniformitate a temperaturii.


414

Toat congelarea cu azot lichid se realizeaz sub form de congelare rapid ntre 0,5 20 min. dup tipul produsului,

mrimea bucilor i debitul de azot lichid introdus raportat la debitul de produs supus congelrii. Rapiditatea congelrii

se datoreaz n primul rnd diferenei mari de temperatur ntre agentul de congelare i produs.

Consumul specific de azot lichid este determinat de coninutul iniial de ap din produs i de proporia de ap

congelabil. Consumul specific de azot lichid variaz ntre 0,6 1,6 kg/kg produs. Intr-o msur consumul specific este i

un element regulator al vitezei de congelare i al diferenei de temperatur dintre azot i produs.

Fig.14.54. Aparatul Cryotransfer.(schema). 1-band transportoare; 2-zona de precongelare; 3-zona de congelare; 4-zona de evacuare;

5-pulverizator de azot lichid; 6-ventilator; 7-conducte pentru azot gazos.

Instalaia de congelare cu azot lichid este simpl, fiind lipsit de suprafee de schimb de cldur. Ins congelarea cu

azot lichid din cauza preului acesteia este scump n comparaie cu alte tipuri de congelare.

Congelarea cu azot lichid se poate aplica att pentru produse preambalate ct i pentru produse neambalate, acestea

constituind un avantaj fa de congelarea prin fluidizare care se aplic numai la produse neambalate.

14.4.5. Utilaje pentru congelarea prin intermediul unei suprafee de schimb de cldur

Spre deosebire de celelalte sisteme de refrigerare, respectiv congelare, la care transferul de cldur ntre agentul

frigorific i suprafaa produsului se realizeaz prin convecie, la congelarea prin intermediul unei suprafee de schimb de

cldur transferul de cldur se realizeaz prin conducie. Principalele tipuri de aparate utilizate n acest scop sunt

aparatele cu plci, la care agentul frigorific circul n interiorul plcii, plcile fiind de fapt evaporatorul unei maini

frigorifice. Congelatorul funcioneaz discontinuu.

In mod curent se folosesc dou tipuri de plci i anume:

- plci din oel n contact cu evi interioare prin care circul agentul frigorific (fig. 14.55.a);

- plci dintr-un aliaj de aluminiu, obinute de obicei prin turnare, cu spaiul interior compartiment pentru dirijarea

circulaiei agentului frigorific (fig. 14.55.b).

Fig.14.55. Tipuri de plci folosite n mainile frigorifice. a-plci de oel; b-plci din aliaj de aluminiu.


415

Plcile de la ultimul tip sunt mai avantajoase deoarece ntreaga suprafa este n contact cu agentul frigorific. Pe de

alt parte fiind confecionate din aluminiu sunt mult mai uoare dect plcile cu fee crora vin n contact. Plcile sunt

aezate orizontal i branate la instalaia frigorific prin furtune flexibile, rezistente la presiune. Plcile sunt legate ntre

ele prin boluri care le permit s se ndeprteze sau s se apropie una de alta. ndeprtarea sau apropierea se realizeaz

prin intermediul unui dispozitiv hidraulic montat deasupra camerei izolate. Dispozitivul hidraulic are un cilindru cu piston.

La cursa pistonului n sus bolurile permit deplasarea plcilor, la cursa pistonului n jos plcile se apropie una de alta,

distana minim dintre plci fiind reglat de ipci de distanare care au rolul s asigure distana minim dintre plci, fr

s striveasc bucile de produs. Acest tip de aparat este ntrebuinat, n genere, pentru congelarea produselor

preambalate.

Incinta n care se gsesc plcile este izolat termic, este prevzut cu ui de acces pe dou laturi opuse pentru

izolarea i scoaterea produselor. Pe una din laturile fixe sunt montate racordurile flexibile prin care se realizeaz circulaia

agentului frigorific. De regul fiecare congelator i are agregatul su frigorific.

Aparatul Tehnofrig DCP 9, care face parte din aceast categorie, este construit cu 9 plci, distana ntre plci se poate

regla ntre 30 90 mm., rcirea plcilor se realizeaz prin detent direct de amoniac. Capacitatea de congelare este

3000 5000 kg/24h.

Fig.14.56. Aparatul Tehnofrig DCP 9. 1-plci de aluminium; 2-boluri; 3-supori; 4-cilindru de presiune; 5-piston; 6-ipci distaniere; 7-produs.

Congelatoarele cu plci orizontale se utilizeaz pentru produse preambalate avnd form paralelipipedic i

grosimi de maxim 100 mm. Un asemenea congelator de tip Sabroe este prezentat n imagine.

Fig.14.57. Congelator cu plci orizontale;

1-distribuitor agent frigorific; 2-furtun de legtur ntre distribuitor i plci; 3-plac; 4-spaiu pentru produse; 5-u; 6-cilindru hidraulic

Congelatoarele cu plci rotative, au plcile dispuse radial n interiorul unui tambur cu arbore orizontal. Asemenea


416

aparate, ca cel prezentat n figur sunt destinate congelrii crnii dezosate, a petelui i fileului de pete n bloc.

Fig.14.58. Congelator cu plci rotative;

1-instalaie alimentare; 2-tablou de comand; 4-secie de congelare; 5-cap divizor pentru amoniac; 6-dozator volumic; 7-scar; 8-axul rotorului; 10-dispozitiv de descrcare; 11-mas de descrcare

Aparatele de congelare cu cilindrii metalici sunt prevzute cu un dispozitiv de ndeprtare a produsului de pe

suprafaa rcit, n scopul realizrii unui transfer termic mai bun de la suprafaa metalic la produs.

Asemenea aparate sunt freezerele pentru obinerea ngheatei la pahar.

Fig.14.59. Freezer pentru obinerea ngheatei la pahar;

1-cilindrul freezerului; 2-nec (amestector); 3-robinet de curgere a ngheatei; 4-vas de alimentare a cilindrilor; 5-dispozitiv de curgere a amestecului n cilindrii;

6-dispozitiv pentru deschiderea robineilor de ngheat; 7-capac; 8-motoare electrice de antrenare a necurilor; 9-compresor; 10-electromotorul compresorului;

11-condensator rcit cu ap; 12-vaporizator; 13-role de rulare

Congelarea prin imersie n ageni intermediari are un domeniu de aplicare mai restrns, fiind limitat la


417

congelarea psrilor preambalate n pungi din materiale impermeabile i la congelarea direct a unor specii de peti.

Cele mai utilizate saramuri sunt: -Saramura de clorur de calciu; -Propilenglicol.

Congelarea prin contact cu ageni criogenici este o metod foarte utilizat n prezent i const n aplicarea unui

oc termic produsului prin contact direct cu ageni criogenici avnd temperaturi foarte sczute.

Cei mai utilizai ageni criogenici utilizai sunt:

-Azotul lichid;

-Aerul lichid;

-Protoxidul de azot.

n imagine este prezentat un tunel criogenic de congelare.

Fig.14.60. Tunel criogenic de congelare cu azot;

1-ncrcare; 2-evacuare vapori; 3-ventilatoare; 4-ventil pentru azot; 5-panou de comand; 6-descrcare; 7-ramp de injecie; 8-covor transportor; 9-motoreductor

14.5. Calculul instalaiilor de refrigerare congelare

Stabilirea dimensiunilor tehnologice se face de la utilaj la utilaj n funcie de caracteristicile constructive i funcionale.

14.5.1. Determinarea necesarului de frig

Cantitatea de cldur care trebuie preluat de la produs la refrigerare se determin pe baz de bilan caloric,

inndu-se seama de tipul instalaiei i de agentul de rcire utilizat. innd seama c exist numai refrigerare, cldura

preluat este de natura cldurii sensibile i se calculeaz pe baza relaiei de tip:

)(. fipr ttcMQ [J] (14.14)

n care: M este cantitatea de produs supus refrigerrii sau debit n cazul instalaiilor n flux continuu;

c cldura specific medie a produsului;

ti, tf temperatura iniial respectiv temperatura final medie a produsului.

Cldurile specifice medii ale produselor se pot lua din tabele sau n caz c nu se gsesc date se pot calcula pe baza

relaiei cunoscute, n funcie de coninutul n umiditate. Temperatura final medie a produsului considerat i


418

temperatura de refrigerare se ia ca valoare medie ntre temperatura suprafeei produsului i temperatura din centrul

bucii de produs supus refrigerrii.

La aceast cantitate de cldur necesar pentru realizarea rcirii produsului trebuie s se adauge i cldurile pierdute

i anume:

- cldura pierdut de la mediul ambiant prin transfer de cldur din exterior spre interiorul incintei, care se calculeaz

pe baza relaiei de tip:

... medp tAkQ [J] (14.15)

n care: k este coeficientul total de transfer de cldur la care se realizeaz transferul ntre exterior i incint;

A suprafaa de transfer de cldur prin care se realizeaz transferul;

tmed diferena de temperatur medie, ntre exteriorul i interiorul incintei, care trebuie determinat innd seama

de condiiile concrete n care se realizeaz transferul;

durata operaiei de refrigerare pentru instalaiile de refrigerare discontinu. La inst. de refrigerare continu =1.

Valoarea coeficientului total de transfer de cldur poate fi determinat pe considerente economice, determinndu-se

pe aceast cale grosimea izolaiei sau se iau valori medii de k i n funcie de acestea se determin grosimea izolaiei.

Valorile medii ale lui k sunt cuprinse ntre 0,3 0,5 W/(m2grd).

- necesarul de cldur care trebuie preluat de la apa care se evapor din produs (pierderi n greutate). Aceasta

trebuie determinat innd seama de cldura de evaporare a apei din produs n condiiile respective.

rMQpg . [J] (14.16)

n care: M este pierderea n greutate raportat la cantitatea (debitul) de produs supus refrigerrii, care se poate

calcula pe baza relaiei (14.13);

r cldura de vaporizare la temperatura de refrigerare.

- n cazul n care pentru rcire sunt necesare anumite dispozitive (crucioare, conveiere, etc.) trebuie s se preia i

cldura de rcire a acestor dispozitive (Qd). necesarul de cldur de preluat se calculeaz pe baza unei ecuaii

calorimetrice de tipul (14.13) nlocuind cu parametrii corespunztori dispozitivele de la care trebuie preluat cldura. De

remarcat c dispozitivele respective fiind de obicei metalice, acestea ajung prin rcire la temperatura spaiului n care se

realizeaz refrigerarea, care este mai cobort dect temperatura de refrigerare.

innd seama de cele de mai sus necesarul de cldur care trebuie preluat (necesarul de frig care trebuie asigurat)

pentru refrigerare este:

dpgpprr QQQQQ (14.17)

Necesarul de agent de rcire se va determina n funcie de valoarea lui Qr i innd seama de condiiile concrete ale

agentului respectiv (aer, fluid care se nclzete, agent frigorific care se evapor).

In funcie de Qr n cazul cnd transferul de cldur se realizeaz prin intermediul unei suprafee se determin i

suprafaa de transfer de cldur necesar. Chiar la rcirea cu aer apare o suprafa de transfer de cldur necesar n

utilajul respectiv pentru rcirea aerului.

La congelare bilanul caloric prezint particulariti legate de natura operaiei i n unele cazuri chiar de utilajul n

care se realizeaz congelarea, fapt care impune s se fac adaptrile obinuite legate de pierderile n greutate, de

pierderile de frig datorit mediului nconjurtor, de dispozitivele care apar pentru deplasarea produselor.

Spre deosebire de refrigerare, pentru calculul cldurii care trebuie preluat de la produs, trebuie s se in seama de

starea produsului la nceputul operaiei, de proporia de ap din produs, de proporia de ap care se congeleaz, de


419

temperatura medie final dup congelare. In cazul strii iniiale trebuie s se ia n considerare dac produsul a fost

refrigerat n prealabil ntr-o alt instalaie cazul uzual sau dac se introduce n instalaia de congelare nerefrigerat.

Cldura, care trebuie preluat de la produs pentru realizarea congelrii se poate calcula pe baza relaiei:

)(.

100.

100)(1 fcscipr ttcL

battcMQ [J] (14.18)

relaia care ine seama de o rcire iniial, cu apa n faz lichid, de fenomenul de solidificare a apei i de continuarea

rcirii cu o parte din ap adus n stare solid.

In relaia de mai sus M este cantitatea (debitul) de produs supus refrigerrii;

c1, cs cldura specific a produsului cu apa n stare lichid (ca la refrigerare), respectiv cu o proporie de ap n stare

solid;

ti, tc, tf temperatura produsului la intrarea n instalaia de congelare, respectiv temperatura de congelare, respectiv

temperatura medie final a produsului la sfritul operaiei;

a coninutul procentual de ap al produsului (la nceputul operaiei);

b coninutul procentual de ap ce congeleaz din totalul apei (% din a);

L cldura latent de solidificare a apei.

Trebuie s se remarce urmtoarele:

- cldura specific a produsului cu o parte din ap n faz solid este mai mic dect cldura specific a produsului

cu toat apa n stare lichid, deoarece cldura specific a gheii este mai mic dect cldura specific a apei;

- temperatura de congelare n realitate nu este constant, ci egal cu temperatura de solidificare a gheii. Ea

variaz n funcie de coninutul iniial de substane dizolvate (scderea punctului de congelare) i de proporia de

ap congelabil. Se poate vorbi de un palier de congelare. La alegerea temperaturii de congelare trebuie s se

in seama de aceste elemente.

- n literatur se gsesc relaii pe baza crora se determin necesarul de cldur la congelare, cuprinznd cldura

latent n cadrul cldurii sensibile, prin mrirea cldurii specifice, respec

8.Refrigerarea Congelarea

Documents

Transcript of 8.Refrigerarea Congelarea