Universitatea de Stiinte Agricole si Medicina Veterinara „Ion Ionescu de la Brad”

Facultatea: Agricultura

Specialitatea: Tehnologia prelucrarii produselor agricole

Proiectarea unui aparatAmestecator pentru produse solide cu capacitatea de 1000

kg/h

Operatii unitare in industria alimentara - proiect

Nume: Huma Alexandra

Grupa: 454

An: 2

2012

1

Cuprins

1. Generalitati 32. Tipuri construnctive de amestecatoare 43. Descrierea operatiei pe care o efectueaza aparatul4. Principiul de lucru al aparatului5. Bilantul de material. Bilantul energetic6. Calculul parametrilor de exploatare7. Calculul organoleptic8. Bibliografie

2

GENERALITATI

Procesele tehnologice din industria alimentara pentru prelucrarea produselor agricole include si operatia de amestecare a doua sau mai multe subproduse, care pot fi lichide, gaze sau solide. Daca se are in vedere destinatia, amestecarea poate fi privita ca operatie tehnologica sau ca procedeu de intensificare a altor operatii.[6]

Amestecurile, frecvent intalnite in industria alimentara, sunt de diverse tipuri, in functie de natura celor doua faze ale amestecului, respective faza dispersa (dispersanta), externa sau mediul de dispersie si faza dispersata in acesta.

Atat faza dispersa, cat si faza dispersata pot fi de natura solida,lichida sau gazoasa, iar tipurile de amestec obtinute prin amestecarea celor doua faza sunt determinate de natura mediului de dispersie.

Amestecurile obtinute, in cazul in care faza dispersata nu se dizolva (nu se topeste) in mediul de dispersie se numesc amestecuri eterogene. Cand sunt deranjate conditiile de mentinere a dispersarii uniforme, particulele de faza dispersata se pot separa de particulele mediului de dispersie.

In industria alimentara, de obicei produsele se intalnesc sub forma unor amestecuri eterogene. Pentru a se mentine un grad de uniformizare dorit, amestecurile sunt supuse operatiei de amestecare. In unele situatii, amestecarea creeaza conditii optime de desfasurare a unei operatii de transmitere de caldura sau de schimbare a starii fizice.

Din punct de vedere tehnologic, operatia de amestecare se caracterizeaza prin eficacitate de amestecare (exprimata prin omogenizarea concentratiei, campul de temperature, vascozitate) si economic, prin cantitatea de energie consumata.

Caracteristicile tehnologice si economice ale operatiei de amestecare depend de un numar mare de factori, dintre care cei mai important se refera la:

Proprietatile materialelor care se amesteca (starea fizica, densitate, vascozitate, miscibilitate, pentru fluide, iar pentru solide, densitatea, forma si granulometria particulelor);

Conditiile de desfasurare a operatiei (tipul amestecatorului, functionarea continua sau discontinua, marimea debitelor, respective a sarjelor, durata amestecarii, temperature, presiune);

Proprietatile produsului (densitate, vascozitate, grad de omogenizare).

Aparatele si utilajele cu care se realizeaza operatia de amestecare se numesc, in general, amestecatoare; se utilizeaza si denumirile de agitatoare si malaxoare, in functie de natura elementelor component, respectiv a operatiilor tehnologice corespunzatoare care se desfasoara.

Exista mai multe metode de amestecare si o diversitate de aparate si utilaje specific, in functie de numarul mare de factori care influenteaza operatia, dintre care cei mai importanti sunt starea fizica a materialelor de amestecat si lipsa unei baze teoretice de corelare a acestora.

3

Intensitatea amestecarii se apreciaza, aproximativ, in functie de: puterea specifica (consumata pentru realizarea operatiei si raportata unitatea de volum amestecat); viteza periferica a dispozitivului de amestecare, cand se folosesc dispozitive mecanice; consumul specific de agent de barbotare (raportat la suprafata libera a amestecului), in cazul amestecarii prin barbotare de gaz.

Factorii de influenta, enumerate mai sus, au un rol important in alegerea tipului de aparat folosit pentru amestecare. Dar, de cele mai multe ori, aparatele se clasifica in functie de natura produselor ce urmeaza a fi amestecate, deosebindu-se urmatoarele tipuri:

Amestecatoare pentru produse solide; Amestecatoare sau malaxoare pentru produse consistente sau sub forma de pasta Amestecatoare sau agitatoare pentru produse solide.

Materialele de natura solida, sub forma unor bucati, granule sau pulberi, pot fi amestecate in amestecatoare cu functionare: [1]

Discontinua (pe sarja), cand operatia se desfasoara intr-un timp limitat dupa alimentarea utilajului cu fazele ce urmeaza a se amesteca;

Continua, cand fazele dozate in momentul alimentarii utilajului sunt supuse amestecarii concomitant cu transportarea lor spre operatia urmatoare, stabilita prin procesul tehnologic.

Dupa forma organului de lucru amestecatoarele pot fi:

Cu toba rotativa Cu organe de agitare : - cu rotoare si palete

- cu rotoare de tip melc transportor- cu cuva dispusa vertical- cu cuva dispusa orizontal

TIPURI CONSTRUCTIVE DE AMESTECATOARE

Amestecatoare pentru produse solide, cu functionare discontinua

Corpul principal al amestecatorului, in care se introduc subprodusele ce constituie fazele amestecatorului, este supus unei miscari de rotatie in jurul unui ax, astfel incat particulele sau bucatile de material sa capete traiectorii si viteze diferite, obtinandu-se un amestec cu continut uniform.

1) Amestecatoarele de tipul cu tamburi sunt supuse miscarii de rotatie in jurul unei axe care trece prin centrul de greutate sau prin una din axele de simetrie.[6]

Eficacitatea amestecarii este mai mare daca axa de simetrie nu coincide cu cea de rotatie. In alte cazuri, se folosesc aparate sub forma unor turbine in care produsele sunt unui camp de traiectorii de amestecare, realizandu-se astfel o uniformizare mai rapida a fazelor.

4

Fig. 1 Amestecatoare cu functionare discontinua, de tipul cu tamburi:

a1 – tambur cu axa orizontala; a2 – tambur cu axa vertical; b1 – tambur tronconic cu axa orizontala; b2 – tambur tronconic cu axa verticala; c – amestecator hexagonal; d – amestecator bicilindric; e – tambur cubic cu axa diagonal; f – amestecator piramidal; g – amestecator cilindric cu axa diagonala; h – turbina de amestecare.

Pentru amestecatorul de tip tambur cilindric (fig. 1 a1, a2)cu axa de rotatie orizontala sau verticala, se recomanda urmatorii parametri: [6]

Turatia optima a amestecatorului se stabileste cu relatia:

nopt= (1500 ÷ 2000) √ dmed

Rmax

in care: dmed este diametrul mediu al particulelor componentelor sau fazelor ce se amesteca; Rmax – raza maxima de rotatie a amestecatorului;

Se recomanda ca turatia optima sa fie cuprinsa intre limitele 32/ √D <n<35/√D, unde D este diametrul cuvei amestecatorului. In aceste conditii viteza periferica are valoarea: vp= 0,17 – 1 m/s;

Puterea necesara pentru actionarea amestecatorului, se calculeaza cu relatia:

5

P=Q

102 . r0 . ω . sinφ

In care: Q este cantitatea de material supus amestecarii; r0 – raza centrului de masa a materialului; ω – viteza unghiulara a tamburului cilindric; φ – unghiul taluzului natural al materialului.

Puterea necesara pentru actionarea amestecatorului de tip bitronconic cu axa de rotatie in plan orizontal sau vertical (fig. 1 b1, b2) se determina cu relatia:

P = 1

165,5ρm •ω• sinφ [lc (R2 + r2)(R+r)+ 2R3 •lk]

In care: ρm este masa volumica a materialului; R, r, lc si lk sunt respectiv raza cilindrului, raza medie a tronconului, lungimea cilindrului si lungimea (inaltimea) tronconului; φ - unghiul taluzului natural al materialului; ω – viteza unghiulara a tamburului.

Puterea necesara pentru amestecarea produsului intr-un amestecator piramidal (fig.1 f) (piramida triunghiulara regulate cu latura bazei = muchia = l), se determina relatia:

P = l4 ∙ ρm ∙ω∙ sinφ

6000

Pentru amestecarea materialului in amestecatoarele tip cilindric sau cubic, cu axa de rotatie dupa diagonal (fig. 1 e si g), puterea de actionare se poate determina cu relatia:

P = ω∙sinβ ∙Q ∙R0 }} over {102 ¿¿

in care: R0” este distant in plan transversal de la central de greutate la axa de rotatie a amestecatorului;

β- unghiul format dintre R0” si vertical. Se recomanda ca R0

” si β sa aiba, in timpul rotirii tamburului, valori maxime corespunzatoare nivelului orizontal al materialului in toba

Din categoria amestecatoarelor cu functionare discontinua fac parte si amestecatoarele cu organe de lucru elicoidale, realizate in diferite variante constructive.

2) Amestecatoarele cu organe de lucru elicoidale, pot fi realizate in diferite variante constructive. Astfel, in functie de pozitia organului de lucru (melcul), amestecatoarele cu organe de lucru elicoidale pot fi vertical sau orizontale.[6]

Amestecatoarele elicoidale cu functionare discontinua, cu organul de lucru dispus vertical sau orizontal sunt folosite in cadrul liniilor tehnologice in industria moraritului, panificatiei si producerii furajelor concentrate. Amestecatoarele din aceasta grupa, cu organe de lucru elicoidale dispuse vertical sau orizontal, amesteca diferite categorii de fainuri intre ele, cu sau fara adaosuri de ingrediente specifice. Amestecarea fazelor se realizeaza sub actiunea organelor de lucru prevazute cu spire

6

elicoidale, care prin rotirea lor asigura deplasarea, intr-un sens sau altul, a fazelor ce urmeaza a fi omogenizate.[6]

In figura urmatoare se prezinta constructia a trei tipuri de amestecatoare elicoidale cu functionare discontinua, cu organul de lucru dispus vertical si la care alimentarea cu materii prime se poate face pe la partea partea superioara sau pe la partea inferioara, in care caz amestecatorul este prevazut cu un cos pentru alimentare. Pentru a realize o amestecare uniforma si totala, amestecatorul este prevazut la interior, pe langa arborele cu spira melcata si cu diferite accesorii cum ar fi: unul sau mai multe tuburi central, care asigura deplasarea materialelor de jos in sus; lamele pentru razuire si racord cu clapet pentru evacuarea amestecului.

Fig. 2 amestecatoare pentru produse solide, cu functionare discontinua, cu organe de lucru elicoidale dispuse vertical: a si c – cu alimentare superioara; b – cu alimentare inferioara. 1 – corpul amestecatorului; 2 – transportor melcat; 3,4 – tuburi de ghidare; 5 – brat sau lamele de razuire; 6 – arbore de antrenare; 7- gura cu clapet pentru evacuare produs finit; 8 – gura pentru alimentare; 9 – motor electric pentru antrenare.

Amestecatoarele pentru produse solide, cu functionare discontinua si cu organe de lucru elicoidale dispuse orizantal pot fi realizate cu un rotor sau cu doua rotoare. In cazul amestecatorului cu un rotor, acesta este echipat cu doua spire concentrice, dar cu sensuri de infasurare inverse, ceea ce permite deplasarea fazelor pentru amestecat dupa un traseu de la

7

interior spre exterior. Pentru amestecatorul cu doua rotoare dispuse in acelasi plan, amestecarea se realizeaza prin deplasarea fazelor de pe o parte pe alta a carcasei. [6]

Fig. 3 Amestecatoare pentru produse solide, cu functionare discontinua, cu organe de lucru elicoidale dispuse orizontal: a - amestecator cu un rotor prevazut cu doua spire elicoidale concentrice cu unghiuri de infasurare inverse una fata de cealalta; b – amestecator cu doua rotoare elicoidale. 1 – carcasa amestecatorului; 2 – capacul carcasei; 3 – arborele rotorului; 4 – spira elicoidala exterioara; 5 – spira elicoidala interioara; 6 – gura pentru alimentare; 7 – gura pentru evacuare; 8 si 9 – rotoare elicoidale

3) Amestecatoare orizontale care lucreaza pe principiul de amestecare prin cadere libera [3]

Procesul de amestecare se realizeaza datorita rotatiei cilindrului 1 care antreneaza materialul pana la o anumita inaltime de la care produsul cade pe fundul cilindrului. Ridicarea si deplasarea materialului in interiorul cilindrului este ajutata si de paletele 2 montate pe circumferinta interioara a cilindrului.

8

In cazul in care viteza de rotatie depaseste valoarea critica, amestecarea nu mai are loc deoarece datorita fortei centrifuge materialul se lipeste de peretele interior al cilindrului facand imposibila amestecarea.

Pentru o functionare corespunzatoare trebuie indeplinita conditia:

mg > m ∙ω2 ∙ R

De unde ωcr=¿ ¿ √ gR

in care R- raza cilindrului amestecatorului

Puterea necesara pentru actionare este mica datorita frecarilor relative mici intre particulele amestecului.

La amestecatoarele cu regim fortat, amestecarea se realizeaza sub actiunea presiunii si deplasarii produsului de amestecat in interiorul amestecatorului.

Din aceasta categorie fac parte amestecatoarele vertical cu melc sau orizontale cu contracurent si ca o grupa speciala, amestecatoarele orizontale turbionare.

4) Amestecatoarele orizontale cu regim fortat pot avea organul active sub forma unui melc sau a unui ax cu palete [3]

In amestecatorul cu melc materialul introdus prin gura de alimentare 1 este amestecat cu melcul 2 si evacuate prin orificiul 3.

Amestecatorul orizontal cu palete este destinat pentru amestecarea in sarja a nutreturilor concentrate uscate si umectate.

Se compune dintr-un cilindru de amestecare 1, prevazut la partea superioara cu doua guri de alimentare 2, iar la cea inferioara cu o gura de evacuare 4. In interiorul cilindrului este dispus axul cu palete 3.

Produsele ce urmeaza a fi amestecate sunt dozate in prealabil corespunzator retetei, pentru o sarja de amestecare.

Dupa incarcare, amestecarea propriu-zisa dureaza 5-6 minute dupa care se deschide gura 4, materialul amestecat fiind descarcat intr-un mijloc de transport sau intr-un buncar de depozitare.

Productivitatea amestecatorului este de 4-5 t/h, puterea motorului de actionare 22Kw, viteza de rotatie a axului cu palete 3rad/s (29rot/min), iar lungimea de 3m.

5)Amestecatoare vertical cu regim fortat cu alimentare superioara [3]

Organul active al acestor amestecatoare poate fi un melc, un ax cu palete sau o elice.

9

Se observa ca materialul este introdus in amestecator pe la partea superioara, preset si deplasat catre organelle active si evacuate pe la partea inferioara.

6) Amestecatoare verticale cu alimentare inferioara [3]

In unitatile agricole acest tip de amestecator este cel mai utilizat.

Amestecatorul se compune din cosul de alimentare 1, buncarul pentru amestecarea nutreturilor 2, melcul de alimentare – amestecare 3, paleta de imprastiere 4, gura de evacuare a produselor 5 si mecanismul de actionare al melcului 6.

Produsele ce urmeaza a fi amestecate se cantaresc in prealabil dozandu-se corespunzator retetei. Se introduc in cosul de alimentare de unde cu ajutorul melcului sunt transportate in buncarul de alimentare.

In partea superioara a buncarului, materialul este imprastiat spre periferia buncarului. In centrul amestecatorului se produce o miscare de jos in sus a particulelor de material, iar spre exterior o miscare in sens invers.

Dupa amestecarea unei sarje, materialul este descarcat in saci prin gura de evacuare. Capacitatea de incarcare a acestor utilaje variaza intre 400 si 1000kg in fermele zootehnice si de 5 – 10 tone in industria de pregatire a nutreturilor combinate.

O alta varianta constructive de amestecator este cea cu doi melci. In aceasta constructie melcul 1 are rolul de incarcare a materialului in buncarul de amestecare, iar melcul 2 are rolul de amestecare a materialului.

Pentru determinarea principalilor parametrii si amestecatoarelor vertical cu melc se folosesc urmatoarele relatii:

Productivitatea

Q¿ GT

( kg/s) G – cantitatea de material amestecat la o sarja (kg)

T – timpul unui ciclu de lucru (s)

Cantitatea de material G se stabileste cu expresia: G = V ∙ φ ∙ϑ (kg) V – volumul buncarului de amestecare (m3)

ϑ - masa volumica a materialului (kg/m3)φ−¿ coeficient de umplere = 0,75 – 0,85

Timpul unui ciclu de lucru se determina cu relatia:T = t1 + t2 + t3 (s) t1 – timpul de incarcare a amestecatorului (s) t2 – timpul de propriu – zis de amestecare (s)

t3 – timpul de descarcare a amestecatorului (s)

Timpul t1 si t3 depind de modul de organizare a lucrului. In general nu trebuie sa depaseasca 15 – 20 minute in cazul amestecatoarelor cu o incarcatura de 1000 kg.

10

Timpul de amestecare depinde de natura produselor si component amestecului. In general valoarea lui t3 nu trebuie sa depaseasca 20 minute.

Intre inaltimea H a buncarului si diametrul D se recomanda urmatorul raport: HD

=2÷2,5

Unghiul format de partea tronconica a amestecatorului si planul orizontal trebuie sa fie cuprins

in limitele 0,95 – 1,3 rad (55℃÷75℃), iar diametrul melcului se recomanda d =13D. Viteza de rotatie

a melcului de amestecare este de 26 – 41 rad/s (250 – 400 rot/min).

7) Amestecator vertical cu snec oblic [3]

Aceasta constructie se compune dintr-un buncar 1 de forma conica, prevazut in interior cu un melc, lateral la partea inferioara cu un microjet si un spargator de aglomerari 4, iar la partea superioara cu un sistem de actionare 5.[3]

Acest tip de amestecator are o eficacitate mare, solicita putere redusa pentru actionare si poate realiza amestecuri in proportie de 1-10000 necesitand o putere redusa de actionare.

Procesul de amestecare este realizat astfel: melcul executa o miscare in jurul axului sau deplasand materialul de jos is sus; si totodata se deplaseaza in jurul peretelui interior efectuand o miscare orbital, deplasand materialul dupa o spira larga. Materialul ridicat de melc se scurge in jos realizandu-se astfel o amestecare rapida si intensa.

Microjetul 3 are rolul de a introduce grasimi, uleiuri, melasa, etc., iar spargatorul de aglomerari realizeaza agitatia materialului impiedicand astfel formarea de aglomerari.

8) Amestecatorul orizontal turbionar [3]

Este compus dintr-un cilindru rotativ sau fix si un ax cu palete cu doua taisuri. Viteza de rotatie a axului fiind mult superioara celei critice, in timpul lucrului paletele arunca materialul de la peretii cilindrului spre axul amestecatorului, deplasandu-l spre stanga si dreapta, producandu-se amestecarea datorita miscarii turbionare a particulelor amestecului.

In ultimul timp s-au realizat amestecatoare hidraulice, in care amestecarea produselor este realizata cu ajutorul curentilor puternici de aer comprimat trecut prin orificii asezate in mod convenabil.

Amestecatoare pentru produse solide, cu functionare continua

Amestecatoarele pentru produse solide pentru produse solide cu functionare continua au ca organe de lucru unul sau mai multe rotoare prevazute cu spire melcate sau rotoare echipate cu palete dispuse pe directia unor elice elicoidale. In figura urmatoare se prezinta schema unui amestecator cu doua rotoare superioare (3), prevazute cu palete (4) dispuse dupa una sau mai multe elice elicoidale,

11

care realizeaza amestecarea fazelor si un transportor elicoidal (5), amplasat la partea inferioara a carcasei amestecatorului, care asigura deplasarea continua a produsului omogenizat catre fereastra pentru evacuare.[6]

Amestecatorul continuu elicoidal este utilizat pentru amestecarea subproduselor solide sub forma de granule sau pulberi.

Fig. Amestecator pentru produse solide, cu functionare continua: 1 – carcasa metalica; 2 – capacul carcasei; 3,3’ - arborii rotoarelor, actionati simultan sau independent si cu sensuri inverse de rotatie; 4 – paletele rotoarelor, dispuse la 1200; 5 – transportor melcat; 6 – gura de alimentare; 7 – gura de evacuare a amestecului.

12

Scopul amestecării

Omogenizarea amestecurilor Îmbunătăţirea

transferului de căldurăAccelerarea

reacţiilor chimice

Schimbări fizice ale componenţilor

Dizolvarea componenţilor

Obţinerea emulsiilor şi dispersiilor

Amestecator pentru produse solide cu functionare discontinua, cu organ de lucru elicoidal dispus elicoidal, cu

alimentare inferioara

1. Descrierea operatiei pe care o efectueaza aparatul

Amestecarea este operatia tehnologica prin care se uniformizeaza componentele a cel putin doua faze ce alcatuiesc un amestec eterogen.

In faza de amestecare se realizeaza amestecarea intima a componenteleor aluatului si hidratarea lor. Particulele de faina absorb apa, se umfla si formeaza mici aglomerari umede. Datorita faptului ca apa este retinuta de faina si prin absorbtie se dezvolta caldura de hidratare, amestecul seincalzeste usor. Durata acestei faze depinde de granulozitatea fainii si de temperature. Fainurile grosiere si aluaturile reci necesita un timp mai lung decat fainurile de granulozitate fina si aluaturile calde. Acesta este de 4- 5 minute si se executa pentru malaxoarele prevazute cu mai multe trepte de viteze, in prima treapta.[2]

In cazul amestecului eterogen fazele component (dispersata si dispersanta) au tendinta de a se separa in functie de caracteristicile fiecaruia.

Amestecuri eterogene se intalnesc in mod curent in industria alimentara de aceea pentru a realize uniformizarea acestora se folosesc utilaje specifice de amestecatoare.

Durata operatiei depinde atat de tipul constructive al utilajului, cat si de caracteristicile fizico – mecanice ale fazelor componente. Durata optima de amestecare se determina pe cale experimental.

13

2. Principiul de lucru al aparatului

Pe durata procesului de lucru amestecul este supus unei agitari mecanice cu scopul de a diviza faza dispersata in particule fine si pentru a fi repartizata in mod uniform in toata masa de dispersie.

Compozitia ce urmeaza a fi amestecate sunt introduce in interiorul amestecatorului prin intermediul gurii de alimentare 4 dispusa in partea inferioara a amestecatorului. Ordinea de introducere a componentelor se face in functie de ponderea din cadrul amestecurilor.

Procesul de lucru de omogenizare se realizeaza ca urmare a actionarii transportorului melcat vertical de catre electromotorul 2 prin transmisii de curele si antreneaza arborele cu spira melcata.

Dupa introducerea in cosul de alimentare, amestecul este transportat cu ajutorul melcului in buncarul de amestecare. In partea superioara a buncarului, materialul este imprastiat spre periferia buncarului. In centrul amestecatorului se produce o miscare de jos in sus a particulelor de material, iar spre exterior o miscare in sens invers.

Pentru a realiza o amestecare uniforma si totala, amestectorul este prevazut la interior, pe langa arborelecu spira melcata si cu diferite accesorii cum ar fi: un tub central, care asigura deplasarea materialelor de jos in sus, lamele pentru razuire, pentru a evita depunerile de material pe peretii si racord cu clapet pentru evacuarea amestecului.

Odata ce componentele sunt omogenizate in interiorului amestecatorului vor fi evacuate prin gura de evacuare prin gura de evacuare 5.

3. Bilantul de material. Bilantul energetic

Elaborarea bilantului de material. Pentru conducerea proceselor tehnologice, identificarea operatiilor unitare si pentru dimensionarea corespunzatoare a aparatelor si utilajelor din componenta liniilor tehnologice este necesar sa se stabileasca cantitatile de materiale participante. Pentru stabilirea materialelor ce concur la realizarea fiecarei faze – operatii tehnologice este necesar sa se intocmeasca bilantul de materiale.

La intocmirea bilantului de material trebuie avut in vedere legea conservarii materiei, care se defineste prin relatia:[6]

∑M e+∑M i=∑M ies+∑M r+∑M p

Unde: ∑M e - reprezinta materialele existente

∑M i – materiale care intra

14

∑M ies – material care ies

∑M r - material care raman

∑M p - material care se pierd

Ecuatia generala a bilantului de material poate avea si forme mai simplificate, in functie de natura procesului tehnologic.

Bilantul de materiale se poate intocmi global, la nivelul procesului tehnologic, cand include toate materialele care concur la realizarea produsului finit.

La amestecatorul pentru produse solide cu organ de lucru elicoidal pierderile de material sunt minime, aproape de 0 si nu exista material care sa ramana in interiorul amestecatorului datorita lamelelor de razuire.

Datorita faptului ca toata cantitatea de material care intra in interiorul amestecatorului pentru a fi omogenizate iese gata amestecata, dar in aceeasi proportie bilantul de materiale este 0.

Elaborarea bilantului energiilor participante la realizarea procesului tehnologic. Daca bilantul de materiale serveste la urmarirea circulatiei materialelor printr – o instalatie, linie tehnologica si in functie de cantitatile acestora se dimensioneaza capacitatile de productie, bilantul energiilor foloseste la stabilirea necesarului de energie pentru desfasurarea in bune conditii a procesului tehnologic.

La intocmirea bilantului energiilor se are in vedere principiul conservarii energiilor, iar ecuatia generala este de urmatoarea forma:

∑ E i+∑ Ee=∑ E r+∑ Eies+∑ E p

In care: ∑ E i este suma energiilor care intra in sistem; ∑ Ee - suma energiilor existente in

sistem; ∑ E r - suma energiilor ramase in sistem; ∑ E ies - suma energiilor care ies din sistem; ∑ E p -

suma energiilor ramase pierdute in sistem.

Prin suma energiilor pierdute din sistemul luat in studio se intelege toate energiile mecanice, termice, chimice etc. care parasesc sistemul in mod natural si inevitabil. Energiile pierdute pot fi micsorate, dar nu evitate si prin valoarea lor se defineste randamentul energetic al instalatiei. Spre deosebire de bilantul de materiale, care poate fi intocmit partial, bilantul energetic trebuie intocmit global, la nivelul sistemului luat in studiu.

Pentru intocmirea bilantului energetic este necesar sa se stie puterea instalata a motorului care actioneaza amestecatorul pentru produse solide cu capacitate de lucru de 1000 kg/h si se calculeaza astfel:

Pi = Pc * kp + 10 ÷ 20 %

15

In care Pc – puterea consumata; Pi – puterea instalata; Kp – coeficient de pierderi; iar termenul 10 ÷ 20 % reprezinta o putere de rezerva care trebuie sa il aiba fiecare motor.

Puterea necesara antrenarii rotorului se calculeaza:

P = 3.10-3 Q (L.k1 + H) k2

Unde: Q – capacitatea de lucru; L – lungimea transportorului; k1 – coeficientul rezistentei specifice, a carui valoare este influentata de coeficientul de frecare dintre materialul organelor de lucru si produsul de transportat, (k1 = 1,2 – 1,5); H – inaltimea de ridicare a produsului; k2 – coeficientul pierderilor in lagare (k2 = 1,1).

Se stiu: Q = 1000kg/h; L = 8m; H = 7m; k1 = 1,2; k2 = 1,1;

P = 3 * 10-3 * 1000 (8 *1,2 + 7) *1,1 = 2,5 KW

4. Calculul parametrilor de exploatare

Pentru amestecatoarele elicoidale se determina:

Turatia (n) rotorului melcat se calculeaza cu relatia:[6]

n = A

√D

unde: A este coeficient, care depinde de natura materialului transportat, pentru seminte de cereale, A = 30 – 65; iar pentru produsele cu densitate redusa A = 15 – 30; D – diametrul spirei melcate

Puterea necesara antrenarii rotorului se calculeaza:

P = 3.10-3 Q (L.k1 + H) k2

Unde: Q – capacitatea de lucru; L – lungimea transportorului; k1 – coeficientul rezistentei specifice, a carui valoare este influentata de coeficientul de frecare dintre materialul organelor de lucru si produsul de transportat, (k1 = 1,2 – 1,5); H – inaltimea de ridicare a produsului; k2 – coeficientul pierderilor in lagare (k2 = 1,1).

Capacitatea de lucru se calculeaza:

Q = 3600 π (D2−d2)4

nS60

ρ∙ ku ∙ ka¿¿ t/h

Unde: D – diametrul spirei melcate; d – diametrul arborelui; n – turatia rotorului melcat; S – pasul spirei melcate; ku – coeficient de umplere (ku = 0,3 – 0,6); ka – coeficient de rostogolire a materialului care este in functie de unghiul de inclinare a transportorului; ρ – masa volumetrica a produsului transportat.

16

Variatia coeficientului de rostogolire

Unghiul de inclinare

5o 10o 15o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o

ka 0,9 0,8 0,7 0,65 0,58 0,52 0,48 0,44 0,4 0,34 0,3

Capacitatea de lucru se mai poate calcula si prin ecuatia:[3]

Q¿ GT

( kg/s) G – cantitatea de material amestecat la o sarja (kg)

T – timpul unui ciclu de lucru (s)

Cantitatea de material G se stabileste cu expresia: [3]G = V ∙ φ ∙ σ (kg) V – volumul buncarului de amestecare (m3)

σ - masa volumica a materialului (kg/m3)φ−¿ coeficient de umplere = 0,75 – 0,85

Timpul unui ciclu de lucru se determina cu relatia:T = t1 + t2 + t3 (s) t1 – timpul de incarcare a amestecatorului (s) t2 – timpul de propriu – zis de amestecare (s)

t3 – timpul de descarcare a amestecatorului (s)

Timpul t1 si t3 depind de modul de organizare a lucrului. In general nu trebuie sa depaseasca 15 – 20 minute in cazul amestecatoarelor cu o incarcatura de 1000 kg.

Timpul de amestecare depinde de natura produselor si component amestecului. In general valoarea lui t3 nu trebuie sa depaseasca 20 minute.

Intre inaltimea H a buncarului si diametrul D se recomanda urmatorul raport: HD

=2÷2,5

Unghiul format de partea tronconica a amestecatorului si planul orizontal trebuie sa fie cuprins

in limitele 0,95 – 1,3 rad (550 ÷ 750), iar diametrul melcului se recomanda d =13D. Viteza de rotatie a

melcului de amestecare este de 26 – 41 rad/s (250 – 400 rot/min).

5) Calculul organoleptic

Calculul arborilor:

17

Metoda generala de calcul al arborilor are in vedere faptul ca ei sunt supusi la solicitari compuse – incovoiere, rasucire, eventual si compresiune.[5]

Dimensionarea directa prin evaluarea precisa a tuturor solicitarilor este dificila. De aceea, dimensiunile aproximative ale arborilor se stabilesc printr-un calcul simplificat, pe baza rezistentei la rasucire apoi se verifica luand in consideratie celelelalte solicitari. In functie de rolul functional si de forma lor,unii arbori se verifica la oboseala, la rigiditate si la turatia critica.[5]

Calculul la rasucire. Numerosi arbori sunt solicitati in principal la rasucire, astfel incat incovoierea fiind mult mai mica poate fi neglijata. Un astfel de caz il constituie, de exemplu, arborii de transmisie pentru miscarea de translatie a podurilor rulante.[5]

Asemenea arbori se dimensioneaza pe baza rezistentei admisibile la rasucire τat , aplicandu-se relatia cumoscuta:

Mt = Wp * τat

Este insa mai comod sa se transforme aceasta relatie in functie de puterea necesara a fi transmisa P, in kW, cunoscuta sau data, si de turatia arborelui n, in rot/min, de asemenea cunoscuta sau data anterior, astfel:

M t=9550Pn

[Nm]

Modulul de rezistenta polar W p pentru sectiuni circulare are expresia:

Wp = π d3

16≈0,2d3

Egalizandu-se cele doua relatii pentru M t si inlocuindu-se W p se obtine:

9550 Pn

=0,2d3τ at

Deci: d= 3√ 95500,2 τ at

∙Pn

[m]

Sa se determine diametrul unui arbore solicitat la rasucire, construit din otel OL 60 capabil sa transmita o putere P = 2,5 kW , cu o turatie n = 60 rot/min, avand porniri si opriri frecvente ce apartine unui amestecator pentru produse solide cu functionare discontinua cu organ de lucru elicoidal dispus vertical si cu alimentare verticala.

d= 3√ 95500,2 τ at

∙Pn

[m]

La otelul OL 60 τ0 = 360 MPa, iar rezistenta admisibila este τ0a = τ0

c =

3602,2

= 163.63 MPa

18

d = 3√ 9550 ∙2,50,2∙60 ∙360

= 3√ 238754320

= 3√5.52 = 1.77

se adopta d = 177 mm conform STAS 75 - 80

6) Bibliografie

1. Banu Constantin (coordonator profesor doctor inginer ), “Manualul inginerului de industrie alimentara volumul 1”, Editura Tehnica, Bucuresti 1998

2. Banu Constantin (coordonator) , “ Tratat de industrie alimentara. Tehnologii alimentare “, Editura ASAB, Bucuresti 2009

3. Caproiu Magdalina (sef lucrari inginer), Ionescu Nicolae (asistent inginer), “Curs de masini si instalatii zootehnice volumul 1”, 1970

4. Caproiu Magdalina, Chelemen I., Ciubotaru C., Ghenea T., “ Masini si instalatii zootehnice”, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti 1982

5. Drobota V., Atanasiu M., Stere N., “ Rezistenta materialelor si organe de masini”, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti 1983

6. Tenu Ioan, “Operatii si aparate in industria alimentara vol. 1 - Operatii mecanice, hidrodinamice si aerodinamice”, Editura “ Ion Ionescu de la Brad”, Iasi 2008

19