Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

358
5 CUPRINS INTRODUCERE ............................................................................................................................... 9 1. NO}IUNI FUNDAMENTALE DE TERMODINAMIC| ........................................................ 16 1.1. PROPRIET|}ILE TERMODINAMICE ALE CORPURILOR ............................................... 16 1.1.1. Generalit\]i; parametri de stare; transform\ri termodinamice ................................. 16 1.1.2. Lucrul mecanic [i c\ldura ......................................................................................... 18 1.2. GAZE PERFECTE; LEGILE GAZELOR PERFECTE ........................................................... 21 1.2.1. Defini]ia gazului perfect ............................................................................................. 21 1.2.2. Legile gazelor perfecte................................................................................................ 21 1.3. PRIMUL PRINCIPUL AL TERMODINAMICII………………………………………………….. 24 1.3.1. Principiul echivalen]ei ................................................................................................ 24 1.3.2. Primul principiu al termodinamicii pentru transformări deschise ..............................25 1.3.3. Primul principiu al termodinamicii pentru sisteme deschise ...................................... 26 1.3.4. Energia intern\ [i entalpia gazelor perfecte............................................................... 27 1.4. PARAMERII CARATERISTICI PENTRU TRANSFORM|RILE SIMPLE ALE GAZELOR PERFECTE........................................................................................................................... 27 1.4.1. Transformarea izocor\ ............................................................................................... 27 1.4.2. Transformarea izobar\............................................................................................... 28 1.4.3. Transformarea izoterm\ ............................................................................................. 29 1.4.4. Transformarea adiabatic\ .......................................................................................... 30 1.4.5. Transformarea politrop\ ............................................................................................ 31 1.5. TRANSFORMAREA C|LDURII ~N LUCRU MECANIC CU AJUTORUL CICLURILOR; CICLUL CARNOT ................................................................................................................ 32 1.6. AL DOILEA PRINCIPIU AL TERMODINAMICII .......................................................... 35 1.6.1. Necesitatea celui de al doilea principiu [i formularea sa ....................................... 35 1.6.2. Entropia gazului perfect; diagrame entropice ...................................................... 38 1.7. GAZE REALE ............................................................................................................. 40 1.7.1. Ecua]ii de stare pentru gaze reale ....................................................................... 41 1.7.2. Titlul vaporilor ........................................................................................................... 42 1.7.3. Diagrame entropice pentru gaze reale ....................................................................... 42 2. COMPRESOARE ........................................................................................................................ 45 2.1. INTRODUCERE .................................................................................................................... 45 2.2. COMPRESOARE CU PISTON CU MI{CARE RECTILINIE ALTERNATIV|....................... 45 2.2.1. Compresorul teoretic .................................................................................................. 45 2.2.2. Compresorul tehnic (cu spa]iu mort) .......................................................................... 48 2.2.3. Funcţionarea reală a compresorului tehnic................................................................. 50 2.2.4. Comprimarea `n trepte ............................................................................................... 52 2.3. COMPRESOARE PENTRU INSTALA}II FRIGORIFICE ..................................................... 53 2.3.1. Compresoare cu piston ............................................................................................... 53 2.3.2. Alte tipuri de compresoare frigorifice......................................................................... 57 3. INSTALA}II FRIGORIFICE .................................................................................................... 63 3.1. SCURT ISTORIC ................................................................................................................... 63 3.2. PRINCIPIUL DE FUNC}IONARE AL INSTALA}IILOR FRIGORIFICE ............................ 63 3.3. AGEN}I FRIGORIFICI ......................................................................................................... 66 3.4. INSTALA}II FRIGORIFICE CU COMPRIMARE MECANIC| DE VAPORI ~NTR-O SINGUR| TREAPT| ........................................................................................................... 69 3.4.1. Ciclul ideal de func]ionare al unei instala]ii cu comprimare mecanic\ de vapori .... 69 3.4.2. Ciclul teoretic de func]ionare al instala]iilor frigorifice reale ................................... 71 3.4.3. Subr\cirea `n instala]iile frigorifice ........................................................................... 72 3.4.4. Ciclul real de func]ionare al instala]iilor frigorifice .................................................. 76 3.4.5. Elemente de calcul termic al ciclului frigorific f\r\ subr\cire .................................. 78 3.5. INSTALA}II FRIGORIFICE CU COMPRIMARE ~N TREPTE ............................................. 80 3.5.1. R\cirea intermediar\ cu ap\...................................................................................... 80 3.5.2. R\cirea intermediar\ cu agent frigorific.................................................................... 82

description

Instalatii Frigorifice Si de Climatizare.edit. Ion Ionescu de La Brad, 2007, Iasi

Transcript of Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

Page 1: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

5

CUPRINS INTRODUCERE ............................................................................................................................... 9

1. NO}IUNI FUNDAMENTALE DE TERMODINAMIC| ........................................................ 16 1.1. PROPRIET|}ILE TERMODINAMICE ALE CORPURILOR ............................................... 16

1.1.1. Generalit\]i; parametri de stare; transform\ri termodinamice ................................. 16 1.1.2. Lucrul mecanic [i c\ldura ......................................................................................... 18

1.2. GAZE PERFECTE; LEGILE GAZELOR PERFECTE ........................................................... 21 1.2.1. Defini]ia gazului perfect ............................................................................................. 21 1.2.2. Legile gazelor perfecte................................................................................................ 21

1.3. PRIMUL PRINCIPUL AL TERMODINAMICII………………………………………………….. 24 1.3.1. Principiul echivalen]ei................................................................................................ 24 1.3.2. Primul principiu al termodinamicii pentru transformări deschise ..............................25 1.3.3. Primul principiu al termodinamicii pentru sisteme deschise ...................................... 26 1.3.4. Energia intern\ [i entalpia gazelor perfecte............................................................... 27

1.4. PARAMERII CARATERISTICI PENTRU TRANSFORM|RILE SIMPLE ALE GAZELOR

PERFECTE........................................................................................................................... 27 1.4.1. Transformarea izocor\ ............................................................................................... 27 1.4.2. Transformarea izobar\............................................................................................... 28 1.4.3. Transformarea izoterm\ ............................................................................................. 29 1.4.4. Transformarea adiabatic\ .......................................................................................... 30 1.4.5. Transformarea politrop\ ............................................................................................ 31

1.5. TRANSFORMAREA C|LDURII ~N LUCRU MECANIC CU AJUTORUL CICLURILOR;

CICLUL CARNOT ................................................................................................................ 32 1.6. AL DOILEA PRINCIPIU AL TERMODINAMICII .......................................................... 35

1.6.1. Necesitatea celui de al doilea principiu [i formularea sa....................................... 35 1.6.2. Entropia gazului perfect; diagrame entropice ...................................................... 38

1.7. GAZE REALE ............................................................................................................. 40 1.7.1. Ecua]ii de stare pentru gaze reale....................................................................... 41 1.7.2. Titlul vaporilor ........................................................................................................... 42 1.7.3. Diagrame entropice pentru gaze reale ....................................................................... 42

2. COMPRESOARE ........................................................................................................................ 45 2.1. INTRODUCERE .................................................................................................................... 45 2.2. COMPRESOARE CU PISTON CU MI{CARE RECTILINIE ALTERNATIV|....................... 45

2.2.1. Compresorul teoretic .................................................................................................. 45 2.2.2. Compresorul tehnic (cu spa]iu mort) .......................................................................... 48 2.2.3. Funcţionarea reală a compresorului tehnic................................................................. 50 2.2.4. Comprimarea `n trepte ............................................................................................... 52

2.3. COMPRESOARE PENTRU INSTALA}II FRIGORIFICE..................................................... 53 2.3.1. Compresoare cu piston ............................................................................................... 53 2.3.2. Alte tipuri de compresoare frigorifice......................................................................... 57

3. INSTALA}II FRIGORIFICE .................................................................................................... 63 3.1. SCURT ISTORIC ................................................................................................................... 63 3.2. PRINCIPIUL DE FUNC}IONARE AL INSTALA}IILOR FRIGORIFICE ............................ 63 3.3. AGEN}I FRIGORIFICI......................................................................................................... 66 3.4. INSTALA}II FRIGORIFICE CU COMPRIMARE MECANIC| DE VAPORI ~NTR-O

SINGUR| TREAPT|........................................................................................................... 69 3.4.1. Ciclul ideal de func]ionare al unei instala]ii cu comprimare mecanic\ de vapori .... 69 3.4.2. Ciclul teoretic de func]ionare al instala]iilor frigorifice reale ................................... 71 3.4.3. Subr\cirea `n instala]iile frigorifice ........................................................................... 72 3.4.4. Ciclul real de func]ionare al instala]iilor frigorifice .................................................. 76 3.4.5. Elemente de calcul termic al ciclului frigorific f\r\ subr\cire .................................. 78

3.5. INSTALA}II FRIGORIFICE CU COMPRIMARE ~N TREPTE ............................................. 80 3.5.1. R\cirea intermediar\ cu ap\...................................................................................... 80 3.5.2. R\cirea intermediar\ cu agent frigorific.................................................................... 82

Page 2: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

6

3.5.3. Instala]ii frigorifice cu comprimare `n trei trepte....................................................... 85 3.6. INSTALA}II FRIGORIFICE CU COMPRIMARE DE VAPORI, ~N CASCAD|.................... 86 3.7. VAPORIZATOARE {I CONDENSATOARE PENTRU INSTALA}II FRIGORIFICE CU

COMPRIMARE MECANIC| A VAPORILOR ...................................................................... 88 3.7.1. Vaporizatoare ............................................................................................................. 88 3.7.2. Condensatoare............................................................................................................ 95 3.7.3. Degivrarea.................................................................................................................. 98 3.7.4. Ventile de laminare termostatice ................................................................................ 99

3.8. INSTALA}II FRIGORIFICE CU ABSORB}IE.................................................................... 102 3.9. INSTALA}II FRIGORIFICE TERMOELECTRICE............................................................. 106

4. AERUL UMED.......................................................................................................................... 111 4.1. INTRODUCERE .................................................................................................................. 111

4.1.1. Parametrii aerului umed .......................................................................................... 111 4.1.2. Diagrama Molier pentru aerul umed........................................................................ 114 4.1.3. Procese simple aplicate aerului umed, reprezentate `n diagrama Mollier .............. 118

4.2. INSTALA}II DE CONDI}IONARE A AERULUI ................................................................ 120 4.2.1. Introducere .............................................................................................................. 120 4.2.2. Construc]ia [i func]ionarea unui sistem de condi]ionare a aerului ......................... 124 4.2.3. Procese `n instala]ia de condi]ionare a aerului ....................................................... 126 4.2.4. Determinarea umidit\]ii relative cu psihrometrul Asman ....................................... 129

4.3. NOŢIUNI PRIVIND CONFORTUL TERMIC ..................................................................... 132 4.3.1. Introducere................................................................................................................ 132 4.3.2. Principalele mărimi fizice ce caracterizează ambianţa termică .............................. 139

5. ELEMENTE GENERALE PRIVIND CONSERVAREA PRIN FRIG A PRODUSELOR ALIMENTARE.............................................................................................................................144 5.1. STRUCTURA {I COMPOZI}IA PRODUSELOR ALIMENTARE DE ORIGINE

ANIMAL|........................................................................................................................... 144 5.1.1. Apa............................................................................................................................ 144 5.1.2. Proteinele ................................................................................................................. 147 5.1.3. Lipidele ..................................................................................................................... 148 5.1.4. Enzimele ................................................................................................................... 148 5.1.5. Hidra]ii de carbon .................................................................................................... 148 5.1.6. S\rurile minerale...................................................................................................... 148 5.1.7. Vitaminele ................................................................................................................. 148 5.1.8. Virusurile, microorganismele ................................................................................... 148

5.2. PROPRIET|}I TERMO-FIZICE ALE PRODUSELOR ALIMENTARE............................. 149 5.2.1. C\ldura specific\ ..................................................................................................... 149 5.2.2. C\ldura latent\ de solidificare................................................................................. 150 5.2.3. Entalpia specific\ ..................................................................................................... 150 5.2.4. Conductivitatea termic\ ........................................................................................... 151 5.2.5. Difuzivitatea termic\ ................................................................................................ 152

5.3. INFLUEN}A TEMPERATURILOR SC|ZUTE ASUPRA STRUCTURII {I COMPOZI}IEI PRODUSELOR ALIMENTARE..............................................................152 5.4. METODE DE PRELUCRARE PRIN FRIG. OBIECTIVE..................................................... 156 5.5. PIERDERI DE GREUTATE LA PRODUSELE PRELUCRATE PRIN FRIG ....................... 157

6. REFRIGERAREA ..................................................................................................................... 159 6.1. INTRODUCERE .................................................................................................................. 159 6.2. VITEZA DE R|CIRE. DURATA R|CIRII ........................................................................... 159 6.3. METODE DE REFRIGERARE............................................................................................ 163

6.3.1. Refrigerarea cu aer r\cit .......................................................................................... 163 6.3.2. Refrigerarea cu agen]i intermediari ......................................................................... 170 6.3.3. Refrigerarea cu ghea]\ de ap\ ................................................................................. 171 6.3.4. Refrigerarea `n aparate cu perete desp\r]itor (schimb\toare de c\ldur\) .............. 173

6.4. DEPOZITAREA PRODUSELOR REFRIGERATE............................................................... 175 6.4.1. Temperatura aerului din depozit............................................................................... 175

Page 3: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

7

6.4.2. Umiditatea aerului.................................................................................................... 175 6.4.3. Puritatea, ventila]ia [i distribu]ia aerului ................................................................ 176 6.4.4. Ambalarea [i modul de a[ezare a produselor ........................................................... 176

6.5. PIERDERI DE GREUTATE LA PRODUSELE REFRIGERATE .......................................... 177 6.6. MANIPULAREA ŞI TRANSPORTUL PRODUSELOR REFRIGERATE……………………..179 6.7. CALCULUL NECESARULUI DE FRIG ............................................................................ ..181

7. CONGELAREA ......................................................................................................................... 184 7.1. INTRODUCERE .................................................................................................................. 184 7.2. VITEZA DE CONGELARE. DURATA CONGEL|RII ......................................................... 185 7.3. PROCEDEE DE CONGELARE........................................................................................... 189

7.3.1. Congelarea `n curent de aer rece ............................................................................. 189 7.3.2. Congelarea prin contact cu suprafe]e metalice ........................................................ 197 7.3.3. Congelarea prin contact cu agen]i intermediari....................................................... 201 7.3.4. Congelarea prin contact cu agen]i frigorifici ........................................................... 201

7.4. DEPOZITAREA PRODUSELOR CONGELATE.................................................................. 204 7.4.1. Parametrii aerului din depozitul de produse congelate ............................................ 205 7.4.2. ~nc\rcarea cu produse a depozitului........................................................................ 206 7.4.3. Parametrii instala]iei frigorifice [i modul de exploatare.......................................... 207

7.5. CALCULUL NECESARULUI DE FRIG .............................................................................. 207 7.6. DECONGELAREA PRODUSELOR PRODUSELOR ALIMENTARE CONGELATE........... 208 7.7. EVALUAREA DURATEI MAXIME DE DEPOZITARE A PRODUSELOR CONGELATE ................................................................................................................... .. 209

8. LIOFILIZAREA ........................................................................................................................ 213 8.1. INTRODUCERE .................................................................................................................. 213

8.1.1. Tratamentele preliminare ......................................................................................... 214 8.1.2. Congelarea ............................................................................................................... 215 8.1.3. Sublimarea (uscarea primar\) ................................................................................. 215 8.1.4. Uscarea secundar\ ................................................................................................... 216 8.1.5. Condi]ionarea [i ambalarea produselor liofilizate ................................................... 216 8.1.6. Depozitarea produselor liofilizate ............................................................................ 217 8.1.7. Rehidratarea produsului liofilizat............................................................................. 217

8.2. INFLUEN}A LIOFILIZ|RII ASUPRA PRODUSELOR...................................................... 217 8.2.1. Modific\ri fizice........................................................................................................ 217 8.2.2. Modific\ri chimice [i biochimice.............................................................................. 218 8.2.3. Modific\ri ale valorii nutritive ................................................................................. 218

8.3. INSTALA}II DE LIOFILIZARE........................................................................................... 218

9. PARTICULARIT|}I ALE CONSERV|RII PRIN FRIG PENTRU UNELE PRODUSE ALIMENTARE .......................................................................................................................... 222 9.1. CARNE {I PRODUSE DIN CARNE..................................................................................... 222

9.1.1. Carne în carcase....................................................................................................... 222 9.1.2. Grăsimi ..................................................................................................................... 225 9.1.3. Produse din carne..................................................................................................... 225

9.2. CARNE DE PASĂRE............................................................................................................ 227 9.2.1. Refrigerarea cărnii de pasăre................................................................................... 227 9.2.2. Congelarea cărnii de pasăre .................................................................................... 229

9.3. PEŞTE ŞI FRUCTE DE MARE............................................................................................. 231 9.3.1. Materia primă,structura şi proprietăţile termo-fizice ............................................... 231 9.3.2. Refrigerarea peştelui ................................................................................................ 233 9.3.3. Congelarea peştelui .................................................................................................. 235

9.4. LAPTE ŞI PRODUSE LACTATE.......................................................................................... 237 9.4.1. Laptele de consum .................................................................................................... 238 9.4.2. Produse lactate ......................................................................................................... 245

9.5. OUĂ ..................................................................................................................................... 254 9.5.1. Conservarea prin refrigerare a ouălor în coajă ....................................................... 255 9.5.2. Congelarea ouălor.................................................................................................... 257

Page 4: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

8

9.6. FRUCTE ŞI LEGUME ......................................................................................................... 258 9.6.1. Refrigerarea fructelor şi legumelor .......................................................................... 259 9.6.3. Conservarea prin congelare ..................................................................................... 263

9.7. UTILIZAREA FRIGULUI ÎN INDUSTRIA SUCURILOR..................................................... 265 9.8. PRODUCEREA ÎNGHEŢATEI ............................................................................................ 271

9.8.1. Producerea îngheţatei pe bază de lapte.................................................................... 272 9.8.2. Producerea îngheţatei fără grăsime ......................................................................... 278

9.9. UTILIZAREA FRIGULUI ÎN INDUSTRIA VINULUI........................................................... 278 9.9.1. Utilizarea frigului artificial în timpul fermentaţiei mustului..................................... 278 9.9.2. Folosirea frigului artificial pentru tratarea şi conservarea mustului ....................... 280 9.9.3. Utilizarea frigului artificial după terminarea fermentaţiei mustului ........................ 282 9.9.4. Utilizarea frigului artificial pentru producerea vinurilor spumoase………….….…..287

9.10. UNELE ASPECTE IGIENICO-SANITARE ŞI DE CALITATE…………………………. ..287 9.11. NOŢIUNI PRIVIND EVALUAREA CALITĂŢII PRODUSELOR CONSERVATE PRIN FRIG ........................................................................................................................ 292

9.11.1.Culoarea .................................................................................................................. 293 9.11.2.Textura..................................................................................................................... 296 9.11.3.Suculenţa ................................................................................................................. 298 9.11.4.Aroma ...................................................................................................................... 300

9.12. AMBALAREA PRODUSELOR CONGELATE ................................................................... 300

10. LANŢUL FRIGORIFIC.......................................................................................................... 307 10.1. UNITĂŢI FIXE................................................................................................................... 307

10.1.1.Depozite frigorifice de tip industrial........................................................................ 307 10.1.2.Unităţi comerciale ................................................................................................... 310

10.2.MIJLOACE DE TRANSPORT............................................................................................. 314 10.2.1.Mijloace de transport auto....................................................................................... 315 10.2.2.Mijloace de transport feroviare ............................................................................... 322 10.2.3 Mijloace de transport navale ................................................................................... 323

ANEXE .......................................................................................................................................... 325 A1. TEORIA CINETICO-MOLECULAR| A GAZELOR ............................................................ 325

A1.1. Presiunea gazului ideal ............................................................................................. 325 A1.2. Ecua]ia de stare a gazului ideal ................................................................................ 327 A1.3. Ecua]ia de stare van der Waals a gazelor reale........................................................ 327

A2. AGEN}I FRIGORIFICI ....................................................................................................... 329 A2.1. Denumire conform standardului 34 ASHRAE ........................................................... 329 A2.2. Simbolizarea agen]ilor frigorifici.............................................................................. 329 A2.3. Protocolul de la Montreal………………......................................................................330

A3. ELEMENTE DE TRANSMITEREA C|LDURII; SCHIMB|TOARE DE C|LDUR|.......... 332 A3.1. M\rimi utilizate `n transmiterea c\ldurii.................................................................. 332 A3.2. Moduri de transmitere a c\ldurii [i rela]ii de baz\ .................................................. 332 A3.3. Cazuri particulare de transmitere a c\ldurii ............................................................ 333 A3.4. Schimb\toare de c\ldur\ .......................................................................................... 342 A3.5. Schimbătoare de căldură cu plăci ............................................................................. 347

A4. CARACTERISTICI ALE PRODUSELOR ALIMENTARE ..................................................... 358 A4.1. Suprafa]a de calcul pentru unele produse alimentare............................................... 358 A4.2. Densitatea produselor alimentare, `nainte [i dup\ congelare .............................. ....358

A5. COMPARTIMENTE ÎN APARATELE DE RĂCIRE DE UZ CASNIC.................................. 359

BIBLIOGRAFIE ........................................................................................................................... 360

Page 5: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

9

INTRODUCERE [20]

Conceptul de temperatură ne duce cu gândul la experienţele fiziologice resimţite la apropierea sau la atingerea unui obiect. Este neîndoielnic că a doua senzaţie - alături de cea vizuală – provocată de obiectele fierbinţi, incandescente, s-a conturat foarte devreme în existenţa speciei umane. Termenul Cald a apărut de timpuriu în toate limbile civilizate şi interesul pentru fenomenele fizice care provoacă senzaţia se regăseşte în ştiinţa primitivă a tuturor popoarelor. O altă senzaţie a fost asociată cu vecinătatea gheţii şi, pentru a o descrie, a fost creat cuvântul Rece. Apariţia unor senzaţii similare independent de prezenţa obiectelor exterioare, ca în cazul febrei sau a frigurilor, a sporit interesul şi nu este deloc surprinzător că neliniştea foarte timpurie legată de Cald a fost asociată cu problemele de sănătate şi cu medicina.

Fizica modernă a fenomenelor termice a început să se dezvolte în secolul al şaptesprezecelea, odată cu inventarea termometrului, care a creat posibilitatea efectuării de studii cantitative. Această afirmaţie nu ar trebui, însă, să fie interpretată cum că nu ar fi existat o teorie ştiinţifică privind fenomenele termice înainte de această dată. La fel de greşită este opinia încă răspândită că, după ce termometrul a devenit un instrument popular, savanţii vremii ar fi avut o idee clară despre ce este temperatura şi că, făcând experimente cu termometre, ei erau pe deplin conştienţi de ceea ce măsurau.

Poate părea surprinzător că o parte foarte importantă a „filosofiei naturale” - philosophia naturalis - antice şi medievale o reprezenta ceea ce astăzi numim fizica fenomenelor termice şi că teoriile şi ipotezele elaborate de înţelepţii antichităţii au rămas active timp de mai bine de un secol şi jumătate după inventarea termometrului.

În antichitate erau cunoscute doar două forme de energie: mecanică şi termică. Însă dintre ramurile fizicii numai mecanica şi optica dispuneau de un suport matematic. Toate celelalte discipline, care se ocupau cu structura materiei şi care includeau fenomenele termice, meteorologice, chimice sau fiziologice, erau tratate doar cu ajutorul argumentelor verbale şi al construcţiilor logice.

Cea mai reprezentativă teorie de acest tip a fost formulată de Aristotel (384 î. Cr. – 322 î. Cr.) şi se baza pe faimoasa doctrină a celor patru Elemente fundamentale datorată lui Empedocle din Agrigent (490 î. Cr. – 430 î. Cr.).

Conform acestei teorii, Universul este compus din patru Elemente fundamentale: Pământul, Apa, Aerul şi Focul, prin acţiunea a patru Calităţi elementare: Recele, Caldul, Uscatul şi Umedul. Astfel, fiecare corp constă din Materie pasivă şi Formă activă; Materia este compusă din

Aristotel

Page 6: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

10

Relaţiile dintre Elemente şi

Calităţi

cele patru Elemente primordiale,singure sau în asociere, în cantitate mai mare sau mai mică, şi Forma – un amestec adecvat al celor patru Calităţi. Fiecare Element tinde spre locul său natural în Univers şi are în permanenţă două Calităţi, dintre care una este activă (Recele, Caldul) şi cealaltă este pasivă (Uscatul, Umedul). Astfel, Pământul este rece şi uscat; apa – rece şi umedă; aerul – cald şi umed; focul – cald şi uscat. Alături de aceste Calităţi elementare, existau şi Calităţi secundare şi derivate, precum greul şi uşorul, amarul şi dul-

cele, fluidul şi vâscosul... Pe de altă parte, generarea elementelor prin acţiunea calităţilor implică o dinamică a elementelor. Elementele care au o calitate elementară în comun se pot transforma unul în celălalt. Focul poate, deci, să se transforme, prin modificarea uneia dintre cele două calităţi ale sale, fie în aer, fie în pământ; pământul, în foc sau în apă; apa, în pământ sau în aer; aerul, în apă sau în foc. Aristotel a studiat chiar viteza relativă de transformare reciprocă a elementelor: astfel, sub efectul căldurii, apa se transformă în aer mai rapid decât se transformă pîmântul în foc.

În sfârşit, fiecare element se subdivide în varietăţi: se disting de exemplu trei feluri de foc: flacăra care arde, lumina şi reziduurile incandescente ale flăcării. Structura ipotetică a materiei bazată pe această teorie determină o consecinţă importantă: proprietatea „termică” potenţială sau intrinsecă a tuturor substanţelor existente. Astfel, de exemplu, alcoolul, praful de puşcă şi piperul sunt substanţe calde, active în raport cu alte corpuri, în timp ce opiul şi zăpada sunt exemple de substanţe reci.

Deşi conceptul de temperatură nu a fost necesar pentru descrierea generală a proceselor naturale în cadrul teoriei lui Aristotel, termenul temperatură era frecvent folosit de medicii antici şi medievali. Această temperatură a lor era în strânsă legătură cu temperamentul (temperamentum, în latină) individual şi era dată de un anumit amestec al celor patru Calităţi, care era necesar pentru a menţine Forma ţesuturilor corpului uman într-o bună stare de sănătate – homeostasis.

Astfel, cei mai faimoşi medici ai antichităţii, Hipocrat (460 î.Cr. -370 î.Cr.) şi Galien (129 -216), ale căror teorii au dominat ştiinţa medicală europeană mai bine de un mileniu, au completat teoria elementelor cu aşa numita teorie a umorilor. Ei au reluat astfel o veche concepţie greacă, potrivit căreia corpul uman este reflectarea în miniatură a Universului. Fiziologia umană este comandată de forma organică a elementelor care sunt cele patru umori, fiecare dintre acestea fiind dominată de o pereche de calităţi: „bila galbenă” (colera, în latină) este caldă şi uscată precum focul, „bila neagră” (colera nigra) este rece şi uscată precum pământul, „flegma” (flegma sau phlegma) este rece şi umedă precum apa şi „sângele” (sanguis) este cald şi umed precum aerul.

Page 7: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

11

La fel cum Universul nu este sănătos atunci când elementele sunt în dezechilibru, tot aşa corpul uman se îmbolnăveşte atunci când există un exces al uneia sau alteia dintre umori. Sănătatea şi boala depind deci de echilibrul umorilor şi de calitatea lor. La omul sănătos, predominanţa uneia dintre umori se numeşte constituţie fizică şi determină temperamentul. Fiecărei umori predominante îi corespunde un anumit temperament: coleric pentru bila galbenă, sanguin pentru sânge, flegmatic pentru flegmă şi melancolic pentru bila neagră.

Galenus

Dacă dezechilibrul se agravează, acesta antrenează bolile (calde, reci, uscate sau umede), care se vindecă prin administrarea unui remediu care restabileşte echilibrul umorilor: o boală rece şi umedă, de exemplu, necesită un remediu cald şi uscat

Galien a mai găsit de cuviinţă să introducă ceea ce el a numit patru grade (gradus, în latină) de cald şi patru grade de rece. Aceste grade nu erau însă aplicate obiectelor în sensul pe care îl atribuim noi astăzi apei calde sau reci de exemplu, ci mai degrabă remediilor medicale ce aveau ca efect să facă pacientul cald sau rece. Pentru a uşura prescrierea medicamentelor, Galien a inventat şi o temperatură neutră, căreia i-a asociat notaţia zero grade pe scara sa şi care corespundea la ceea ce s-ar putea numi starea termică normală a unui individ. El credea că această temperatură neutră variază cu latitudinea geografică, fiind, de exemplu, cu 2 grade mai ridicată la latitudinea de 25º şi cu două grade mai scăzută la latitudinea de 65º, decât la latitudinea de 45º. Aceste diferenţieri erau importante, deoarece permiteau să se stabilească tipul de medicament necesar pentru a produce caldul sau recele potrivit pentru un pacient dintr-o anumită zonă geografică.

De fapt medicii antici, dar şi medicii din Evul Mediu care au continuat să folosească teoriile lor, nu ştiau cum să determine acest parametru evident crucial - temperatura. Până la începutul secolului al şaptesprezecelea nu s-a dezvoltat nici o metodă prin care să se poată atribui valori experimentale gradelor de cald şi de rece, nu s-a inventat nici un instrument pe care să-l putem numi termometru.

Probabil prima încercare de a defini starea corpului uman prin măsurări fizice obiective a provenit de la un grup de savanţi italieni care lucrau împreună în jurul anului 1600. Medicul Sanctorius (Santorio) (1561-1636), care făcea parte din acest grup, a publicat în anul 1612, în lucrarea sa „Comentarii despre Galien”, prima descriere care se cunoaşte a unui instrument conceput pentru măsurarea temperaturii. Sanctorius a încercat să măsoare o caracteristică instantanee a temperamentului, adică temperatura, folosind o formă modificată a unui dispozitiv foarte vechi numit termoscop, care fusese deja descris de Philo din Bizanţ (secolul al III-lea î. Cr.) şi de Hero din Alexandria (sec. I d.Cr.).

O variantă ulterioară a acestui instrument este termoscopul florentin. Acesta se compune dintr-un bulb voluminos ataşat ermetic unui tub lung şi subţire din sticlă, al cărui capăt deschis este imersat într-un vas umplut cu apă sau alcool.

Page 8: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

12

Termoscop florentin

Când bulbul este încălzit cu mâna, dilatarea aerului din interior provoacă apariţia unor bule pe suprafaţa lichidului din vas. Când mâna se îndepărtează şi bulbul se răceşte, lichidul se deplasează în sus, în interiorul tubului. În continuare, instrumentul lucrează ca un dilatometru cu gaz, fiind sensibil la variaţiile temperaturii (dar, din nefericire, şi la variaţiile presiunii exterioare!).

Adăugarea unei scări uniforme - făcută din picături de sticlă – pe tubul termoscopului i-a permis lui Sanctorius să aprecieze gradul de temperatură al pacientului şi apoi să stabilească tratamentul medical adecvat.

Termoscopul era un instrument foarte cunoscut în rândul oamenilor educaţi din secolul al şaptesprezecelea, astfel încât a desemna un singur inventator „adevărat” al termometrului, dintre persoane precum Galilei, Segredo, Fludd, Bacon, Boyle şi alţii, este practic imposibil.

Termometrul

lui Goethe

Printre aceşti inventatori a fost şi Goethe care, un secol mai târziu (1732), a popularizat în Germania un dispozitiv primitiv pentru prognozarea vremii, compus dintr-un vas din sticlă închis etanş, umplut pe jumătate cu vin şi prevăzut cu un tub ciudat. Dispozitivul, a cărui construcţie se bazează pe conceptul scăderea presiunii atmosferice prognozează furtună, este cunoscut sub numele de termometrul lui Goethe.

Dar, indiferent dacă inventatorul termometrului a fost Galileo Galilei – aşa cum îl creditează mulţi istorici ai ştiinţei - sau nu, prima utilizare a cuvântului termometru se găseşte în tratatul francez „La Récréation Mathématique” de J. Leurechon, în 1624, unde a apărut ca thermomètre.

Următorul progres major l-a reprezentat utilizarea unui lichid în locul aerului şi a fost înfăptuit în anul 1632 de către un medic francez, Jean Rey. El a folosit apa ca substanţă termometrică dar, fiindcă nu a etanşat tubul termometrului, evaporarea trebuie să fi produs erori considerabile.

În a doua jumătate a secolului al şaptesprezecelea erau în uz forme avansate de termometre pentru scopuri medicale şi meteorologice, în special cele construite de membrii ai Accademia del Cimento din Florenţa. Aceştia au înlocuit apa cu alcool colorat în jurul anului 1650 şi au închis ermetic tubul. Termometrele lor erau gradate prin diviziuni marcate prin minuscule picături din sticlă ataşate pe tub şi, pentru a asigura suficientă lungime termometrelor care aveau un număr mare de diviziuni (până la 300), acestea erau adesea construite în formă de spirală.

Fabricarea

termometrului

Faima acestor noi termometre cu alcool s-a răspândit rapid în Europa pentru că, în mod evident, ele erau superioare a tot ceea ce existase până atunci. Arta suflării sticlei era la acea vreme foarte avansată în nordul Italiei şi măiestria

Page 9: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

13

sticlarilor florentini a permis membrilor Accademia del Cimento să dea curs imaginaţiei lor în producerea de termometre cu tije spiralate, extraordinar de lungi.

Ele erau suficient de sensibile şi, datorită dibăciei artizanului care le fabrica şi al cărui nume a fost uitat, erau de o uniformitate uimitoare. În anul 1657, academicienii au experimentat termometre din sticlă cu mercur dar, în cele din urmă, au concluzionat că acestea sunt mai puţin comod de folosit decât cele cu alcool.

Termometria începe să devină modernă la începutul secolului al optsprezecelea prin lucrările lui Fahrenheit şi Amontons, care au realizat progrese importante, însă în direcţii diferite. Fiecare a pus bazele unei ramuri a termometriei.

Termometru

florentin (1650)

Dan Gabriel Fahrenheit (1686-1736) pare să fi fost prima persoană care a învăţat cum să construiască termometre din sticlă cu mercur stabile. În plus, în perioada 1708 - 1724, el a pus la punct o metodă de realizare a unei scări, constând din stabilirea unor puncte fixe şi împărţirea intervalului dintre ele într-un număr convenabil de grade. Între anii 1724 şi 1726, Fahrenheit a publicat numeroase articole în care a descris termometrul său cu mercur şi cele trei puncte fixe pe care le–a folosit pentru calibrare: (1) un amestec de gheaţă, apă pură şi clorură de amoniu (pe care l-a considerat punctul zero al scării); (2) un amestec de gheaţă şi apă pură; (3) temperatura corpului uman (caldul

D. G. Fahrenheit

sângelui). El a împărţit intervalele dintre punctele fixe în mod egal, în grade. În al doilea articol din 1724, Fahrenheit precizează valorile celor trei puncte fixe pe scara sa: 0º, 32º şi, respectiv, 96º.

Herbert Dingle pretinde că Fahrenheit ar fi povestit într-o scrisoare adresată lui Hermann Boerhave în anul 1729 că a preluat ideea punctelor fixe dintr-o conversaţie avută cu astronomul danez Ole Rømer. Acesta i-ar fi vorbit despre un proiect pentru constituirea unei scări de temperatură cu două puncte fixe, temperatura de topire a gheţii şi „caldul sângelui”. Termometrul era imersat succesiv într-un amestec de gheaţă şi apă şi, respectiv, în apă la temperatura corpului uman şi nivelurile corespunzătoare ale coloanei de lichid erau marcate pe scara termometrului. Rømer a ales în mod arbitrar un zero situat sub punctul gheţii, la o distanţă egală cu jumătate din lungimea cuprinsă între cele două repere marcate. El a împărţit apoi, tot arbitrar, intervalul dintre acest zero şi nivelul corespunzător temperaturii corpului uman în 22,5 de grade, ceea ce făcea ca temperatura de topire a gheţii să devină 7,5º. Fahrenheit a hotărât să urmeze acelaşi principiu, numai că el a împărţit intervalul de temperatură dintre cele două puncte fixe în 64 de grade şi a atribuit valoarea de 32º punctului gheţii, ceea ce a condus la valoarea de 96º pentru „caldul sângelui”. Extinzând scara rezultată, Fahrenheit a constatat că temperatura de fierbere a apei de ploaie era de

Page 10: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

14

aproximativ 212º. El a studiat variaţia acestei temperaturi cu presiunea atmosferică. Mai târziu, valoarea de 212º a fost adoptată ca valoarea exactă a temperaturii Fahrenheit de fierbere a apei la presiunea atmosferică normală şi reprezintă al doilea punct fix al scării sale alături de punctul de topire al gheţii (32º). Utilizând această scară, care este şi astăzi în uz, Fahrenheit a făcut măsurări ale punctelor de fierbere ale lichidelor la temperaturi de până la 600º.

Cam în aceeaşi perioadă, savantul francez Guillaume Amontons (1663-1705) a creat în mod independent o metodă pentru constituirea unei scări termometrice. El a făcut însă experimente cu un termometru cu gaz la volum constant, folosind aer ca mediu termometric. Amontons a studiat relaţia dintre temperatura şi presiunea în gaze şi a constatat că mici variaţii ale temperaturii produc variaţii corespunzătoare ale presiunii. El a concluzionat că temperatura unui gaz este proporţională cu presiunea sa şi că, în consecinţă, ar fi nevoie de un singur punct fix pentru a defini o scară. În pofida lucrărilor anterioare ale lui Boyle şi Mariotte, această propunere nu a fost adoptată de contemporani, cel mai probabil pentru motivul foarte întemeiat că termometrul cu gaz era un instrument dificil de folosit. La vremea respectivă nu s-a înţeles că o scară astfel stabilită are o semnificaţie fizică mult mai importantă decât scara lui Fahrenheit.

Rezultatele lucrărilor sale îl determină pe Amontons să presupună că cea mai joasă temperatură existentă ar corespunde unei presiuni zero a gazului din termometru. El a numit acest punct (situat la aproximativ 270 de grade sub punctul de solidificare al apei) „zero absolut” sau „frigul extrem” (l’extrême froid) şi a propus folosirea lui ca punct fix natural. Era, fără îndoială, primul pas pe calea înţelegerii conceptului de zero absolut al temperaturii, un concept extins şi raţionalizat mai târziu de William Thomson, lord Kelvin.

Lui Amontons îi datorăm şi o altă idee valoroasă şi anume, folosirea termometrelor cu gaz (mijloace de măsurare nu tocmai comode, dar foarte exacte) pentru etalonarea termometrelor cu lichid (mijloace de măsurare mult mai practice).

R. A. F. de Réaumur

Anders Celsius

La mijlocul secolului al XVIII-lea exista un consens general în jurul

folosirii fenomenelor de fierbere şi de solidificare ale apei ca puncte fixe preferate pentru termometrie, în special datorită lucrărilor lui Réaumur şi Celsius.

Page 11: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

15

În anul 1731, René Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) a creat o scară de temperatură în care reperul zero reprezenta punctul de solidificare al apei iar reperul 80 - punctul de fierbere al apei. Scara de temperatură Réaumur a devenit populară în Franţa, dar a fost ulterior înlocuită cu scara centigrad.

Astronomul şi fizicianul suedez Anders Celsius (1701-1744) a realizat în anul 1742 un termometru cu mercur în care intervalul dintre reperele marcate pentru punctul gheţii şi, respectiv, pentru punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică normală era împărţit în 100 de părţi egale, cu reperul corespunzător punctului gheţii marcat cu 100º şi cel corespunzător punctului de fierbere a apei marcat cu 0º. Este de presupus că această alegere a valorilor pentru cele două puncte fixe a fost dictată de dorinţa lui Celsius de a nu avea temperaturi negative sub punctul de topire al gheţii. Se pare, însă, că nu era deranjat de valorile negative ale temperaturilor peste punctul de fierbere al apei !

Anders Celsius este recunoscut ca primul om de ştiinţă care a efectuat experimente laborioase în scopul de a defini o scară internaţională de temperatură pe baze ştiinţifice. În articolele sale sunt raportate rezultate experimentale obţinute în cadrul unor studii privind dependenţa punctului de solidificare al apei de latitudine. El a determinat, de asemenea, dependenţa punctului de fierbere al apei de presiunea atmosferică (în acord excelent cu datele moderne).

În 1850, un prieten şi colaborator ştiinţific al lui Celsius, Märten Strömer, a inversat cele două puncte fixe introduse de Celsius şi a definit punctul gheţii şi punctul de fierbere al apei ca fiind 0º şi, respectiv, 100º. A rezultat, astfel, scara Celsius sau scara centigrad, denumită aşa datorită diferenţei de 100 de unităţi între cele două puncte fixe.

Page 12: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

16

1. NO}IUNI FUNDAMENTALE DE TERMODINAMIC| 1.1. PROPRIET|}ILE TERMODINAMICE ALE CORPURILOR 1.1.1. Generalit\]i; parametri de stare; transform\ri termodinamice [2, 3, 14, 32, 41, 47]

Conform DEX, termodinamica este o parte a fizicii al cărei obiect de

studiu îl constituie stările de echilibru ale sistemelor fizice şi proprietăţile generale ale proceselor care conduc spre astfel de stări, procese în care pot interveni şi fenomene termice.

Principalele metode în studiul termodinamicii sunt: metoda fenomenologic\ [i cea statistic\ [2, 3, 41].

Metoda fenomenologic\ (macroscopic\) studiaz\ propriet\]ile generale, de ansamblu ale sistemelor fizice formate dintr-un num\r finit de corpuri, pornind de la analiza proceselor macroscopice din natur\, utilizând cele trei principii fundamentale ale termodinamicii precum [i rezultatele cercet\rilor experimentale, f\r\ îns\ a explica mecanismul proceselor moleculare care determin\ fenomenul.

Metoda statistic\ (microscopic\) ia în considerare structura molecular\ a corpurilor, care se consider\ ca fiind formate dintr-un num\r foarte mare de particule elementare, caracterizate printr-o mobilitate continu\ [i aflate în interac]iune reciproc\.

Legile fundamentale care stau la baza termodinamicii sunt: • principiul zero al termodinamicii, care stabile[te condi]iile de echilibru

termic dintre mai multe sisteme care interac]ioneaz\; • principiul I al termodinamicii, care exprim\ în esen]\ echivalen]a

formelor de energie [i conservarea acesteia; • principiul al II-lea al termodinamicii, care precizeaz\ sensul spontan de

transformare a energiei [i entropiei sistemelor; • principiul al III-lea al termodinamicii, ce enun]\ imposibilitatea atingerii

punctului de zero absolut (anularea entropiei la temperatura de zero absolut). Sistemele termodinamice sunt sisteme macroscopice, compuse dintr-un

număr foarte mare de particule (molecule) în continuă mişcare, care interacţionează permanent între ele. Dimensiunile unui sistem sunt mult mai mari decât ale componentelor sale, astfel că în cadrul lor sunt valabile legile statistice. Pentru definirea unui sistem trebuie precizate limitele sale, care pot fi reale (pereţii unui vas în care se găseşte un gaz) sau imaginare (secţiuni printr-o conductă). Tot ce se află în afara acestor limite este considerat mediu înconjurător. Sistemele termodinamice izolate (`nchise) nu schimb\ cu mediul exterior nici c\ldur\ [i nici lucru mecanic, sistemele termodinamice rigide schimb\ doar c\ldur\ cu mediul `nconjur\tor, iar sistemele adiabate schimb\ doar lucru mecanic cu mediul ambiant. Sistemele care schimb\ atât c\ldur\ cât [i

Page 13: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

17

lucru mecanic se numesc sisteme deschise. Starea termodinamic\ este ansamblul tuturor propriet\]ilor macroscopice

instantanee ale corpului. Fiecare proprietate este caracterizat\ de c\tre o m\rime numit\ parametru de stare. Parametrii de stare pot fi:

• intensivi, care nu depind de dimensiunile sistemului - temperatura (T), presiunea (p);

• extensivi, care depind de dimensiunile sistemului - volumul (V). Parametrii de stare fundamentali `n termodinamic\ sunt presiunea,

volumul [i temperatura. Starea de echilibru termodinamic se stabile[te atunci când sistemul,

aflându-se în condi]ii exterioare invariabile, parametrii s\i de stare se men]in constan]i în timp.

Transformarea termodinamic\ de stare reprezint\ trecerea unui corp (sistem) dintr-o stare de echilibru în alta, atunci când se modific\ condi]iile exterioare acestuia, provocându-se astfel un schimb de energie. Cu alte cuvinte, transformarea de stare este un proces de trecere de la o stare de echilibru la alta prin parcurgerea unei succesiuni ordonate de st\ri, caracterizate prin valori precise ale m\rimilor de stare. Transform\rile se numesc cvasistatice, dac\ parametrii de stare variaz\ în timp atât de lent încât, la orice moment, sistemul s\ poat\ fi considerat în echilibru. În fig. 1.1, între starea ini]ial\ (1) [i final\ (2) sistemul trece printr-o infinitate de st\ri de echilibru. Teoretic, procesul cvasistatic 1-2 dureaz\ un timp infinit, pentru a-[i p\stra st\rile intermediare în echilibru termodinamic.

Fig. 1.1 – Transformare

cvasistatic\

Procesele naturale nu sunt procese cvasistatice, dar no]iunea este o abstrac]ie [tiin]ific\, util\ pentru în]elegerea esen]ei fenomenelor reale. Transform\rile în urma c\rora sistemul termodinamic trece dintr-o stare ini]ial\ de echilibru într-o stare final\ de echilibru, f\r\ a trece succesiv prin st\ri intermediare de echilibru se numesc transform\ri necvasistatice [i nu pot fi reprezentate grafic.

Transformarea se nume[te ciclic\ sau `nchis\ dac\ starea final\ a sistemului termodinamic coincide cu starea sa ini]ial\, dup\ parcurgerea altor st\ri intermediare diferite (fig. 1.2); `n caz contrar, transformarea se nume[te deschis\.

Fig. 1.2 – Transform\ri ciclice

Transformarea reversibil\ este o transformare în care, în urma schimb\rii semnului de varia]ie al parametrilor de stare, sistemul evolueaz\ de la

Page 14: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

18

starea final\ la starea ini]ial\, trecând prin acelea[i st\ri intermediare de echilibru prin care a trecut în transformarea primar\ de la starea ini]ial\ la starea final\.

Orice transformare care nu este reversibil\ este ireversibil\. Transform\rile necvasistatice sunt transform\ri ireversibile; toate

transform\rile din natur\ sunt ireversibile, adic\ se desf\[oar\ într-un anumit sens [i nu se pot reîntoarce de la sine (în sens opus) f\r\ consum energetic din exterior. ~n func]ie de num\rul de parametri de stare ce se modific\, transform\rile pot fi:

• simple – un parametru fundamental de stare se men]ine constant; • complexe – to]i parametrii de stare fundamentali sufer\ modific\ri.

1.1.2. Lucrul mecanic [i c\ldura [14] Lucrul mecanic [i c\ldura sunt forme prin care are loc schimbul de energie, fiind parametri de proces, având sens doar `n leg\tur\ cu desf\[urarea unui proces de schimb de energie; nu se poate vorbi de lucrul mecanic sau cantitatea de c\ldur\ ale unui corp `ntr-o anumit\ stare de echilibru termodinamic. Ca urmare, nici lucrul mecanic [i nici c\ldura nu sunt parametri de stare. Prin conven]ie, c\ldura primit\ de c\tre corp are semn pozitiv, iar c\ldura cedat\ este negativ\; lucrul mecanic produs este pozitiv, iar lucrul mecanic consumat este negativ. 1.1.2.1. Lucrul mecanic corespunz\tor varia]iei de volum Este lucrul mecanic efectuat sau consumat de c\tre corpurile `n stare gazoas\ sub ac]iunea unor for]e de presiune. S\ consider\m un cilindru, `nchis de un piston mobil (fig. 1.3a), `n interiorul c\ruia se g\se[te gaz. ~ntr-un interval de timp infinit mic deplas\m pistonul pe distan]a dx; lucrul mecanic elementar corespunz\tor deplas\rii pistonului va fi:

dxFdL ⋅= , `n care F este for]a ce ac]ioneaz\ asupra pistonului.

a)

b)

Fig. 1.3 – Determinarea lucrului mecanic corespunz\tor varia]iei de volum

Varia]ia de volum a gazului va fi: dxAdV ⋅= ,

Page 15: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

19

unde A este aria pistonului. Din cele dou\ rela]ii rezut\:

dVpA

dVFdL ⋅=⋅= ,

rela]ie care reprezint\ lucrul mecanic elementar corespunz\tor varia]iei de volum. Reprezentând procesul `n diagrama presiune – volum (p – V, fig. 1.3b), lucrul mecanic corespunz\tor varia]iei de volum la trecerea din starea (1) `n starea (2) va fi:

∫ ⋅=2

112 dVpL

[i este propor]ional cu aria suprafe]ei (a-1-2-b), delimitată de curba ce reprezint\ procesul [i de axa orizontal\ a sistemului de coordonate. Folosind m\rimile specifice (l = L/m, v = V/m, `n care m este masa gazului), lucrul mecanic corespunz\tor varia]iei de volum va fi:

∫ ⋅=2

112 dvpl .

Pentru calculul lucrului mecanic corespunz\tor varia]iei de volum este necesar s\ se cunoasc\ legea de varia]ie a presiunii.

1.1.2.2. Lucrul mecanic de deplasare (dislocare) Reprezint\ lucrul mecanic necesar deplas\rii unui volum de fluid printr-o conduct\, dintr-o pozi]ie dat\ pân\ `n pozi]ia imediat urm\toare, `n condi]ii de presiune constant\. Consider\m o conduct\ prin care circul\ un gaz (fig. 1.4); sec]iunile (I) [i (II) delimiteaz\ o por]iune ce con]ine o anumit\ cantitate de fluid, care se deplaseaz\ pe distan]a (x), astfel `ncât (I) ajunge `n (II) [i (II) ajunge `n (III). Lucrul mecanic pentru deplasarea gazului va fi:

AVFxFLd ⋅=⋅= ,

unde V este volumul de gaz, iar A este aria sec]iunii conductei.

Fig. 1.4 – Calculul lucrului mecanic de deplasare

}inând cont c\ p = F/A, rezult\ lucrul mecanic de deplasare: VpLd ⋅= sau vpld ⋅= .

Diferen]iind rela]ia lucrului mecanic de deplasare ob]inem: dpVdLdpVdVpdLd ⋅+=⋅+⋅=

Lucrul mecanic de deplasare este cedat fiec\rui volum de fluid de c\tre fluidul din conduct\ aflat `n spatele s\u, ce ac]ioneaz\ ca un piston; volumul

Page 16: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

20

considerat de fluid consum\ acest lucru mecanic pentru deplasarea fluidului din fa]a sa. ~n cazul intr\rii fluidului `ntr-un rezervor (sau ma[in\) la presiune constant\, lucrul mecanic de deplasare se adaug\ la energia fluidului din rezervor. 1.1.2.3. Lucrul mecanic tehnic Lucrul mecanic tehnic (denumit [i lucru mecanic util exterior) este lucrul mecanic produs de c\tre o ma[in\ termic\; ma[ina termic\ transform\ c\ldura fluidului de lucru `n lucru mecanic. 1.1.2.4. C\ldura C\ldura reprezint\ o form\ de transfer de energie `ntre corpuri cu st\ri termice diferite. ~n general, schimbul de energie sub form\ de c\ldur\ este `nso]it de modificarea temperaturii corpurilor (c\ldur\ sensibil\); c\ldura latent\ duce la schimbarea st\rii de agregare a corpurilor. Cantitatea de c\ldur\ sensibil\ schimbat\ de un corp cu mediul exterior `ntr-o transformare `n care temperatura acestuia sufer\ o varia]ie infinit mic\ este dat\ de rela]ia:

dTcmdQ ⋅⋅= ,

`n care m este masa corpului [kg], c este c\ldura specific\ [J/kg⋅K], iar dT este varia]ia de temperatur\ [K]. Cantitatea de c\ldur\ schimbat\ `ntr-un proces termodinamic va fi:

[ ]∫ ⋅⋅=2

112 JdTcmQ ,

sau

∫ ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅=

2

112 kg

JdTcq .

Cantitatea de c\ldur\ primit\ este pozitiv\ deoarece conduce la cre[terea temperaturii corpului (dt>0), iar cantitatea de c\ldur\ cedat\ este negativ\, ducând la sc\derea temperaturii corpului. C\ldura specific\ a unui fluid reprezint\ cantitatea de c\ldur\ necesar\ cre[terii cu un grad a temperaturii unui kilogram de substan]\ sau a unui kilomol*. Valoarea c\ldurii specifice a gazelor depinde de modul `n care se desf\[oar\ procesul de `nc\lzire sau r\cire; astfel c\ldura specific\ este mai mare pentru procesele ce au loc la presiune constant\ decât pentru procesele ce au loc la volum constant (cp > cv). Raportul celor dou\ c\lduri specifice se nume[te exponent adiabatic k:

v

p

cc

k = .

Pentru gaze, c\ldura specific\ variaz\ cu temperatura (fig. 1.5); `n mod obi[nuit se utilizeaz\ rela]ii polinomiale pentru a exprima dependen]a de

* kilomolul (kmol) reprezint\ cantitatea de substan]\ a c\rei mas\, exprimat\ `n kilograme, este numeric egal\ cu masa atomic\ relativ\.

Page 17: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

21

temperatur\ a c\ldurii specifice:

K+⋅+⋅+= 2tdtbac , unde t este temperatura, iar a, b, d sunt coeficien]i care depind de natura gazului [i de intervalul de temperatur\ pentru care se dezvolt\ calculele.

Fig. 1.5 – Varia]ia `n func]ie de temperatur\ a c\ldurii specifice molare la presiune constant\ 1-oxigen; 2-azot; 3-azot atmosferic; 4-aer; 5-hidrogen; 6-oxid de carbon; 7-oxid de azot; 8-gaz OH.

1.2. GAZE PERFECTE; LEGILE GAZELOR PERFECTE [1]

1.2.1. Defini]ia gazului perfect

Gazul perfect este o substan]\ ipotetic\, constituit\ din molecule de form\ sferic\, perfect elastice, de volum neglijabil, lipsite de coeziune, aflate la mare distan]\ între ele [i care interac]ioneaz\ numai prin ciocniri [i transmiteri de impulsuri. În mi[carea lor dezordonat\ moleculele au o mi[care rectilinie [i uniform\, pân\ la ciocnirea cu alte molecule, iar c\ldurile specifice sunt considerate constante, independente de presiune [i temperatur\. Gazul perfect nu are vâscozitate, î[i p\streaz\ propriet\]ile indiferent de varia]iile de presiune [i temperatur\, iar în vecin\tatea temperaturii de zero absolut nu se lichefiaz\, volumul s\u tinzând spre zero.

Gazele reale prezint\ abateri fa]\ de comportarea gazului perfect în special datorit\ coeficientului de compresibilitate, dar vaporii [i aerul la presiuni foarte mici [i temperaturi foarte ridicate se apropie de gazul perfect. 1.2.2. Legile gazelor perfecte

Legea Boyle-Mariotte sau a transform\rii izoterme (T = ct.), arat\ c\ volumele ocupate de o aceea[i mas\ de gaz perfect sunt invers propor]ionale cu presiunile suportate de el, adic\:

.ctVp =⋅ ,

Page 18: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

22

sau

1

2

2

1

VV

pp

=

atunci când gazul evolueaz\ la temperatur\ constant\ `ntre starea (1) [i starea (2). În diagrama p-V, func]ia de temperatur\ este o hiperbol\ echilater\, iar

curbele mai dep\rtate de origine sunt carateristice temperaturilor mai ridicate (fig.1.6).

Fig. 1.6 – Transformarea izoterm\

Legea lui Gay Lussac sau a transform\rii izobare (p = ct), arat\ c\ la

presiune constant\ volumele aceleia[i cantit\]i de gaz perfect sunt direct propor]ionale cu temperaturile absolute ale gazului:

.ctTV

= ,

sau

2

2

1

1

TV

TV

= ,

atunci când gazul evolueaz\ la presiune constant\ `ntre st\rile (1) [i (2). Varia]ia de volum ∆V a gazului, între starea ini]ial\ V0, la temperatura

t0=00C [i starea final\ V la temperatura t este: ∆V = V −V0 = V0 ⋅α ⋅ t

unde α este coeficientul de dilatare izobar\ (α =1/273,15=0.0036610C-1). În diagrama p-V izobara este o dreapt\ paralel\ cu abscisa, iar în

diagrama V-T o dreapt\ care porne[te din origine (fig.1.7.). Legea lui Charles sau a transform\rii izocore (V = ct.) arat\ c\ pentru un

gaz perfect, la volum constant presiunile între dou\ st\ri sunt propor]ionale cu temperaturile absolute:

.ctTp

= ,

sau 2

2

1

1

Tp

Tp

= ,

atunci când gazul evolueaz\ la volum constant `ntre st\rile (1) [i (2). Varia]ia de presiune `ntre starea final\ [i cea ini]ial\ este dat\ de rela]ia:

∆p = p − p0 = p0 ⋅β⋅ t,

Page 19: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

23

unde β este coeficientul de compresibilitate izocor\ (β=α=0.003661°C-1).

Fig. 1.7 – Transformarea izobar\

Fig. 1.8 – Transformarea izocor\

~n diagrama p-V procesul izocor este o dreapt\ paralel\ cu ordonata, iar în

diagrama V-T o dreapt\ care pleac\ din origine [i are panta p0⋅ β (fig.1.8). Legea general\ a gazului perfect sau ecua]ia de stare Clapeyron-

Mendeleev se ob]ine prin îmbinarea legilor anterioare, fiind exprimat\ sub forma general\ f(v, p, T) = ct. Pentru un kilogram de substan]\, se poate demonstra c\ legea general\ a gazului perfect este:

RctT

vp==

⋅ . ,

`n care v este volumul specific, iar R este o constant\ specific\ fiec\rui gaz. Ecua]ia de stare se mai poate scrie sub forma:

TRvp ⋅=⋅ sau

TRp⋅=

ρ,

unde ρ este densitatea gazului. Pentru m kg de gaz, ecua]ia termic\ de stare devine:

TRmVp ⋅⋅=⋅ , iar pentru 1 kmol, având masa molar\ M kg ob]inem:

TRMvpM ⋅⋅=⋅⋅ . Notând:

Page 20: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

24

• MvvM =⋅ - volumul molar (vM=22,414 m3/kmol*, la 760 mm Hg şi 0oC),

• MRRM =⋅ - constanta universal\ a gazelor perfecte (RM = 8314,472 J/kmol∙K),

ob]inem: TRvp MM ⋅=⋅ .

}inând cont c\ unei mase m de gaz `i corespund µ kmoli (Mm

=µ ),

ecua]ia de stare se poate scrie sub forma:

TRTRMmVp MM ⋅⋅=⋅⋅=⋅ µ .

Legea lui Avogadro arat\ c\ volume egale din gaze diferite, aflate `n acelea[i condi]ii de temperatur\ [i presiune, con]in acela[i num\r de molecule:

NA = 6,023⋅1026 molecule/kmol. Legea lui Dalton se aplic\ amestecurilor de gaze perfecte [i arat\ c\ presiunea total\ a amestecului este egal\ cu suma presiunilor par]iale ale componentelor; prin presiune par]ial\ a unui component se `n]elege presiunea pe care ar avea-o componentul respectiv dac\ ar ocupa singur `ntregul volum disponibil. 1.3. PRIMUL PRINCIPIU AL TERMODINAMICII [2, 14, 41] 1.3.1. Principiul echivalen]ei Primul principiu al termodinamicii reprezint\ aplicarea legii generale a conserv\rii energiei pentru procesele termice. Ca dat\ a stabilirii primului principiu al termodinamicii se consider\ anul 1842, când Robert Mayer a enun]at echivalen]a c\ldurii [i a lucrului mecanic. ~n 1843 James Joule confirm\ experimental rezultatele lui Robert Mayer, utilizând aparatul din fig. 1.9; lucrul mecanic produs de c\derea greut\]ii (1) pe distan]a (h) este transformat `n c\ldur\ prin frecare de c\tre agitatorul cu palete (4), care se rote[te `n interiorul vasului calorimetric (3), `n care se g\se[te ap\. Experien]a a ar\tat c\ pentru un lucru mecanic de 1 kgf⋅m se ob]ine o cantitate de c\ldur\ de 1/424,9 kcal (altfel zis, 1 kcal este echivalent\ cu 424,9 kgf⋅m).

Fig. 1.9 – Determinarea echivalentului caloric al lucrului mecanic 1-greutate; 2-termometru; 3-vas calorimetric; 4-agitator.

* 1 kmol →M [kg] → vM [m3]

Page 21: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

25

Dac\ atât c\ldura cât [i lucrul mecanic se exprim\ `n Joule, experien]a arat\ c\ un lucru mecanic de 1J este echivalent cu o cantitate de c\ldur\ de 1J. Aceast\ formulare a primului principiu este cunoscut\ sub denumirea de principiul echivalen]ei, fiind exprimat\ matematic de rela]ia (scris\ pentru unit\]ile de m\sur\ din S.I.):

Q = L sau Q-L=0. ~n aceast\ form\, primul principiu poate fi enun]at astfel: c\ldura poate fi produs\ din lucru mecanic [i se poate transforma `n lucru mecanic, totdeauna `n acela[i raport de echivalen]\. Aceast\ form\ a primului principiu al termodinamicii este valabil\ pentru transform\ri `nchise (ciclice), `n care sistemul revine la starea ini]ial\ (prin cedare de c\ldur\ c\tre mediul `nconjutor, apa revine la temperatura ini]ial\). 1.3.2. Primul principiu al termodinamicii pentru transform\ri deschise Fie un sistem ce evolueaz\ de la starea (1) la starea (2) – fig. 1.10 – fie pe calea (A), fie pe calea (B); pentru a transforma procesul deschis (1) → (2) `ntr-unul ciclic, presupunem c\ sistemul revine la starea ini]ial\ pe calea (C).

Fig. 1.10 – Schem\ deducerea primului principiu pentru transform\ri deschise

Pentru cele dou\ transform\ri ciclice putem aplica principiul echivalen]ei dintre c\ldur\ [i lucru mecanic:

• pentru ciclul (1) → A→ (2) →C → 1: (Q1A2 + Q2C1) – (L1A2 + L2C1) = 0; • pentru ciclul (1) → B→ (2) →C → 1: (Q1B2 + Q2C1) – (L1B2 + L2C1) = 0.

Din cele dou\ rela]ii rezult\: Q1A2 – L1A2 = Q1B2 – L1B2 = L2C1 – Q2C1,

sau Q12 – L12 = ct. = ∆Etot,

unde ∆Etot reprezint\ varia]ia total\ de energie. Energia total\ poate fi scris\ sub forma:

Etot = U + Ec +Ep, `n care U este energia intern\ a fluidului, datorat\ mi[c\rii particulelor care `l compun, Ec este energia cinetic\, iar Ep este energia poten]ial\. Neglijând varia]ia de energie cinetic\ [i poten]ial\, rezult\:

Q12 – L12 = ∆U, sau

Q – L = ∆U. Se observ\ c\ dac\ transformarea este ciclic\ (starea final\ coincide cu cea ini]ial\), ∆U = 0 [i ob]inem Q – L = 0. Folosind m\rimile specifice, rezult\:

q – l = ∆u, iar pentru procese infinitezimale:

Page 22: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

26

dq = dl + du, sau

dq = p⋅dv + du, pentru procese reversibile. Energia intern\ U este un parametru de stare; prin conven]ie, la 00C [i 760 mm Hg energia intern\ se consider\ a fi nul\. Pentru un proces izocor dv = 0 [i rezult\:

dq = du, sau

q12 = ∆u, deci putem spune c\ energia intern\ reprezint\ energia schimbat\ sub form\ de c\ldur\ `ntr-un proces izocor.

1.3.3. Primul principiu al termodinamicii pentru sisteme deschise

Aceast\ form\ a primului principiu al termodinamicii se aplic\ sistemelor care schimb\ substan]\ cu mediul exterior.

S\ presupunem o ma[in\ termic\* prin care circul\ un fluid, acesta intrând `n ma[in\ prin sec]iunea (1, fig. 1.11) [i ie[ind prin sec]iunea (2). Ma[ina prime[te cantitatea de c\ldur\ q12 [i produce lucrul mecanic tehnic lt12.

Fig. 1.11 – Aplicarea primului principiu al termodinamicii pentru sisteme deschise

Din ecua]ia de conservare a energiei rezult\:

2

22

222121

21

11112 22hgcvpulhgcvpuq t ⋅++⋅++=⋅++⋅++ ,

`n care produsul p⋅v reprezint\ lucrul mecanic de deplasare, iar c1 [i c2 sunt vitezele fluidului `n sec]iunile respective.

Presupunem c1≈c2 [i h1≈h2[i ob]inem: ( )1112221212 vpuvpulq t ⋅+−⋅+=−

sau ilq t ∆=− 1212 ,

`n care u + p⋅v = i reprezint\ entalpia. Rela]ia se poate scrie [i sub forma:

1212 tliq +∆=

sau, pentru procese infinitezimale:

tdldidq += .

Din rela]ia de defini]ie a entalpiei i = u + p⋅v rezult\: * care transform\ c\ldura `n lucru mecanic.

Page 23: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

27

dpvdvpdudi ⋅+⋅+=

[i pentru c\ dq = p⋅dv + du ob]inem: dpvdidq ⋅−= .

Ca urmare lucrul mecanic tehnic va fi dat de rela]ia: dpvdlt ⋅−= .

Se observ\ c\ dac\ dp = 0 (proces izobar), rezult\ dq = di, deci entalpia este c\ldura schimbat\ `ntr-o transformare ce are loc la presiune constant\.

Etalpia este de asemenea un parametru de stare; prin conven]ie, la 00C [i 760 mm Hg entalpia se consider\ a fi nul\. 1.3.4. Energia intern\ [i entalpia gazelor perfecte

Pentru gaze perfecte, energia intern\ [i entalpia se determin\ cu rela]iile:

,,

dTcdidTcdu

p

v

⋅=⋅=

sau ,,

TciTcu

p

v

∆⋅=∆∆⋅=∆

unde cv este c\ldura specific\ la volum constant, iar cp este c\ldura specific\ la presiune constant\ (presupuse a fi constante). Am v\zut anterior c\:

dq = p⋅dv + du, dpvdidq ⋅−= ,

de unde ob]inem: dpvdvpdudi ⋅+⋅=− .

Din ecua]ia termic\ de stare a gazului perfect TRvp ⋅=⋅ rezult\:

dTRdpvdvp ⋅=⋅+⋅ [i ]inând cont c\:

,,

dTcdidTcdu

p

v

⋅=⋅=

ob]inem `n final: .Rcc vp =−

Cum cp/cv = k (exponent adiabatic), rezult\:

1−=

kRcv [i

1−⋅

=k

Rkc p .

1.4. PARAMETRII CARATERISTICI PENTRU TRANSFORM|RILE SIMPLE ALE GAZELOR PERFECTE [2, 14] 1.4.1. Transformarea izocor\ Transformarea izocor\ are loc la volum constant (fig. 1.12), fiind caracterizat\ de ecua]ia:

Page 24: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

28

2

2

1

1

Tp

Tp

= .

Fig. 1.12 – Transformarea izocor\

Lucrul mecanic corespunz\tor varia]iei de volum este dat de rela]ia:

dvpdl ⋅= . Transformarea fiind izocor\, volumul este constant, deci:

00 =⇒= dldv . Lucrul mecanic tehnic se calculeaz\ cu rela]ia general\:

dpvdlt ⋅−= ,

de unde rezult\:

( )∫∫ −⋅=⋅−=⋅−=2

1

2

1

2112

p

p

p

pt ppvdpvdpvl .

C\ldura schimbat\ rezult\ din ecua]ia primului principiu al termodinamicii:

dq = dl + du; cum dl=0 rezult\ dq = du sau:

( )12

2

112 TTcdTcqdTcdq vmvmv −⋅=⋅=⇒⋅= ∫

sau

( )1212 1TT

kRq −⋅−

= ,

unde cvm este c\ldura specific\ medie, la volum constant, presupus\ a fi independent\ de temperatur\. 1.4.2. Transformarea izobar\ Transformarea izobar\ are loc la presiune constant\ (fig. 1.13), fiind caracterizat\ de ecua]ia:

2

2

1

1

TV

TV

= .

Page 25: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

29

Fig. 1.13 – Transformarea izobar\

Lucrul mecanic corespunz\tor varia]iei de volum este:

( )∫ −⋅=⋅=⇒⋅=2

1

1212

v

v

vvpdvpldvpdl .

Lucrul mecanic tehnic rezult\ din rela]ia de defini]ie: dpvdlt ⋅−= .

Cum presiunea este constant\ (dp = 0), rezult\ lt12 = 0. C\ldura schimbat\ `ntr-un proces izobar se determin\ din primul

principiu al termodinamicii: dpvdidq ⋅−= ,

`n care dp = 0, ceea ce ne conduce la:

∫⋅=⇒⋅=⇒=2

112 dTcqdTcdqdidq pmp

de unde: ( )1212 TTcq pm −⋅=

sau

( )1212 1TT

kRkq −⋅

−⋅

= .

1.4.3. Transformarea izoterm\ Transformarea izoterm\ are loc la temperatur\ constant\, ecua]ia caracteristic\ fiind:

.ctVp =⋅

Fig. 1.14 – Transformarea izoterm\

Page 26: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

30

Lucrul mecanic corespunz\tor varia]iei de volum este:

∫ ⋅=⇒⋅=2

1

12

v

v

dvpldvpdl .

Din ecua]ia general\ a gazului ob]inem:

vTRpTRvp ⋅

=⇒⋅=⋅ ,

iar lucrul mecanic va fi:

2

1

1

21212 lnln

2

1pp

TRvv

TRlvdvTRl

v

v

⋅⋅=⋅⋅=⇒⋅⋅= ∫ .

Lucrul mecanic tehnic se determin\ pornind de la rela]ia: dpvdlt ⋅−= .

Din ecua]ia termic\ de stare a gazului rezult\:

pTRvTRvp ⋅

=⇒⋅=⋅

~nlocuind volumul specific ob]inem:

121

2

2

11212

2

1

lnln lvv

TRpp

TRlp

dpTRlp

ptt =⋅⋅=⋅⋅=⇒⋅⋅−= ∫ .

C\ldura schimbat\ `n procesul izoterm va fi: dq = dl + du.

Dar du = cp⋅dT, iar procesul fiind izoterm dT = 0; rezult\ deci dq = dl sau:

q12 = l12. 1.4.4. Transformarea adiabatic\

Transformarea adiabatic\ se caracterizeaz\ prin absen]a schimbului de c\ldur\ cu mediul `nconjur\tor (dq = 0).

Din ecua]ia primului principiu al termodinamicii dq = dl + du, pentru: dq = 0, du = cv⋅dT, dl = p⋅dv,

rezult\: 0=⋅+⋅ dvpdTcv

[i ]inând cont c\ TRvp ⋅=⋅ [i c\ cp/cv = k ob]inem urm\toarele rela]ii caracteristice ale transform\rii adiabatice:

.

.,.,

1

1

ctpT

ctvTctvp

kk

k

k

=⋅

=⋅

=⋅

Lucrul mecanic corespunz\tor varia]iei de volum rezult\ din rela]ia dq=dl + du, `n care dq=0, iar du = cv⋅ dT, ceea ce ne conduce la:

Page 27: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

31

( )2112 TTcl vm −⋅= ,

sau, pentru 1−

=k

Rcvm , rezult\:

( )2112 1TT

kRl −⋅−

= .

Lucrul mecanic tehnic rezult\ din ecua]ia primului principiu al termodinamicii sub forma tdldidq += , `n care dq=0 [i rezult\:

dTcdid plt ⋅−=−=

sau ( )2112 TTcl pmt −⋅= .

Cum 1−

⋅=

kRkc pm , rezult\ `n final:

( ) 122112 1lkTT

kRklt ⋅=−⋅

−⋅

= .

1.4.5. Transformarea politrop\ Este cea mai general\ transformare, fiind caracterizat\ prin rela]iile:

.,

.,.,

1

1

ctpT

ctvTctvp

nn

n

n

=⋅

=⋅

=⋅

`n care n este exponentul politropic. Valori particulare ale exponentului politropic permit ob]inerea rela]iilor caracteristice celorlalte transform\ri (fig. 1.15):

Fig. 1.15 – Reprezentarea curbelor

politropice `n diagrama p - V

• n = 0 – transformarea izobar\; • n = 1 – transformarea izoterm\; • n = k – transformarea adiabatic\; • n = ∞ – transformarea izocor\.

~n general, procesele politropice de comprimare sau destindere din ma[inile termice se desf\[oar\ astfel `ncât se `ncadreaz\ `ntre izoterm\ [i adiabat\, adic\:

1 < n < k. Rela]iile pentru lucrul mecanic

corespunz\tor varia]iei de volum [i lucrul mecanic tehnic se determin\ la fel ca `n cazul transform\rii adiabate, folo-

sindu-se `ns\ exponentul politropic n `n loc de exponentul adiabatic k:

Page 28: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

32

( )2112 1TT

nRl −⋅−

= ;

( ) 122112 1lnTT

nRnlt ⋅=−⋅

−⋅

= .

Pentru calculul c\ldurii schimbate `ntr-un proces politropic se porne[te de la rela]ia:

q12 = l12 + ∆u,

`n care ∆u = cvm⋅(T2-T1) [i ( )2112 1TT

nRl −⋅−

= ; `n final rezult\:

( ) ( )121212 1TT

nRTTcq vm −⋅−

−−⋅=

sau

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−⋅−=

11212 nRcTTq vm .

1.5. TRANSFORMAREA C|LDURII ~N LUCRU MECANIC CU AJUTORUL CICLURILOR; CICLUL CARNOT [2, 14, 41, 42] Transformarea continu\ a c\ldurii `n lucru mecanic sau invers este posibil\ doar dac\ fluidul de lucru revine la starea ini]ial\; `n acest caz fluidul sufer\ o transformare ciclic\. Ciclurile pot fi parcurse `n sens direct sau `n sens invers; `n cazul unui ciclu parcurs `n sens direct (fig. 1.16a), fluidul de lucru prime[te cantitatea de c\ldur\ (Q) [i cedeaz\ cantitatea de c\ldur\ (Q0), producând lucrul mecanic (L) – fig. 1.17a. Reprezentând procesele ciclului `n diagrama p – V se observ\ c\ acesta este parcurs `n sens orar (A→B→C→D→A) ; toate ciclurile parcurse `n sens orar produc lucru mecanic (sunt cicluri motoare). Suprafa]a `nchis\ de curbele ce reprezint\ procesele termice ce au loc `n cadrul ciclului este propor]ional\ cu lucrul mecanic produs pe ciclu. Se define[te randamentul termic al ciclului ca fiind raportul dintre c\ldura util\ (lucrul mecanic produs) [i cantitatea de c\ldur\ introdus\:

QQ

QQQ

QL

T00 1−=

−==η .

~n rela]ia de defini]ie a randamentului termic se introduce valoarea absolut\ a c\ldurii cedate deoarece, prin conven]ie, aceasta are semn negativ; cum

QQ <0 , randamentul termic este subunitar. Altfel zis, `n cadrul unui ciclu

parcurs `n mod direct se introduce o cantitate de c\ldur\ (Q), dar numai o parte

din ea ( 0QQ − ) este utilizat\ pentru producerea de lucru mecanic.

~n cazul ciclurilor inverse (fig. 1.16b), sensul de parcugere al ciclului este antiorar (A→D→C→B→A); `n cadrul procesului de func]ionare al ma[inii se absoarbe cantitatea de c\ldur\ (Q0), se consum\ lucrul mecanic (L) [i se cedeaz\

Page 29: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

33

mediului cantitatea de c\ldur\ (Q) – fig. 1.17b. Aceste cicluri se utilizeaz\ `n cazul instala]iilor frigorifice [i a pompelor de c\ldur\*.

a)

b)

Fig. 1.16 – Cicluri a-ciclu direct; b-ciclu invers.

Fig. 1.17 - Scheme de func]ionare ale instala]iilor termice

a-motor termic; b-ma[in\ frigorific\ sau pomp\ de c\ldur\.

Pentru evaluarea performan]elor ciclurilor inverse se utilizeaz\ eficien]a termic\, `ntâlnit\ [i sub denumirea de coeficient de performan]\ (COP). Eficien]a termic\ reprezint\ raportul dintre c\ldura util\ [i lucrul mecanic consumat. Pentru instala]iile frigorifice, eficien]a termic\ este dat\ de rela]ia:

LQ0=ε .

Lucrul mecanic se introduce `n valoarea absolut\ deoarece are semn negativ (fiind consumat). Pentru pompele de c\ldur\ eficien]a termic\ este:

* Pompele de c\ldur\ preiau c\ldura de la o surs\ cu temperatur\ relativ sc\zut\ [i o cedeaz\ unui consumator la o temperatur\ mai ridicat\, fiind destinate `nc\lzirii spa]iilor locuite.

Page 30: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

34

LQ

=ε .

Eficien]a termic\ are valori supraunitare. Problema transform\rii c\ldurii `n lucru mecanic a fost studiat\ sub form\ general\, pentru prima dat\, de c\tre Sadi Carnot (1824); acesta a analizat un ciclu format din dou\ transform\ri izoterme [i dou\ transform\ri adiabatice. Ciclul Carnot reprezint\ un ciclu de referin]\ `n aprecierea randamentului unei instala]ii termice reale ce func]ioneaz\ `ntre acelea[i limite de temperatur\. Func]ionarea instala]iei dup\ un ciclu Carnot ar asigura randament maxim acesteia, dar acest lucru nu este posibil `n realitate, transform\rile izoterme [i adiabatice fiind practic imposibil de realizat. ~n cazul ciclului Carnot direct (fig. 1.18a) au loc urm\toarele procese:

• 4→1 – comprimarea adiabat\ a fluidului de lucru, `nso]it\ de cre[terea temperaturii;

• 1→2 – fluidul de lucru prime[te cantitatea de c\ldur\ (Q), `ntr-un proces izoterm;

• 2→3 – destindere adiabat\ a fluidului, prin care temperatura acestuia scade;

• 3→4 – cedarea cantit\]ii de c\ldur\ (Q0), `n cadrul unei transform\ri izoterme. Notând cu T temperatura sursei calde (de la care se preia cantitatea de

c\ldur\ Q – vezi [i fig. 1.17a) [i cu T0 temperatura sursei reci (temperatura mediului c\tre care se cedeaz\ cantitatea de c\ldur\ Q0), se poate demonstra c\ randamentul termic al ciclului Carnot direct este dat de rela]ia:

TT

Tc01−=η .

a)

b)

Fig. 1.18 – Ciclul Carnot a-direct; b-invers.

~n cazul ciclului Carnot invers (fig. 1.18b), procesele ce au loc sunt:

• 1→2 – comprimarea adiabat\ a fluidului de lucru; • 2→3 – fluidul de lucru cedeaz\ cantitatea de c\ldur\ (Q), `ntr-un proces

Page 31: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

35

izoterm; • 3→4 – destinderea adiabat\ a fluidului, `nso]it\ de sc\derea temperaturii

acestuia; • 4→1 – preluarea de c\tre fluid a cantit\]ii de c\ldur\ (Q0), `n cadrul unei

transform\ri izoterme. Eficien]a frigorific\ al unei instala]ii frigorifice func]ionând dup\ ciclul

Carnot este:

0

0

TTT

fc −=ε ,

`n care T este temperatura sursei calde (c\tre care se cedeaz\ cantitatea de c\ldur\ Q – vezi [i fig. 1.17b), iar T0 este temperatura sursei reci (de la care se preia cantitatea de c\ldur\ Q0).

Eficien]a frigorific\ a unei pompe de c\ldur\ func]ionând dup\ ciclul Carnot este:

Tcpc

TTTT

ε 1

1

100

=−

=−

= .

1.6. AL DOILEA PRINCIPIU AL TERMODINAMICII [2, 14, 41, 47] 1.6.1. Necesitatea celui de al doilea principiu [i formularea sa

Primul principiu al termodinamicii, ca expresie a legii conserv\rii [i transform\rii energiei, arat\ numai posibilitatea transform\rii reciproce a diverselor forme de energie. De asemenea, primul principiu trateaz\ transform\rile reversibile (ex. de la A la B [i de la B la A) cu echivalen]\ de energie (dar cu semn schimbat), f\r\ a preciza [i a stabili dac\ aceast\ evolu]ie este posibil\ sau nu. Mai mult principiul I al termodinamicii trateaz\ în acela[i mod transformarea de energie mecanic\ în c\ldur\ [i invers, de[i între aceste dou\ transform\ri este o deosebire esen]ial\: energia mecanic\ se poate transforma integral în c\ldur\ prin frecare, f\r\ condi]ii speciale; energia caloric\ îns\, nu se poate transforma niciodat\ integral în lucru mecanic, reclamând [i anumite condi]ii de efectuare.

Toate aceste elemente au dus la formularea principiului al II-lea al termodinamicii, care stabile[te particularit\]ile de transformare a c\ldurii, cu caracter calitativ. El nu vizeaz\ cantit\]ile de energie din cadrul procesului, ci numai sensul transform\rilor [i explic\ principiul general al “naturii”, dup\ care transform\rile spontane de energie se realizeaz\ de la poten]ial mai ridicat spre poten]ial mai sc\zut (diferen]\ de poten]ial: termic, hidraulic, electric, etc.).

Principiul al doilea al termodinamicii are multiple formul\ri, pentru a putea acoperi cât mai bine multiplele aspecte calitative ale proceselor termice. O prim\ formulare este cea exprimat\ de Sadi Carnot care arat\ c\: Nu exist\ o ma[in\ termică ce s\ produc\ cicluri termodinamice f\r\ existen]a a dou\ surse de c\ldur\, de poten]iale termice diferite (surs\ cald\ [i surs\ rece).

Natura a dovedit trecerea de la sine a c\ldurii de la un corp mai cald spre

Page 32: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

36

un corp mai rece, fenomenul nefiind reversibil; trecerea c\ldurii `n sens invers impune un consum suplimentar de lucru mecanic. Aceast\ constatare i-a permis lui Clausius (1850) s\ s\ exprime al doilea principiu sub forma: C\ldura nu se transfer\ de la sine niciodat\ de la un corp mai rece la altul cu o temperatur\ mai ridicat\. Altfel spus este imposibil a realiza un proces ciclic prin care s\ se produc\ transformarea c\ldurii în lucru mecanic f\r\ existen]a a dou\ surse de temperaturi diferite, sau nu se poate realiza un proces motor cu un singur izvor de c\ldur\.

În concordan]\ cu cele de mai sus Lord Kelvin (W. Thomson 1851) a enun]at al doilea principiu sub forma: În natur\, transform\rile ciclice al c\ror efect const\ în producerea de lucru mecanic echivalent cu cantitatea de c\ldur\ preluat\ de la o singur\ surs\ sunt imposibile. O astfel de ma[in\ care ar produce lucru mecanic prin absorb]ie de c\ldur\ de la un singur izvor, producând numai r\cirea acestuia, constituie un perpetuum mobile de spe]a a II-a. Un astfel de perpetuum mobile ar fi o ma[in\ care ar transforma integral energia dezordonat\ a mediului ambiant într-o energie ordonat\, mediul ambiant jucând rolul unei surse de căldur\ infinit de mari. Aceast\ formulare arat\ c\ ideea de a utiliza imensele cantit\]i de c\ldur\ gratuite avute la dispozi]ie (solar\, acumulat\ în apa m\rilor, oceanelor etc.), f\r\ a exista o a doua surs\, este lipsit\ de sens.

O alt\ enun]are plecând de la observa]ii experimentale este: Transformarea lucrului mecanic în c\ldur\ prin frecare este ireversibil\, sau dup\ cum afirma Max Planck: Toate procesele naturale sunt ireversibile.

Toate aceste formul\ri duc la concluzia c\ lucrul mecanic, ca energie ordonat\, poate fi transformat integral în energie intern\ sau în alt\ form\ de energie, pe când energia intern\ se poate transforma numai par]ial în lucru mecanic sau alt\ form\ de energie, introducând astfel no]iunea de randament termic, definit ca raport dintre lucrul mecanic produs [i cantitatea de c\ldur\ consumat\ din exterior pentru producerea lui.

Având în vedere toate aceste elemente termodinamice apare no]iunea de pierderi energetice ireversibile pe care Clausius le-a cuantificat prin no]iunea de entropie. Dup\ cum am v\zut anterior, randamentul termic al unui ciclu Carnot este dat de rela]iile:

TT

QQ

Tc00 11 −=−=η ,

de unde, ]inând cont de conven]ia de semne pentru c\ldurile primite [i cedate, rezult\:

00

0 =+TQ

TQ

.

S\ presupunem un proces care se desf\[oar\ dup\ un ciclu reversibil oarecare, ciclu pe care `l putem considera format dintr-un num\r infinit de cicluri Carnot (fig. 1.19).

}inând cont de rela]ia anterioar\, dedus\ pentru un ciclu Carnot [i aplicând-o fiec\rui ciclu Carnot elementar ce compune ciclul oarecare, putem scrie:

Page 33: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

37

00

0 =+i

i

i

i

TdQ

TdQ

.

~nsumând aceste rela]ii pentru toate ciclurile Carnot elementare rezult\:

01 0

0 =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+∑

i

i

i

i

TdQ

TdQ

sau

∫ = 0TdQ

.

Fig. 1.19 – Descompunerea unui ciclu oarecare `n cicluri Carnot

Expresia ∫ TdQ

se nume[te integrala lui Clausius, iar TdQ

a fost

denumit\ de c\tre acesta entropie:

TdQdS = .

~n cazul ciclurilor ireversibile TdQdS > ; ca urmare, putem scrie `n

general:

TdQdS ≥ ,

de unde rezult\ c\ entropia este o m\sur\ a ireversibilit\]ii ciclurilor termodinamce. Entropia S este o m\rime de stare, se m\soar\ `n J/K; prin conven]ie, la 00C [i 760 mm Hg entropia se consider\ a fi nul\. Trebuie remarcat faptul c\ entropia, de[i este o m\rime fizic\ real\, nu are o semnifica]ie fizic\ palpabil\ a[a cum au temperatura, presiunea etc. Entropia este o m\rime statistic\; pentru un sistem izolat entropia este propor]ional\ cu logaritmul natural al probabilit\]ii termodinamice a st\rii date a sistemului (rela]ia lui Boltzman):

WkS ln⋅= , unde k este constanta lui Boltzman, iar W este probabilitatea termodinamic\ a st\rii date.

Page 34: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

38

1.6.2. Entropia gazului perfect; diagrame entropice Pentru un kilogram de gaz perfect, varia]ia entropiei specifice este:

Tdqds = .

~n acela[i timp, conform primului principiu al termodinamicii putem scrie:

dvpdTcdldudq v ⋅+⋅=+= .

Din cele dou\ rela]ii rezult\:

Rvdv

TdTcdv

Tp

TdTcds vv ⋅+⋅=⋅+⋅= .

Din ecua]ia termic\ de stare rezult\, prin prelucr\ri corespunz\toare:

pdp

vdv

TdT

+= .

Având `n vedere c\ Rcc vp =− , rezult\ `n cele din urm\:

pdpR

TdTcds p ⋅−⋅= sau

vdvc

pdpcds pv ⋅+⋅= ,

de unde putem ob]ine varia]ia entropiei, prin integrarea rela]iilor respective. Prin particularizarea rela]iilor de mai sus se pot ob]ine expresiile varia]iei de entropie pentru transform\rile simple ale gazului perfect, dup\ cum se va ar\ta `n continuare. Diagramele dinamice (presiune – volum) nu permit determinarea direct\ a cantit\]ilor de c\ldur\ ce intervin `n transformare; `n acest scop se folosesc diagramele entropice, trasate `n coordonatele temperatur\ - entropie (T – s, fig. 1.20). Suprafa]a delimitat\ de curba caracteristic\ transform\rii [i axa absciselor este propor]ional\ cu cantitatea de c\ldur\ schimbat\ pe parcursul transform\rii. ~n cazul reprezent\rii unui ciclu `n diagrama entropic\, aria suprafe]ei închise de c\tre ciclu este egal\ cu diferen]a dintre cantitatea de c\ldur\ primit\ [i cantitatea de c\ldur\ cedat\ (lucrul mecanic produs sau consumat).

Fig. 1.20 – Reprezentarea unui proces `n diagrama entropic\ T - s

1.6.2.1. Procesul izocor ~n cazul unei transform\ri izocore, dv = 0; presupunând c\ cv nu se

Page 35: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

39

modific\ odat\ cu temperatura, varia]ia de entropie devine:

∫ ⋅=⋅=∆2

1 1

2lnTTc

TdTcs vv .

Reprezentarea procesului izocor `n diagrama entropic\ T – s este prezentat\ `n fig. 1.21.

Fig. 1.21 – Transformarea izocor\ `n diagrama entropic\

Fig. 1.22 – Transformarea izobar\ `n diagrama entropic\

1.6.2.2. Procesul izobar Procesul izobar este caracterizat prin dp = 0; presupunând c\ cp are valoare constant\, rezult\ varia]ia de entropie ca fiind:

1

2lnTTcs p ⋅=∆ .

Fig. 1.22 prezint\ transformarea izobar\ `n diagrama entropic\; pozi]iile relative ale izocorei [i izobarei sunt prezentate `n fig. 1.23.

Fig. 1.23 – Pozi]iile izocorei [i izobarei

Fig. 1.24 – Ciclul Carnot `n diagrama

entropic\ 1.6.2.3. Procesul izoterm ~ntr-un proces izoterm dT = 0 [i varia]ia de entropie devine:

2

1

1

2 lnlnppR

vvRs ⋅=⋅=∆ .

Page 36: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

40

~n diagrama T – s transformarea izoterm\ este reprezentat\ printr-o paralel\ cu axa absciselor. 1.6.2.4. Procesul adiabatic ~ntr-o transformare adiabatic\ dq = 0 [i rezult\ deci ds = 0. ~n diagrama entropic\, procesul adiabatic este reprezentat printr-o paralel\ cu axa ordonatelor. 1.6.2.5. Ciclul Carnot Reprezentarea ciclului Carnot `n diagrama T – s este prezentat\ `n fig. 1.24. Cele dou\ linii verticale corespund transform\rilor adiabatice, iar liniile orizontale reprezint\ transform\rile izoterme. Pentru ciclul Carnot invers cantit\]ile de c\ldur\ schimbate se determin\ cu rela]iile:

( )( ).

,

21

1200

ssTqssTq

−⋅=−⋅=

1.7. GAZE REALE [14, 41] Studiind comportarea gazelor reale Andrews (1869) a urm\rit comprimarea izoterm\ a acestora, constatând c\ la temperaturi ridicate izotermele gazelor reale se apropie foarte mult de cele ale gazelor perfecte (hiperbole echilatere); pe m\sur\ ce temperatura scade, apar diferen]e `ntre comportarea gazelor reale [i a celor perfecte (fig. 1.25).

Fig. 1.25 – Izotermele gazelor reale

Astfel, urm\rind curba trasat\ pentru temperatura constant\ Ta, se observ\ c\ la o anumit\ valoare a presiunii (corespunz\toare punctului A) acesta `ncepe s\ se lichefieze. Mic[orând `n continuare volumul ocupat de c\tre gaz are loc trecerea `n stare lichid\ a unei cantit\]i din ce `n ce mai mari de gaz, pân\ când, `n punctul (A’), `ntreaga cantitate de gaz se transform\ `n lichid. Transformarea de faz\ (linia A – A’) are loc la presiune [i temperatur\ constant\. Continuând comprimarea lichidului se remarc\ o cre[tere rapid\ a presiunii (curba A’ – a’), datorat\ compresibilit\]ii reduse a lichidului, curba apropiindu-se de vertical\.

Page 37: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

41

Pentru temperaturile Tb > Ta [i Tc > Tb, por]iunile orizontale ale curbelor izoterme se reduc. La atingerea temperaturii Tk, denumit\ temperatur\ critic\, transformarea gazului `n lichid are loc instantaneu, f\r\ varia]ie de volum, atunci când presiunea atinge valoarea corespunz\toare punctului (K), denumit punct critic. Pentru temperaturi mai mari decât TK, curbele izoterme sunt continue, apropiindu-se de forma izotermelor gazului ideal, iar starea lichid\ nu mai poate fi ob]inut\, oricât de mare ar fi presiunea. Parametrii punctului critic depind de natura substan]ei; pentru ap\, punctul critic se `nregistreaz\ la 3710C [i 222 bar, `n timp ce pentru CO2 punctul critic se atinge la 310C [i 74 bar. Curba (K- n) pe care se g\sesc punctele (A), pân\ la punctul critic, se nume[te curb\ de condensare, iar curba (K - m) pe care se g\sesc punctele (A’) se nume[te curb\ de vaporizare (parcurgând curbele izoterme din a’ c\tre A, la atingerea punctului A’ `n masa de lichid apar primele bule de vapori). Curba (m-K-n) `n ansamblu se nume[te curb\ de satura]ie [i delimiteaz\ trei zone `n diagrama presiune – volum:

• zona (I) – zona fazei gazoase; • zona (III) – zona fazei lichide; • zona (II) – zona `n care coexist\ faza gazoas\ (vapori*) cu faza lichid\.

Dup\ cum s-a men]ionat anterior, dincolo de izoterma corespunz\toare temperaturii Tk substan]a nu se mai poate g\si decât `n stare gazoas\. 1.7.1. Ecua]ii de stare pentru gaze reale

Pentru ecua]iile de stare ale gazelor reale s-au stabilit numeroase ecua]ii,

care `ncearc\ s\ aproximeze cât mai bine comportarea real\ a gazelor; dintre acestea se pot men]iona:

• ecua]ia Van der Vaals: ( ) TRbvvap ⋅=−⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ + 2 ,

• ecua]ia Berthelot : ( ) TRbvvT

ap ⋅=−⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅+ 2 ,

• ecua]ia Clausius: ( ) TRbvcvT

ap ⋅=−⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⋅

+ 2)(,

`n care a, b, c, R sunt constannte, determinate pe cale experimental\;

• ecua]ia Kamerlingh: ...2 +⋅+⋅+⋅=⋅ pBpATRvp sau

...''1 2 +⋅+⋅+=⋅⋅ pBpATRvp

, `n care zTRvp

=⋅⋅

se nume[te factor de

compresibilitate, iar A, B, A’, B’… sunt constante.

* vapori: stare gazoas\ a substan]ei, sub punctul critic.

Page 38: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

42

1.7.2. Titlul vaporilor Dup\ cum s-a men]ionat anterior, pe diagrama p – V pentru gaze reale sunt delimitate urm\toarele domenii (fig. 1.25):

• zona (I), `n care se g\sesc vapori supra`nc\lzi]i; • zona (III), `n care substan]a se afl\ `n faz\ lichid\; • zona (II), `n care se g\sesc vapori satura]i umezi.

Pe curba (K-n) substan]a se g\se[te sub form\ de vapori satura]i usca]i. Dat\ fiind dependen]a dintre presiunea [i temperatura de vaporizare,

precum [i din cauza propor]iilor variabile `n care se pot g\si `n echilibru vaporii [i lichidul, pentru localizarea unei anumite st\ri din domeniul vaporilor satura]i umezi s-a introdus o nou\ m\rime, denumit\ titlul vaporilor, care reprezint\ participa]ia masic\ a vaporilor `n amestecul de vapori [i lichid:

vl

v

mmm

x+

= ,

`n care mv este masa vaporilor satura]i usca]i, iar ml este masa de lichid. Pe curba de vaporizare mv = 0 [i deci x = 0, iar pe curba de condensare ml = 0 [i deci x = 1. Volumul specific al vaporilor satura]i umezi din punctul (1, fig. 1.26) se determin\ cu rela]ia:

( ) 111 ''1' xvxvv ⋅+−⋅= .

Fig. 1.26 – Determinarea volumului specific al vaporilor satura]i umezi

1.7.3. Diagrame entropice pentru gaze reale Diagrama entropic\ T – s pentru gaze reale este prezentat\ `n fig. 1.27; procesul de `nc\lzire 1→2→3→4→5 se desf\[oar\ la presiune constant\, iar procesul 2’→2→3→4→5’ are loc la temperatur\ constant\. {i pe diagrama T – s se remarc\ prezen]a celor dou\ ramuri ale curbei de satura]ie: curba O’k (pe care x = 0) este curba de vaporizare, iar ramura din dreapta punctului critic (k), pe care x = 1, reprezint\ curba de condensare. ~n interiorul zonei delimitate de c\tre curba de satura]ie exist\ vapori satura]i umezi.

Se observ\ c\ izobara se suprapune peste izoterm\ `n zona vaporilor satura]i umezi, procesul 2→3→4 reprezentând schimbarea de faz\ (vaporizarea), care are loc la presiune [i temperatur\ constant\; pe parcursul acestui proces, varia]ia de entropie este:

Page 39: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

43

∫⋅=−4

2

1''' dqT

sss

.

Fig. 1.27 – Diagrama entropic\ pentru gaze reale

Fig. 1.28 – Diagrama lg p – i

1-curbe T = ct., `n domeniul vaporilor supra`nc\lzi]i; 2-curbe s = ct.

M\rimea ∫ =4

2vldq se nume[te c\ldur\ latent\ de vaporizare [i

reprezint\ cantitatea de c\ldur\ necesar\ vaporiz\rii unui kilogram de lichid.

Page 40: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

44

Folosind diagrama entropic\, c\ldura latent\ de vaporizare se poate determina cu rela]ia:

( )''' ssTl sv −⋅= .

~n studiul func]ion\rii instala]iilor frigorifice se utilizeaz\ frecvent [i diagrama presiune – entalpie (fig. 1.28). Aceasta utilizeaz\ o scar\ logaritmic\ a presiunilor, ceea ce permite reprezentarea unui domeniu larg de presiuni, cu men]inerea relativ constant\ a preciziei de citire a acestora. Punctul (K) reprezint\ punctul critic; pe curba de satura]ie sunt marcate izotermele, care `n domeniul vaporilor umezi se suprapun peste izobare; `n domeniul vaporilor supra`nc\lzit]i, izotermele sunt reprezentate prin curbele (1). Pe diagram\ sunt trasate [i curbele de entropie constant\ (2); de asemenea se pot reprezenta [i curbele de volum specific constant, iar `n domeniul vaporilor umezi se reprezint\ [i curbele de titlu constant (la fel ca `n diagrama T –s).

Page 41: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

45

2. COMPRESOARE 2.1. INTRODUCERE Compresoarele sunt utilizate pentru cre[terea presiunii gazului vehiculat. ~n func]ie de principiul de func]ionare, compresoarele pot fi:

• volumice, la care cre[terea presiunii se realizeaz\ prin mic[orarea volumului ocupat de c\tre gaz;

• dinamice, la care un rotor aflat `n mi[care de rota]ie asigur\ cre[terea energiei cinetice a gazului; energia cinetic\ este apoi transformat\ `n energie poten]ial\ legat\ de presiune. Fiecare din cele dou\ categorii de compresoare se prezint\ sub forma mai

multor solu]ii constructive distincte; astfel, compresoarele volumice se `mpart `n: • compresoare cu piston având mi[carea rectilinie alternativ\; • compresoare rotative (prev\zute cu rotor sau piston rotativ)

~n func]ie de traiectoria curentului de fluid, compresoarele dinamice pot fi:

• centrifuge sau radiale, la care gazul se deplaseaz\ perpendicular pe axa de rota]ie a rotorului;

• axiale, la care gazul se deplaseaz\ paralel cu axa rotorului. Energia mecanic\ necesar\ antren\rii compresorului este asigurat\ de

c\tre motoare termice sau electrice.

2.2. COMPRESOARE CU PISTON CU MI{CARE RECTILINIE ALTERNATIV| [2, 14, 41, 49] 2.2.1. Compresorul teoretic Compresorul cu piston având mi[care rectilinie alternativ\ este format (fig. 2.1) dintr-un cilindru (C), `n interiorul c\ruia se deplaseaz\ pistonul (P). Antrenarea pistonului `n mi[care recilinie alternativ\ se realizeaz\ prin intermediul unui mecanism biel\-manivel\. Pistonul se deplaseaz\ `ntre dou\ pozi]ii limit\ (punctul mort interior [i punctul mort exterior), descriind cursa (S). Cilindrul este `nchis de c\tre o chiulas\, `n care se g\sesc racordurile de aspira]ie [i de evacuare, precum [i supapele respective (Sa, Sr). ~n cazul compresorului teoretic se presupune c\ atunci când pistonul ajunge `n p.m.i., acesta se lipe[te perfect de chiulas\.

Ciclul de func]ionare al compresorului este format din urm\toarele faze: • 1→2 – comprimarea gazului, atunci când pistonul se deplaseaz\ de la

p.m.e. la p.m.i.; • 2→b – deschiderea supapei de refulare (Sr) [i refularea gazului, la

presiunea constant\ p2; ca urmare, presiunea din cilindru scade de la p2 la p1, transformare ce are loc la volum constant (b→a);

Page 42: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

46

• a→1 – deplasarea pistonului de la p.m.i. la p.m.e., `nso]it\ de deschiderea supapei de aspira]ie (Sa) [i de intrarea gazului `n cilindru, la presiunea constant\ p1.

Fig. 2.1 – Construc]ia [i func]ionarea compresorului teoretic cu piston

C-cilindru; P-piston; S-cursa; Sa-supap\ de aspira]ie; Sr-supap\ de refulare; p.m.i.-punct mort interior; p.m.e.-punct mort exterior.

Raportul dintre presiunea de refulare p2 [i presiunea de aspira]ie p1 se

nume[te raport de cre[tere a presiunii:

1

2

pp

=ε .

Volumul descris de c\tre piston `n timpul deplas\rii de la p.m.e. c\tre p.m.i. se nume[te cilindree [i se determin\ cu rela]ia:

[ ]32

4mSDVs ⋅

⋅=

π,

unde D este diametrul pistonului [m], iar S este cursa acestuia [m]. Lucrul mecanic consumat de c\tre compresor este suma algebric\ a lucrurilor mecanice corespunz\toare fiec\rei faze de func]ionare:

1212 abab lllll +++= .

Pentru faza de comprimare (1-2), procesul poate fi (fig. 2.2): • izoterm – procesul 1→2i; • adiabatic – procesul 1→2a; • politropic, cu 1<n<k – procesul 1→2’;

Page 43: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

47

• politropic, cu n>k – procesul 1→2”, dac\ gazul prime[te c\ldur\ din exterior. ~n cazul unei comprim\ri izoterme, lucrul mecanic de comprimare va fi

(vezi 1.4.3):

2

111

2

112 lnln

ppvp

ppTRl i ⋅⋅=⋅⋅= .

Fig. 2.2 – Posibilit\]i de desf\[urare a procesului de comprimare 1→2i – izoterm; 1→2a – adiabatic; 1→2’ politropic, 1<n<k; 1→2” – politropic, n>k.

Dac\ se presupune c\ procesul de comprimare este adiabatic, lucrul mecanic este dat de rela]ia (vezi 1.4.4):

( )11

22112112 −

⋅−⋅=−⋅

−=

kvpvpTT

kRl a .

Evident, `n cazul unei comprim\ri politropice, lucrul mecanic devine:

( )11

221121'12 −

⋅−⋅=−⋅

−=

nvpvp

TTn

Rl .

Procesul a→1 este izobar, iar lucrul mecanic corespunz\tor varia]iei de volum este (vezi 1.4.2):

( ) 11111 vpvvpl aa ⋅=−⋅= .

Similar, pentru procesul 2→b rezult\: ( ) 22222 vpvvpl bb ⋅−=−⋅= .

Transformarea b→a este izocor\, iar lucrul mecanic corespunz\tor varia]iei de volum este nul. }inând cont de aceste rela]ii, lucrul mecanic total consumat pe ciclu devine:

• pentru comprimarea izoterm\:

2

111 ln

pp

vpli ⋅⋅= ;

• pentru comprimarea adiabatic\:

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅⋅⋅

−=

−k

k

a ppvp

kkl

1

1

211 1

1;

• pentru comprimarea politropic\

Page 44: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

48

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅⋅⋅

−=

−n

n

ppvp

nnl

1

1

211 1

1' .

Din rela]ii precum [i din fig. 2.2 se observ\ c\:

ai lll << ' ,

deci comprimarea izoterm\ asigur\ cel mai mic consum de lucru mecanic; `n realitate, procesul de comprimare este politropic. Debitul de gaz refulat se poate determina cu rela]ia:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅⋅=

smniVQ st

3

60,

`n care i este num\rul de cilindri ai compresorului, iar n este tura]ia arborelui de antrenare [rot/min]. 2.2.2. Compresorul tehnic (cu spa]iu mort) ~n realitate, atunci când pistonul se g\se[te la p.m.i., `ntre piston [i chiulas\ exist\ un spa]iu (volum mort) necesar deoarece trebuie montate supapele [i pentru c\ trebuie evitat\ situa]ia `n care pistonul ar lovi chiulasa. Notând cu V0 volumul spa]iului mort (fig. 2.3) se define[te coeficientul spa]iului mort sau gradul volumetric de compresie ca fiind:

SVV0=σ ,

cu valori cuprinse `ntre 0,03 [i 0,15 (3…15%), `n func]ie de tipul [i destina]ia compresorului, m\rimea acestuia etc. Din diagrama de func]ionare (fig. 2.3) se remarc\ existen]a urm\toarelor faze de func]ionare:

• 1→2 – comprimarea gazului, atunci când pistonul se deplaseaz\ de la p.m.e. la p.m.i.;

• 2→3 – deschiderea supapei de refulare (Sr) [i refularea gazului, la presiunea constant\ p2;

• 3→4 – destinderea gazului r\mas `n cilindru, odat\ cu deplasarea pistonului c\tre p.m.e.;

• 4→1 – aspira]ia gazului, la presiunea constant\ p1. Din cauza existen]ei spa]iului mort, pe o parte din cursa de aspira]ie a

pistonului (de la p.m.i. la p.m.e.) are loc destinderea gazului din spa]iul mort; ca urmare, volumul de gaz aspirat (care la compresorul teoretic este egal cu cilindreea) este Va < VS. Raportul dintre volumul aspirat [i cilindree se nume[te coeficient teoretic de umplere sau grad teoretic de umplere:

S

S

SS

a

VVVV

VVV

VV 4041 −+

=−

==µ ,

`n care V1 [i V4 sunt volumele corespunz\toare punctelor respective de pe

Page 45: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

49

diagrama de func]ionare. Dac\ ]inem cont c\ procesul 3→4 este o destindere politropic\ de exponent n, volumul corespunz\tor punctului (4) devine:

n

ppVV

1

1

204 ⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅= ,

Fig. 2.3 – Func]ionarea compresorului tehnic (cu spa]iu mort) V0-volumul spa]iului mort; Va-volumul aspirat; Vs-cilindreea.

iar gradul teoretic de umplere devine:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅−= 11

1nεσµ .

Existen]a spa]iului mort face ca presiunea maxim\ de refulare a compresorului s\ fie limitat\. Din fig. 2.4 se observ\ c\ prin cre[terea presiunii de la p2 la p2’, volumul de gaz aspirat scade de la Va la Va’ [i gradul teoretic de umplere scade; ca urmare, debitul compresorului scade. ~n cazul extrem `n care presiunea de refulare atinge valoarea pmax, volumul de gaz aspirat devine nul (µ=0); presiunea corespunz\toare acestei situa]ii este:

n

pp ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅= 11

1max σ.

Din acest motiv ob]inerea unor presiuni de refulare mari impune utilizarea comprim\rii `n mai multe trepte, dup\ cum se va ar\ta mai departe.

Presupunând c\ procesele de comprimare 1→2 [i destindere 3→4 sunt politropice de exponent n, se demonstreaz\ c\ lucrul mecanic consumat de c\tre compresor este:

Page 46: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

50

⎥⎥⎥

⎢⎢⎢

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅⋅⋅

−=

−n

n

at ppvp

nnl

1

1

21 1

1,

`n care va este volumul specific al gazului aspirat. Se observ\ c\, deoarece va < v1, lucrul mecanic consumat de compresorul tehnic este mai mic decât cel al compresorului teoretic:

lt < l’.

Fig. 2.4 – Influen]a presiunii de refulare asupra volumului aspirat

Debitul de gaz refulat este:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅⋅⋅=

smniVQ st

3

60' µ ,

deci Qt’< Qt . 2.2.3. Func]ionarea real\ a compresorului tehnic Diagrama real\ de func]ionare a unui compresor este prezentat\ `n fig. 2.5. Se observ\ urm\toarele diferen]e fa]\ de diagrama din fig. 2.3:

• sfâr[itul comprim\rii (punctul 2) intervine `n momentul `n care diferen]a dintre presiunea din cilindru [i presiunea p2 din conducta de refulare devine suficient de mare pentru a deschide supapa de refulare;

• pe parcursul reful\rii presiunea scade; `n punctul (3), diferen]a dintre presiunea din cilindru [i presiunea p2 din conducta de refulare devine insuficient\ pentru a mai men]ine deschis\ supapa de refulare;

• deschiderea supapei de aspira]ie are loc atunci când diferen]a ∆pamax dintre presiunea din cilindru [i presiunea din conducta de aspira]ie devine suficient de mare (punctul 4);

Page 47: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

51

Fig. 2.5 – Diagrama real\ de func]ionare a compresorului tehnic ∆pa-c\derea de presiune pe supapa de aspira]ie; ∆pr-c\derea de presiune pe supapa de refulare; p1 -presiunea din conducta de aspira]ie; p2-presiunea din conducta de refulare.

• `n punctul (1), diferen]a dintre presiunea din cilindru [i presiunea din conducta de aspira]ie ∆pa devine insuficient\ pentru a men]ine deschis\ supapa de aspira]ie;

• pe parcursul comprim\rii [i destinderii exponentul politropic variaz\ continuu de la valori mai mari decât exponentul adiabatic pân\ la valori mai mici decât exponentul adiabatic;

• coeficientul de umplere este afectat de existen]a spa]iului mort, de pierderile prin neetan[eit\]i, de rezisten]a introdus\ de supapa de aspira]ie, de `nc\lzirea agentului pe conducta de aspira]ie:

nisar µµµµµ ⋅⋅⋅= ,

`n care µ este coeficientul teoretic de umplere, µsa este coeficientul de debit datorat c\derii de presiune pe supapa de aspira]ie (cu valori cuprinse `ntre 0,9 [i 0,97), µi este coeficientul de debit datorat `nc\lzirii gazului aspirat (0,9…0,95), iar µn este coeficientul de debit datorat pierderilor prin neetan[eit\]i (0,95…0,98). Pentru compresoarele frigorifice, produc\torii furnizeaz\, de obicei,

diagrame de varia]ie ale coeficientului de umplere `n func]ie de raportul de cre[tere a presiunii [i de agentul frigorific utilizat (fig. 2.6) [4, 5].

Fig. 2.6 – Diagram\ de varia]ie a coeficientului de umplere `n func]ie de tipul agentului frigorific

Page 48: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

52

2.2.4. Comprimarea `n trepte Dup\ cum s-a ar\tat anterior, exist\ o limitare a presiunii maxime de refulare a unui compresor (fig. 2.4); cre[terea presiunii de refulare conduce la sc\derea volumului de gaz aspirat. ~n acela[i timp, rapoartele mari de cre[tere a presiunii pot conduce la `nc\lzirea excesiv\ a gazului [i compresorului; se pot atinge astfel nivele de temperaturi care s\ conduc\ la deteriorarea uleiului utilizat pentru ungerea compresorului. Din aceste motive, pentru ob]inerea unor presiuni de refulare mari (practic, pentru compresoare frigorifice, 8...6>ε ) se utilizeaz\ compresoare cu mai multe trepte de comprimare. ~n fig. 2.7 este prezentat\ schema de principiu a unui compresor cu dou\ trepte de comprimare. Gazul refulat de c\tre prima treapt\ (I) trece printr-un r\citor (R) `n care are loc mic[orarea temperaturii sale [i este apoi aspirat `n cea de a doua treapt\ de comprimare (II). R\cirea gazului `ntre cele dou\ trepte de comprimare se poate face cu ap\, aer sau, pentru compresoarele frigorifice, prin procedee speciale. Deoarece prin comprimare volumul specific al gazului scade (densitatea cre[te), cele dou\ trepte de comprimare au diametre diferite ale cilindrilor (diametru mai mare pentru prima treapt\ [i mai mic pentru cea de a doua).

Fig. 2.7 – Construc]ia unui compresor

cu dou\ trepte de comprimare I, II-trepte de comprimare; R-r\citor

intermediar.

Fig. 2.8 – Comprimarea `n dou\ trepte px-presiunea intermediar\.

Reprezentarea `n diagrama p – V a comprim\rii `n dou\ trepte este prezentat\ `n fig. 2.8, `n care curba (1-2’) corespunde comprim\rii `ntr-o singur\ treapt\, de la presiunea p1 la presiunea p2. ~n cazul comprim\rii `n dou\ trepte, procesul de comprimare `n prima treapt\ are loc de la presiunea p1 la presiunea px (curba 1-c); urmeaz\ apoi r\cirea gazului, la presiune constant\ (procesul c-e) [i comprimarea `n cea de a doua treapt\ (procesul e-2). Se observ\ c\, fa]\ de comprimarea `ntr-o singur\ treapt\, comprimarea `n dou\ trepte asigur\ mic[orarea lucrului mecanic de comprimare (sc\dere propor]ional\ cu suprafa]a ha[urat\) [i reducerea temperaturii gazului la ie[irea din compresor (temperatura corespunz\toare punctului 2 este mai mic\ decât cea corespunz\toare punctului

Page 49: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

53

2’). ~n plus, prin r\cirea gazului `ntre cele dou\ trepte, procesul de comprimare pe ansamblu se apropie mai mult de izoterma T1 = const. (linia `ntrerupt\ de pe diagram\), ceea ce explic\ reducerea lucrului mecanic consumat de c\tre compresor. Se poate demonstra c\, dac\ se men]in acelea[i rapoarte de cre[tere a presiunii pentru cele dou\ trepte, presiunea intermediar\ px este dat\ de rela]ia:

21 pppx ⋅= .

2.3. COMPRESOARE PENTRU INSTALA}II FRIGORIFICE [3,4,12,21,23]

Principalele tipuri de compresoare utilizate `n tehnica frigului [i

domeniile de utilizare ale acestora sunt prezentate `n tabelul 2.1.

Tabelul 2.1. Tipuri de compresoare frigorifice si domeniile de utilizare

Rotative Tip Volumice cu piston elicoidale cu spirale centrifugale

Ermetic

casnic

comercial

climatizare

r\cire

-

comercial

climatizare

r\cire

-

-

climatizare

-

-

-

-

-

Semiermetic

casnic

comercial

climatizare

r\cire

-

comercial

climatizare

r\cire

-

-

climatizare

-

-

-

climatizare

-

Deschis

casnic

comercial

climatizare

r\cire

-

comercial

climatizare

r\cire

-

-

climatizare

-

-

-

climatizare

r\cire

Not\: - domeniul casnic: r\cire; condi]ionare; climatizare kW5...1,0Q0 =& ;

- domeniul comercial: vitrine frigorifice; camere frigorifice mici; magazine kW100...5Q0 =& ;

- domeniul climatizare: pompe de c\ldur\; grupuri pentru r\cirea apei kW1000...50Q0 =& [i peste;

- domeniul r\cire: industria alimentar\ [i agricultur\; transporturi maritime; chimie; petrochimie; pompe de c\ldur\ industriale; -

0Q& -puterea frigorific\.

2.3.1. Compresoare cu piston

Compresoarele cu piston fac parte din familia compresoarelor volumice

Page 50: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

54

alternative şi pot fi: • deschise (fig. 2.9a, b); • semiermetice (fig. 2.9c); • ermetice (fig. 2.9d).

Compresoarele deschise sunt antrenate de motoare separate, electrice sau termice [i pot vehicula orice tip de agent frigorific. ~n general sunt utilizate pentru puteri frigorifice medii [i mari.

Compresoarele semiermentice sunt cuplate direct la un motor electric, `nchis `ntr-un carter demontabil comun. Nu pot vehicula decât freoni [i se utilizeaz\ pentru puteri medii.

Compresoarele ermetice se aseam\n\ cu cele semiermetice, dar sunt `nchise `mpreun\ cu motorul `ntr-o carcas\ etan[\ nedemontabil\ (sudat\). Nu pot vehicula decât freoni [i se utilizeaz\ pentru puteri mici si medii.

Din punct de vedere constructiv, compresoarele frigorifice nu se diferen]iaz\ fundamental de cele utilizate pentru alte gaze: • sunt `n general compresoare cu simplu efect; • la compresoarele industriale sunt foarte utilizate supapele cu discuri inelare,

care se `ntâlnesc uneori [i la cele semiermetice, `n locul supapelor lamelare; • r\cirea cilindrilor este cel mai adesea realizat\ de către vaporii aspira]i, care

astfel se `nc\lzesc `n procesul de aspira]ie; • comprimarea `n dou\ trepte se utilizeaz\ atunci când sunt necesare rapoarte

de cre[tere ale presiunii mai mari de 6….8 sau dac\, la comprimarea `ntr-o singur\ treapt\, temperatura de refulare ar dep\[i 125…1350C.

La compresoarele deschise se pot utiliza solu]ii de reglare a puterii frigorifice. Sistemul cel mai utilizat la compresoarele industriale const\ `n blocarea supapei de aspira]ie `n pozi]ie deschis\, pentru cilindrul sau cilindrii care practic vor fi suprima]i din punct de vedere func]ional. ~n acest scop, discul inelar al supapei este ridicat prin intermediul unei tije ridic\toare sau a unui piston inelar, care se deplaseaz\ `n interiorul c\m\[ii cilindrului (fig. 2.10). Sistemul de reglare a puterii frigorifice prin eliminarea cilindrilor este utilizat pe compresoare având cel pu]in trei cilindri, astfel `ncât s\ r\mân\ `n func]iune suficien]i cilindri.

În fig. 2.11 este prezentat un alt sistem de obţinere a sarcinilor parţiale, în care compresorul funcţionează la 25%, 50% sau 75% din capacitate, utilitând suspendarea funcţionării cilindrilor prin obturarea aspiraţiei.

Dispozitivul este controlat de către supapa electromagnetică formată din bobina (1) şi armătura (2). Atât timp cât electromagnetul nu este alimentat cu energie electrică, pistonul (3) este menținut ridicat de către arcul său, iar canalul (6) este obturat de către armătura mobilă (2,fig.2.11a). Agentul frigorific intră prin orificiul (8), trece pe lângă pistonul (3) şi ajunge la supapa de aspiraţie (9).

Atunci când bobina (1) este alimentată cu energie electrică (fig. 2.11b), armătura (2) este ridicată, iar presiunea agentului frigorific din camera (5) este aplicată, prin canalele (6), pe faţa superioară a pistonului (3); acesta se deplasează în jos şi închide orificiul(8), împiedicând astfel admisia agentului frigorific în cilindrul compresorului.

Utilizarea acestui dispozitiv pentru reglarea sarcinii la compresoarele

Page 51: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

55

policilindrice rezultă din fig. 2.12.

a)

b)

c)

d)

Fig. 2.9 – Compresoare frigorifice a, b-deschise; c-semiermeric; d-ermetic;

1 – supap\ de aspira]ie; 2 – resort pentru prevenirea loviturilor hidraulice; 3 – piston; 4 – c\ma[a cilindrului; 5 – canal de aspira]ie

Fig. 2.10 - Dispozitiv de reglare a puterii frigorifice

1 – corp supap\ de aspira]ie; 2 – arc supap\ de aspira]ie; 3 – garnitur\ toroidal\; 4 – carter; 5 – corp supap\ de refulare; 6 – plac\ amortizoare refulare; 7 – supap\ de aspira]ie; 8 – c\ma[a cilindrului; 9 – piston de reglare a puterii; 10 – supap\ de refulare; 11 – scaun supap\ refulare; 12 – arc piston

de reglare; 13 – piston; 14 – scaun supap\ aspira]ie; 15 – ghidaj piston de reglare.

Page 52: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

56

Fig. 2.11 - Dispozitivul pentru suspendarea funcţionării unui cilindru

1-bobină; 2-armătură; 3-piston de control; 4-cameră aspirație; 5-cameră refulare; 6-canale; 7-orificiu compensare presiune; 8-orificiu admisie; 9-supapă aspirație; 10- supapă evacuare.

Fig. 2.12 - Reglarea sarcinii

1-cilindru sau ramură suspendată; 2-cilindru sau ramură activă; a-4 cilindri în V, în tandem; b-6 cilindri în V, în tandem

Compresoarele semiermetice permit demontarea atât a motorului cât [i a

compresorului, f\când posibile interven]iile pentru `ntre]inere [i depanare. Compresoarele ermetice sunt complet `nchise `ntr-o carcas\ metalic\

sudat\ [i etan[\, care face imposibile interven]iile `n interior. Agenţii frigorifici vehicula]i de c\tre compresoarele ermetice [i

semiermetice nu pot fi decât fluide neutre din punct de vedere al sistemului electric (R134a, R22); vaporii de agent frigorific aspira]i sunt utiliza]i pentru r\cirea `nf\[ur\rilor electrice ale motorului. Puterea maxim\ nu dep\[e[te, `n general, 45 kW pentru compresoarele semiermetice [i respectiv 30 kW pentru compresoarele ermetice

Supapele utilizate la compresoarele deschise sunt in general discuri inelare (fig. 2.15), `n timp ce la compresoarele semiermetice sau ermetice se

Page 53: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

57

folosesc supape de tip lamel\ (fig. 2.14).

Fig. 2.13 – Compresor frigorific policilindric

Fig. 2.14 – Supapele unui compresor semiermetic

sau ermetic 1-supape de refulare; 2-placa supapelor; 3-garnitur\; 4-supape

de aspira]ie; 5-blocul cilindrilor.

Fig. 2.15 – Blocul supapelor pentru un compresor deschis 1 – difuzor; 2 – resort ondulat; 3 –

amortizor; 4–supapa; 5 – scaun interior

2.3.2. Alte tipuri de compresoare frigorifice 2.3.2.1. Compresoare cu şurub Compresoarele cu [urub au `nceput s\ fie utilizate `n tehnica frigului relativ recent (1955), fiind de asemenea compresoare volumice; `n func]ie de solu]ia contructiv\ adoptat\, acestea pot fi cu rotor dublu sau cu un singur rotor, dar exist\ [i variante constructive ce utilizeaz\ trei rotori. Construc]ia unui compresor elicoidal cu rotor dublu este prezentat\ `n fig. 2.16. Func]ionarea acestuia se bazeaz\ pe modificarea volumului dintre rotorii conjuga]i (3, 4, fig. 2.17).

~n func]ie de destina]ie, la aceste compresoare raportul de cre[tere a presiunii are urm\toarele valori:

• maximum 5 – pentru sisteme de climatizare [i pompe de c\ldur\; • pân\ la 8 – pentru sisteme de r\cire; • pân\ la 15 – pentru sisteme de congelare.

2.3.2.2. Compresoare cu lamele culisante `n rotor Acest tip de compresor volumic este format dintr-o carcas\ (2, fig. 2.19),

Page 54: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

58

`n care este montat excentric rotorul (4). Pe generatoarele rotorului sunt montate `n canale radiale lamelele (3). Sub ac]iunea for]ei centrifuge ce apare la rotirea rotorului, lamelele culiseaz\, sprijinindu-se pe suprafa]a cilindric\ interioar\ a carcasei.

Fig. 2.16 – Compresor elicoidal birotor 1-racord aspira]ie; 2, 3-rotori; 4, 5, 11-lag\re; 6-piston de echilibrare; 7-piston; 8-cilindru de reglare a debitului; 9-racord refulare; 10-racord by-pass agent frigorific.

Fig. 2.17 – Func]ionarea compresorului spiral

1-racord aspira]ie; 2-racord refulare; 3-rotor principal; 4-rotor secundar.

Fig. 2.18 – Compresor elicoidal cu trei rotori

Datorit\ montajului excentric al rotorului fa]\ de carcas\, volumul

spa]iului dintre lamele se modific\ pe m\sur\ ce rotorul se rote[te: volumul este maxim `n zona racordului de aspira]ie (1) [i se mic[oreaz\ `n zona `n care este amplasat racordul de refulare (5); se ob]ine astfel varia]ia de volum necesar\

Page 55: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

59

func]ion\rii compresorului.

Fig. 2.19 – Compresor cu lamele culisante `n rotor 1-racord aspira]ie; 2-carcas\; 3-lamel\; 4-rotor; 5-racord refulare.

2.3.2.3. Compresoare cu spirale Un compresor cu spirale este fomat din dou\ piese `n care sunt executate canale sub form\ de spiral\ (fig. 2.20); una din piese este fix\ (stator), iar cealalt\ (rotorul) are o mi[care orbital\ fa]\ de stator. Canalele spirale ale statorului [i rotorului se `ntrep\trund, volumul dintre acestea modificându-se datorit\ mi[c\rii rotorului (fig. 2.21). Gazul p\trunde `n spa]iul dintre cele dou\ spirale pe la periferie [i, datorit\ mi[c\rii rotorului, este deplasat c\tre zona central\; aceast\ mi[care este `nso]it\ de mic[orarea volumului disponibil, asigurându-se astfel cre[terea presiunii.

Spre deosebire de compresoarele cu piston, la compresoarele cu spirale aspira]ia, comprimarea [i refularea au loc continuu.

a)

c)

b)

Fig. 2.20 – Compresorul cu spirale a-stator (spiral\ fix\); b-rotor (spiral\ mobil\); c-compresor asamblat : 1-spiral\ fix\; 2-spiral\ mobil\.

Page 56: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

60

Fig. 2.21 – Func]ionarea compresorului cu spirale

1-spiral\ mobil\; 2-spiral\ fix\.

Construc]ia unui compresor cu spirale este prezentat\ `n fig. 2.22; se observ\ sistemul de etan[are (9), care este ap\sat pe suprafa]a inferioar\ a spiralei mobile (4) de c\tre arcul (13). Spirala fix\ (6) este montat\ `n capacul superior (5).

Vaporii de agent frigorific sunt aspira]i prin racordul (14) [i ajung `n spa]iul (S1), asigurând astfel r\cirea motorului electric de antrenare (2); vaporii refula]i `n spa]iul (S2) sunt trimi[i `n instala]ie prin racordul (8).

Fig. 2.22 – Compresor cu spirale 1-carcas\; 2-motor electric de antrenare; 3, 11-lag\re; 4-spiral\ mobil\; 5-capac; 6-spiral\ fix\; 7-supap\ refulare; 8-racord refulare; 9-sistem de etan[are; 10-arborele motorului; 12-canal pentru desc\rcarea de for]e axiale; 13-arc; 14-racord aspira]ie.

2.3.2.4. Compresorul cu disc fulant Acesta este un compresor cu piston, policilindric, utilizat în special pentru instalaţiile de climatizare ale autoturismelor.

Schema de principiu a compresorului este prezentată în fig. 2.23.

S1

Page 57: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

61

Fig. 2.23 – Compresor cu disc fulant (schema de principiu)

1-arbore de antrenare; 2-rulmenţi radiali; 3-disc fulant; 4-lagăr axial; 5-piston; 6-racord de refulare; 7-supapă de refulare; 8-racord de aspiraţie; 9-supapă de aspiraţie; 10-corpul cilindrilor.

Mişcarea rectilinie alternativă a pistoanelor (5), necesară pentru modificarea volumului ocupat de către gaz, este obţinută prin intermediul discului fulant (3), antrenat în mişcare de rotaţie de către arborele (1); lagărul axial asigură transmiterea mişcării către pistoane.

Fig. 2.24 – Compresor cu disc fulant (secţiune)

1-corpul supapelor; 2-piston; 3-bielă; 4-lagăr axial; 5-disc fulant; 6-fulie pentru antrenare.

În fig. 2.24 este prezentată o vedere în secţiune a compresorului; se observă că transmiterea mişcării rectilinii alternative către pistoane este asigurată de bielele (2), articulate pe lagărul axial (4). 2.3.2.5. Compresoare centrifuge

Acestea sunt compresoare dinamice, care folosesc energia mecanic\

Page 58: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

62

transmis\ de un rotor pentru cre[terea presiunii fluidului de lucru. Schema de principiu a unui compresor centrifug este prezentat\ `n fig. 2.25.

Fluidul de lucru intr\ `n compresor prin racordul de aspira]ie (2), iar paletele (1) `l dirijeaz\ c\tre rotorul (5); paletele (1) au [i rolul de a regla debitul aspirat. Gazul p\trunde axial `n spa]iile dintre paletele (8) ale rotorului, iar energia sa cinetic\ cre[te pe baza energiei transmise de c\tre rotorul aflat `n mi[care de rota]ie. Fluidul p\r\se[te rotorul pe direc]ie radial\, sub ac]iunea for]ei centrifuge, iar `n difuzorul (7) energia cinetic\ a gazului este transformat\ `n cre[tere de presiune. Rotorul este montat pe arborele (6) [i este antrenat `n mi[care de rota]ie de c\tre motor; de obicei antrenarea se realizeaz\ prin intermediul unui multiplicator de tura]ie, tura]ia rotorului putând atinge astfel pân\ la 10000 rot/min.

Deoarece raportul de cre[tere a presiunii pentru o treapt\ de compresor centrifugal nu dep\[e[te valoarea 4, pentru cre[terea presiunii de refulare se pot folosi compresoare centrifugale cu dou\ sau trei trepte, gazul refulat de o treapt\ fiind trimis `n aspira]ia treptei urm\toare.

Aceste compresoare sunt des utilizate `n sisteme mari de condi]ionare a aerului.

Fig. 2.25 – Compresor centrifug

1-palete dirijare; 2-racord aspira]ie; 3-carcas\; 4-racord refulare; 5-rotor; 6-arbore antrenare; 7-difuzor; 8-paletele rotorului; 9-lagăre; 10-sisteme de etanşare; 11-rotor de echilibrare; 12-canal.

Page 59: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

63

3. INSTALA}II FRIGORIFICE 3.1. SCURT ISTORIC Necesitatea ob]inerii temperaturilor joase a ap\rut `nc\ din antichitate, `n scopul p\str\rii alimentelor [i a r\cirii acestora. Evident, primele `ncerc\ri au folosit z\pada sau ghea]a, adunate iarna [i p\strate `n pe[teri sau pivni]e bine izolate termic. Alte metode realizau r\cirea prin evaporarea for]at\ a apei sub ac]iunea curen]ilor de aer crea]i cu ajutorul unor evantaie. ~n 1805 Oliver Evans proiecteaz\ prima instala]ie frigorific\ cu vapori, f\r\ a o realiza practic. ~n 1842 John Gorrie proiecteaz\ [i realizeaz\ prima instala]ie frigorific\ ce func]iona pe principiul comprim\rii vaporilor de agent frigorific, destinat\ r\cirii camerelor unui spital din Florida; aceasta este considerat\ a fi prima instala]ie de aer condi]ionat.

~n 1859 Ferdinand Carré realizeaz\ prima ma[in\ frigorific\ cu absorb]ie, cu func]ionare continu\, care utiliza un amestec de ap\ [i acid sulfuric concentrat, apa reprezentând agentul frigorific. ~n 1860 Carré utilizeaz\ solu]ia ap\-amoniac `n instala]ia de r\cire cu absorb]ie. ~n 1870 Carl von Linde [i Ferdinand Carré dezvolt\ [i perfec]ioneaz\ instala]ia cu comprimare mecanic\ a vaporilor, iar `n 1874 Charles Tellier experimenteaz\ tehnologia de conservare prin congelare a c\rnii, folosind o instala]ie cu comprimare mecanic\ de vapori de eter metilic. ~n 1876 se realizeaz\ primul transport frigorific de carne congelat\ din Fran]a `n America de Sud. ~n 1913 Altenkirch construie[te prima instala]ie frigorific\ cu absorb]ie, `n dou\ trepte. ~ncepând cu anul 1930 se trece la utilizarea freonilor drept agen]i frigorifici. 3.2. PRINCIPIUL DE FUNC}IONARE AL INSTALA}IILOR FRIGORIFICE [4, 5, 12, 14, 35, 42, 50, 55, 59] Instala]iile frigorifice [i pompele de c\ldur\ sunt maşini termice care preiau căldură de la un mediu având temperatura mai scăzută şi o cedeaz\ unui mediu având temperatura mai ridicată, conform schemei din fig. 3.1. Mediul cu temperatura mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit sursa rece, iar mediul cu temperatura mai ridicată, căruia i se cedează căldură, este denumit sursă caldă. Deoarece au capacitate termică infinită, temperaturile surselor de căldură rămân constante chiar dacă acestea schimbă căldură.

Conform principiului doi al termodinamicii, c\ldura nu poate trece de la sine de la un corp rece la unul cald; ca urmare, pentru transportul căldurii de la sursa rece la sursa cald\ este necesar un aport de energie din exterior. Conform principiului conserv\rii energiei putem scrie:

QPQ && =+0 .

Page 60: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

64

În cazul instalaţiilor frigorifice, sursa rece se găseşte sub temperatura mediului ambiant, iar procesul de coborâre a temperaturii sub această valoare, este denumit răcire artificială.

Agentul de lucru care evoluează în aceste instalaţii este denumit agent frigorific.

Fig. 3.1 – Principiul de func]ionare al unei instala]ii frigorifice

0Q& - fluxul de c\ldur\ preluat de la sursa rece;

Q& - fluxul de c\ldur\ cedat sursei calde;

P – puterea absorbit\.

Evident, pentru ca agentul frigorific s\ poat\ prelua c\ldura de la sursa

rece, temperatura sa trebuie s\ fie mai mic\ decât temperatura sursei reci; similar, pentru ca agentul s\ cedeze c\ldur\ sursei calde trebuie ca temperatura agentului frigorific s\ fie mai mare decât temperatura sursei calde. ~ntrucât am presupus ini]ial c\ sursa rece [i sursa cald\ au capacitate termic\ infinit\ [i temperaturile acestora nu se modific\, preluarea c\ldurii de c\tre agentul frigorific de la sursa cald\ se poate realiza:

• cu modificarea temperaturii agentului (fig. 3.2a); • cu men]inerea constant\ a temperaturii agentului (fig. 3.2b).

Fig, 3.2 – Preluarea c\ldurii de la sursa rece

S – suprafa]a schimb\torului de c\ldur\. Din fig. 3.2. rezult\ clar c\ men]inerea unei temperaturi constante a

agentului de lucru creaz\ cele mai bune condi]ii pentru transferul de c\ldur\

Page 61: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

65

(diferen]\ maxim\ de temperatur\); `n cazul `n care temperatura agentului frigorific cre[te, diferen]a de temperatur\ la care are loc schimbul de c\ldur\ scade, iar cantitatea de c\ldur\ preluat\ de la sursa rece scade. Men]inerea constant\ a temperaturii fluidului pe timpul prelu\rii c\ldurii se poate ob]ine doar prin schimbarea st\rii de agregare a agentului frigorific, pe baza utiliz\rii c\ldurii latente de vaporizare. Acela[i ra]ionament este valabil [i pentru situa]ia `n care agentul frigorific cedeaz\ c\ldur\ sursei calde: dac\ temperatura agentului se modific\ (scade, fig. 3.3a), diferen]a de temperatur\ la care are loc schimbul de c\ldur\ se mic[oreaz\, iar fluxul de c\ldur\ transmis se diminueaz\ fa]\ de situa]ia `n care temperatura agentului r\mâne constant\ (fig. 3.3b). Men]inerea constant\ a temperaturii agentului este posibil\ prin schimbarea st\rii de agregare, pe baza c\ldurii latente de condensare.

Fig. 3.3 – Cedarea c\ldurii c\tre sursa cald\

Din motivele prezentate anterior, `n instalaţiile frigorifice şi pompele de căldură transferul termic între agentul de lucru şi sursele de căldură are loc prin schimbarea stării de agregare. Cele două aparate ale instalaţiei frigorifice (sau pompei de căldură), aflate în contact cu sursele de căldură, se numesc vaporizator şi respectiv condensator.

Temperaturii t0 la se care vaporizează agentul frigorific, denumită temperatură de vaporizare, îi corespunde o presiune de saturaţie unică p0, denumită presiune de vaporizare. Analog, temperaturii tk la care se condensează agentul frigorific, denumită temperatură de condensare, îi corespunde o presiune de saturaţie unică pk, denumită presiune de condensare.

Efectul util al instalaţiilor frigorifice (frigul artificial) se realizează în vaporizator, prin preluare de căldură de la sursa rece.

Efectul util al pompelor de căldură se realizează în condensator, prin cedare de căldură sursei calde. Domeniul de func]ionare al instala]iilor frigorifice [i pompelor de c\ldur\ rezult\ din fig. 3.4.

Astfel, instala]ia frigorific\ (fig. 3.4a) preia cantitatea de c\ldur\ Q0 de la mediul ce trebuie r\cit [i cedeaz\ cantitatea de c\ldur\ QK mediului exterior; pompa de c\ldur\ (fig. 3.4b) preia cantitatea de c\ldur\ Q de la mediul exterior [i cedeaz\ cantitatea de c\ldur\ QI spa]iului ce trebuie `nc\lzit. Se observ\ c\ atât

Page 62: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

66

pentru instala]ia frigorific\, cât [i pentru pompa de c\ldur\, temperatura de condensare este mai mare decât temperatura de vaporizare; ca urmare [i presiunea de condensare trebuie s\ fie mai mare decât temperatura de vaporizare.

Fig. 3.4 – Domeniul de func]ionare al instala]iilor frigorifice [i pompelor de c\ldur\ a-instala]ie frigorific\; b-pomp\ de c\ldur\; S1- condensator; S2 – vaporizator; T0IF-temperatura de vaporizare a agentului `n instala]ia frigorific\; Tr-temperatura mediului r\cit; Ta-temperatura mediului exterior; TKIF-temperatura de condensare a agentului `n instala]ia frigorific\; T0PC-temperatura de vaporizare a agentului `n pompa de c\ldur\; TI-temperatura spa]iului `nc\lzit; TKPC-temperatura de condensare a agentului `n pompa de c\ldur\.

~n func]ie de modul `n care se poate ob]ine cre[terea presiunii agentului

frigorific, instala]iile frigorifice pot fi: • prin comprimarea mecanic\ a vaporilor de agent – energia necesar\

transferului c\ldurii de la sursa rece la sursa cald\ este de natur\ mecanic\, fiind ob]inut\ prin comprimarea vaporilor cu ajutorul unui compresor, care asigur\ cre[terea de presiune;

• prin comprimarea termic\ a vaporilor de agent (cu absorb]ie) – energia necesar\ transferului c\ldurii de la sursa rece la sursa cald\ este de natur\ termic\.

3.3. AGEN}I FRIGORIFICI [23, 24, 55] Dup\ cum s-a men]ionat anterior, fluidul de lucru al instala]iei frigorifice se nume[te agent frigorific. Principalele cerin]e impuse unui fluid pentru a putea fi utilizat drept agent frigorific sunt:

• la nivelul temperaturii ce trebuie realizate `n vaporizator, presiunea de vaporizare trebuie să fie u[or superioar\ presiuniii atmosferice;

• presiunea de condensare, corespunz\toare temperaturii ce trebuie ob]inute `n condensator, nu trebuie s\ aib\ valori foarte mari pentru ca procesul de comprimare s\ se realizeze cu un consum mic de energie;

• c\ldur\ latent\ de vaporizare mare, pentru ca debitele de fluid s\ fie reduse;

• volum specific redus al vaporilor, pentru ca dimensiunile de gabarit ale

Page 63: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

67

instala]iei ([i `n special ale compresoarelor) s\ fie mici; • `n cazul compresoarelor ermetice [i semiermetice, agentul frigorific

trebuie s\ fie compatibil cu izola]ia conductorilor utiliza]i `n construc]ia motorului electric de ac]ionare, precum [i cu uleiul utilizat pentru ungerea compresorului;

• s\ nu prezinte pericol de inflamabilitate sau explozie [i s\ nu fie toxic (`n special `n cazul instala]iilor utilizate `n industria alimentar\);

• s\ fie nepoluant. Agen]ii frigorifici sunt simboliza]i prin litera R (refrigerant) [i un simbol

numeric care deriv\ din formula chimic\, conform standardului ANSI/ASHRAE 34/1992 (vezi Anexa2), fiind denumi]i generic freoni.

Agen]ii frigorifici sintetici pot fi `mp\r]i]i `n trei categorii: • clorofluorocarburi (CFC), care con]in `n molecul\ atomi instabili de clor; • hidroclorofluorocarburi (HCFC), care con]in [i hidrogen, iar clorul este

mai pu]in instabil; • hidroflourocarburi (HFC), care nu con]in atomi de clor.

Cercet\rile au ar\tat c\ emisiile de CFC conduc la sub]ierea stratului de ozon, din cauza atomilor de clor. Ca urmare, prin protocolul de la Montreal din 1987 s-a stabilit c\ `ncepând de la 1 ianuarie 2000 ace[ti freoni s\ nu mai fie utiliza]i `n instala]iile frigorifice.

Freonii de tip HCFC sunt denumi]i de tranzi]ie, iar utilizarea acestora este autorizat\ pân\ la 31 decembrie 2014; folosirea acestor agen]i `n instala]iile noi este interzis\ din anii 1996…2001 (`n func]ie de destina]ia [i tipul instala]iei de r\cire), iar `ncepând din 1 ianuarie 2008 este interzis\ utilizarea lor [i pentru men]inerea `n func]iune a instala]iilor existente.

Freonii de tip HFC sunt denumi]i de substitu]ie definitiv\, a c\ror utilizare este permis\ pentru o perioad\ `ndelungat\ de timp.

Se utilizeaz\ [i amestecuri formate din 2 sau 3 tipuri de freoni, amestecul având toxicitate sau inflamabilitate mai redus\ decât fiecare component `n parte. ~n func]ie de modul de comportare la schimbarea st\rii de agregare, aceste amestecuri se `mpart `n:

• amestecuri azeotrope (simbolizate R-500…R-599), la care schimbarea st\rii de agregare are loc la presiune [i temperatur\ constant\ (ca [i `n cazul susbtan]elor pure); spre exemplu agentul R-507 este format din 50% R-125 [i 50% R-143;

• amestecuri cvasiazeotrope (simbolizate R-400….R-499), la care schimbarea de faz\ este `nso]it\ de modificarea temperaturii `n limitele 0,5…60C; spre exemplu, R-404A este format din 44% R-125, 4% R-134a [i 52% R-143a);

• amestecuri zeotrope, care prezint\ modific\ri importante ale temperaturii la schimbarea st\rii de agregare. ~n instala]iile frigorifice se pot utiliza [i agen]i frigorifici naturali, care nu

con]in fluor [i clor, cum ar fi amoniacul (R-717), propan (R-290), bioxid de carbon (R-744).

Modul `n care agen]ii frigorifici afecteaz\ mediul `nconjur\tor este

Page 64: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

68

m\surat cu ajutorul a doi indici: • poten]ialul de distrugere a stratului de ozon (ODP1); • poten]ialul de `nc\lzire global\ (GWP2).

~n tabelul 3.1 sunt prezentate principalele caracteristici ale unor agen]i frigorifici folosi]i `n mod curent, iar `n tabelul 3.2 este prezentat\ destina]ia acestora.

Tabelul 3.1. Caracteristicile unor agen]i frigorifici

Tip ~nlocuitor

pentru ODP GWP

Temp. condensare la 26 bar

[0C]

Temp. de vaporizare la la 1 bar [0C]

HCFC (pe termen scurt)

R-22 R-502, R-12 0,05 17003 63 -41

HCFC/HFC pentru `ntre]inere/service (de tranzi]ie) R-401A R-12 0,03 1080 80 -33 R-401B R-12 0,035 1190 77 -35 R-409A R-12 0,05 1440 75 -34

HFC (de substitu]ie definitiv\) R-134A R-502 0 3750 55 -47 R-404A R-502 0 1920 56 -46 R-407B R-502 0 2560 53 -48 R-407C R-22 0 1610 58 -44 R-410A R-22 0 1890 43 -51

R-411B R-12, R-

22, R-502 0,045 1602 65 -42

AGEN}I FRIGORIFICI NATURALI

R-717 R-22, R-502

0 0 60 -33

R-290 (propan)

R-12, R-22 0 0 70 -42

R-600 (izobutan)

R-114 0 3 114 -12

Atunci când contactul dintre agentul frigorific [i mediul r\cit poate avea efecte negative (`n cazul produselor alimentare, a aerului din `nc\peri locuite) se utilizeaz\ agen]i intermediari; ace[tia trebuie s\ fie stabili din punct de vedere chimic, s\ aib\ punctul de solidificare coborât [i c\ldura specific\ mare.

Ca agen]i intermediari se utilizeaz\: • aerul;

1 ODP: ozone depletion potential; pentru R-11, ODP=1,0. 2 GWP: global warming potential.; pentru CO2, GWP=1,0. 3 efectul asupra `nc\lzirii globale a 1 kg de agent este echivalent cu cel al 1700 kg CO2.

Page 65: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

69

• apa (pentru temperaturi peste 3…50C); • solu]ii de ap\ cu s\ruri minerale (CaCl2, NaCl) sau alcooli (etilenglicol,

propilenglicol).

Tabelul 3.2 Utilizarea agen]ilor frigorifici

3.4. INSTALA}II FRIGORIFICE CU COMPRIMARE MECANIC| DE VAPORI ~NTR-O SINGUR| TREAPT| 3.4.1. Ciclul ideal de func]ionare al unei instala]ii cu comprimare mecanic\ de vapori [2, 4, 43, 44] Ciclul ideal de func]ionare al unei instala]ii frigorifice cu comprimare mecanic\ de vapori este ciclul Carnot inversat, desf\[urat `n domeniul vaporilor

Page 66: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

70

satura]i umezi. Schema de principiu a instala]iei frigorifice este prezentat\ `n fig. 3.5, iar diagramele ciclului de func]ionare sunt prezentate `n fig. 3.6.

Fig. 3.5 – Schema de principiu a instala]iei frigorifice ideale V-vaporizator; C-compresor; K-condensator; D-detentor;

Fig. 3.6 – Ciclul ideal de func]ionare al instala]iei frigorifice

Compresorul (C) realizeaz\ comprimarea adiabatic\ (1-2) a agentului

frigorific, absorbind lucrul mecanic specific (lc). Urmeaz\ apoi transformarea de faz\ (2-3), când `n condensator are loc condensarea agentului; transformarea de faz\ are loc la presiune [i temperatur\ constant\, iar mediului i se cedeaz\ cantitatea de c\ldur\ (q). La ie[irea din condensator, agentul frigorific este `n stare lichid\, punctul (3) situându-se pe curba de vaporizare. ~n detentorul (D) are loc procesul adiabat (3-4), `n timpul c\ruia presiunea agentului frigorific scade, fenomen `nso]it de producerea lucrului mecanic spcific (ld). ~n vaporizatorul (V) agentul frigorific sufer\ o nou\ transformare de faz\, vaporizându-se (procesul 4-1). Vaporizarea are loc la presiune [i temperatur\ constant\, iar pe parcursul acestui proces de la sursa rece se preia cantitatea de c\ldur\ (q0). Cantitatea de c\ldur\ preluat\ de la sursa rece va fi:

Page 67: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

71

sTq ∆⋅= 00 ,

iar cantitatea de c\ldur\ cedat\ mediului (sursei calde) este:

sTq k ∆⋅= .

Lucrul mecanic utilizat pentru func]ionarea instala]iei este dat de rela]ia:

( ) sTTqqlll kdc ∆⋅−=−=−= 00 .

Eficien]a frigoric\ a instala]iei este:

( ) 0

0

0

00

TTT

sTTsT

lq

kkf −

=∆⋅−

∆⋅==ε .

Detentorul produce lucru mecanic prin destinderea adiabat\ a fluidului de lucru; el poate fi realizat sub forma unei ma[ini termice cu piston sau a unei turbine cu rotor paletat. 3.4.2. Ciclul teoretic de func]ionare al instala]iilor frigorifice reale [2, 4, 21, 43, 44] Instala]iile frigorifice reale prezint\ o serie de deosebiri fa]\ de cele ideale:

• conform diagramelor din fig. 3.6, destinderea adiabatic\ are loc `ntr-un detentor; cum acesta ar fi alimentat cu vapori având titlul redus (sau chiar cu lichid), lucrul mecanic ob]inut ar fi mic (lichidul este incompresibil [i furnizeaz\ o cantitate mic\ de lucru mecanic prin destindere). Ca urmare se prefer\ `nlocuirea detentorului cu un dispozitiv mai simplu din punct de vedere constructiv, denumit ventil de laminare, care prezint\ o sec]iune de trecere `ngustat\; unele instala]ii frigorifice utilizeaz\ chiar un tub capilar prin intermediul c\ruia se realizeaz\ sc\derea presiunii agentului de lucru. Se consider\ c\ procesul de destindere `n ventilul de laminare are loc la entalpie constant\, deoarece nu se produce lucru mecanic prin destindere.

• tot din fig. 3.6. se observ\ c\ procesul de comprimare are loc `n domeniul vaporilor satura]i umezi; `n realitate, p\trunderea agentului frigorific sub form\ de lichid `n compresor ar conduce la deteriorarea acestuia; din acest motiv, `n instala]iile frigorifice reale procesul de comprimare este deplasat `n zona vaporilor satura]i usca]i, evitându-se astfel p\trunderea lichidului `n compresor.

• pentru studiul ciclului teoretic al instala]iilor frigorifice reale se consider\ c\ `n compresor are loc o comprimare adiabat\. Având `n vedere cele de mai sus, schema instala]iei frigorifice reale

devine cea din fig. 3.7, diagramele ciclului teoretic de func]ionare fiind cele din fig. 3.8.

Procesul (1-2) reprezint\ comprimarea adiabatic\ a vaporilor supra`nc\lzi]i `n compresor; ca urmare, presiunea acestora cre[te de la p0 la pk, iar temperatura de la t0 la tref. Procesul (2-3) are loc `n condensator; `n prima faz\ are loc r\cirea vaporilor supra`nc\lzi]i de la temperatura de ie[ire din compresor tref

Page 68: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

72

pân\ la temperatura de satura]ie tk (procesul 2-2’); aceast\ r\cire are loc la presiunea constant\ pk existent\ `n condensator. Urmeaz\ apoi schimbarea st\rii de agregare a vaporilor satura]i (procesul 2’-3), care are loc la presiune [i temperatur\ constant\. ~n punctul (3) titlul vaporilor este x = 0, deci la ie[irea din condensator agentul frigorific este `n stare lichid\.

Fig. 3.7 – Instala]ia frigorific\ real\ V-vaporizator; C-compresor; K-condensator; VL-ventil de laminare.

Fig. 3.8 – Ciclul teoretic de func]ionare al instala]iei frigorifice reale

tref-temperatura agentului la ie[irea din compresor. Destinderea `n ventilul de laminare are loc la entalpie constant\ (procesul

3-4), iar presiunea agentului scade de la pk la p0; urmeaz\ apoi vaporizarea `n vaporizator (procesul 4-1), care are loc la presiunea constant\ p0 [i temperatura constant\ T0.

Din fig. 3.9 se observ\ c\ destinderea agentului `n ventilul de laminare (procesul 3-4) conduce la o reducere a cantit\]ii de c\ldur\ extrase de la sursa rece, fa]\ de cazul destinderii adiabatice (3-4’):

'00 qq < .

Eficien]a frigorific\ a ciclului teoretic al instala]iei frigorifice reale se determin\ cu rela]ia:

12

41

iiii

f −−

=ε .

3.4.3. Subr\cirea `n instala]iile frigorifice Cre[terea cantit\]ii de c\ldur\ extrase de la sursa rece se poate ob]ine prin subr\cirea (sc\derea temperaturii) lichidului saturat ie[it din condensator.

Page 69: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

73

Subr\cirea se poate realiza: • cu ap\; • cu agent frigorific.

Fig. 3.9 – Efectul destinderii `n ventilul de laminare 3-4’-destindere adiabatic\; 3-4-destindere izentalpic\ `n ventilul de laminare.

3.4.3.1. Subr\cirea cu ap\ Schema de principiu a instala]iei frigorifice ce utilizeaz\ subr\cirea cu ap\ este prezentat\ `n fig. 3.10. Se observ\ c\, dup\ condensatorul (K) s-a ad\ugat un schnimb\tor de c\ldur\ suplimentar, numit subr\citor (SR), r\cit cu ap\.

Agentul frigorific `n stare de lichid saturat care iese din condensator este r\cit la presiune constant\ (procesul 3-3’, fig. 3.11), `n subr\citor preluându-se de la agentul frigorific cantitatea de c\ldur\ qSR; urmeaz\ apoi destinderea izentalpic\ din ventilul de laminare (procesul 3’- 4’). Din fig. 3.11 se observ\ c\, fa]\ de ciclul f\r\ subr\cire (1-2-3-4), ciclul cu subr\cire (1-2-3’-4’) conduce la cre[terea cantit\]ii de c\ldur\ preluate de la sursa rece cu ∆q0; rezult\ deci c\ utilizarea subr\cirii cu ap\ conduce la cre[terea eficien]ei frigorifice a ciclului, care se determin\ `n acest caz cu rela]ia:

ff iiii

iiii

εε =−−

>−−

=12

41

12

'41' .

Mai trebuie remarcat faptul c\ diagrama real\ de ciclului cu subr\cire este de fapt cea din fig. 3.12, pe care se eviden]iaz\ procesul de subr\cire (3-3’), ce are loc la presiunea constant\ din condensator pk; cum `n domeniul lichid izobarele sunt foarte apropiate de curba de vaporizare, `n practic\ se admite ca, `n diagrama entropic\ T - s, reprezentarea ciclului cu subr\cire cu ap\ s\ fie cea din fig. 3.11a [i nu cea din fig. 3.12. 3.4.3.2. Subr\cirea cu agent frigorific (subr\cirea intern\) Schema de principiu a unei astfel de instala]ii frigorifice este prezentat\ `n fig. 3.13; `n acest caz subr\citorul (Sr) este un schimb\tor de c\ldur\ prin care circul\, pe un circuit, agent frigorific în stare lichidă, ie[it din condensator, iar pe cel de al doilea circuit circul\ vapori reci, proveni]i din vaporizator. Vaporii r\cesc agentul `n stare lichid\ [i se `nc\lzesc preluând c\ldur\ de la lichidul ie[it

Page 70: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

74

din condensator. ~n diagramele T-s [i lg p – i (fig. 3.14), procesul (3-3’) reprezint\ r\cirea lichidului saturat, iar procesul (1-1’) reprezint\ supra`nc\lzirea vaporilor ie[i]i din vaporizator. Ambele procese au loc la presiune constant\: `nc\lzirea vaporilor se realizeaz\ la presiunea p0 din vaporizator, iar r\cirea lichidului la presiunea pk din condensator.

Fig. 3.10 – Instala]ia frigorific\ cu subr\cire cu ap\ SR – subr\citor.

Fig. 3.11 – Diagrama de func]ionare a instala]iei frigorifice cu subr\cire cu ap\

Fig. 3.12 – Diagrama real\ a ciclului cu subr\cire cu ap\

Pentru analiza comparativ\ a ciclului f\r\ subr\cire (1-2-3-4) [i a celui cu

Page 71: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

75

subr\cire intern\ (1’-2’-3’4’) este necesar\ determinarea parametrilor caracteristici în fiecare punct de pe ciclu; fa]\ de cazul anterior (subr\cire cu ap\). ciclul cu subr\cire intern\ nu asigur\ `n mod automat cre[terea eficien]ei frigorifice.

Fig. 3.13 – Schema instala]iei frigorifice cu subr\cire intern\ Sr-subr\citor

Fig. 3.14 – Ciclul de func]ionare al instala]iei cu subr\cire intern\

~n principiu, ]inând cont de c\ldurile specifice diferite ale lichidului [i vaporilor1, se poate aprecia c\ sc\derea de temperatur\ a lichidului este aproximativ jum\tate din cre[terea de temperatur\ a vaporilor de agent. Literatura de specialitate recomandă ca valoarea temperaturii t1' s\ fie cuprins\ `ntre t0 [i tk-(10÷20)°C. O creştere atât de important\ a temperaturii vaporilor [i respectiv o subrăcire atât de avansată a lichidului saturat impun suprafeţe mari de schimb de căldură ale subr\citorului. În consecinţă, din considerente tehnico-economice, de cele mai multe ori, în practică, subrăcirea maximă a lichidului este de numai 5…10°C, iar supraîncălzirea vaporilor este, corespunzător, de 10…20°C. Eficien]a frigorific\ a ciclului cu subr\cire intern\ se determin\ cu rela]ia:

'1

'2

'41

iiii

f −−

=ε .

Cantitatea de c\ldur\ transferat\ de la lichidul saturat la vapori este: 1 pentru R-134a: la -100C [i 1,2 bar, cpv=0,83 kJ/kg.grd; la 300C, cpl=1,44 kJ/kg.grd.

Page 72: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

76

1'1

'33 iiiiqSR −=−= .

Trebuie men]ionat faptul c\, la unele instala]ii frigorifice, `n zona terminal\ a condensatorului se realizeaz\ o subr\cire a lichidului saturat. 3.4.4. Ciclul real de func]ionare al instala]iilor frigorifice [4, 5 11, 21, 35, 42, 43, 44] Func]ionarea `n condi]ii reale a instala]iei frigorifice prezint\ unele diferen]e fa]\ cazul teoretic avut `n vedere pân\ aici: • transferul termic în condensator şi vaporizator are loc la diferenţe finite de

temperatură; diferen]ele de temperatur\ sunt cuprinse `ntre 5 [i 80C pentru lichide [i `ntre 10 [i 200C pentru aer.

• curgerea fluidului este `nso]it\, pe tot traseul (inclusiv `n condensator [i vaporizator), de pierderi de presiune;

• procesul din compresor este o comprimare politropic\, al c\rui indice, diferit de exponentul adiabatic, se modific\ pe parcursul procesului.

Având `n vedere cele men]ionate, ciclul real al unei instala]ii frigorifice este prezentat `n fig, 3.15; procesele care au loc sunt urm\toarele:

• 1→2 – comprimarea politropic\ a vaporilor `n compresorul instala]iei; • 2→3 – curgerea vaporilor supra`nc\lzi]i prin supapa de refulare a

compresorului [i conducta de leg\tur\ cu condensatorul. Curgerea este `nso]i]\ de o c\dere de presiune, dar [i de r\cirea vaporilor, conducta de leg\tur\ nefiind de obicei izolat\ termic.

• 3→4 – r\cirea vaporilor supra`nc\lzi]i `n condensator, `nso]it\ de o u[oar\ sc\dere a presiunii datorat\ rezisten]ei opuse la curgerea fluidului;

• 4→5 – transformarea de faz\ (condesarea), `nso]it\ de o sc\dere a presiunii, care apare din cauza lungimii apreciabile a traseului fluidului.

• 5→6 – subr\cirea, `n partea final\ a condensatorului sau `n subr\citor, curgerea lichidului fiind `nso]it\ de o u[oar\ c\dere de presiune.

Fig. 3.15 – Ciclul real de func]ionare al instala]iei frigorifice

• 6→7 – trecerea lichidului saturat prin conducta de leg\tur\ dintre condensator [i ventilul de laminare; `n cele mai multe instalaţii frigorifice

Page 73: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

77

lungimea acestei conducte este semnificativă, ceea ce se reflectă în valoarea relativ mare a c\derii de presiune.

• 7→8 – destindere izentalpic\ a agentului `n ventilul de laminare; • 8→9 – vaporizarea agentului frigorific `n vaporizator, proces `nso]it de o

c\dere de presiune datorat\ rezisten]ei opuse de conducte, precum [i de o modificare a temperaturii, ce apare din cauza diferen]ei dintre temperatura vaporizatorului [i cea existent\ `n spa]iul r\cit;

• 9→10 – la majoritatea instala]iilor frigorifice, la ie[irea din vaporizator a vaporilor, ace[tia sunt u[or supra`nc\lzi]i;

• 10→11 – curgerea vaporilor prin conducta dintre vaporizator [i compresor; de obicei aceast\ conduct\ este izolat\ termic, astfel `ncât se manifest\ doar o u[oar\ sc\dere a presiunii agentului;

• 11→1 – supra`nc\lzirea vaporilor aspira]i `n compresor de c\tre motorul electric de ac]ionare (la compresoarele ermetice [i semiermetice), `nso]it\ de sc\derea presiunii la trecerea prin supapa de aspira]ie. Pentru un calcul simplificat al instala]iei frigorifice se poate presupune c\

ciclul de func]ionare se desf\[oar\ conform schemei din fig. 3.16, `n care se neglijeaz\ pierderile de presiune [i se ]ine cont doar de procesul de comprimare politropic\ a agentului `n compresor. Pe diagram\, procesul real de comprimare (politropic) este reprezentat de curba 1→2, `n timp ce procesul 1→2’ reprezint\ comprimarea adiabatic\, utilizat\ la trasarea ciclului teoretic. Se observ\ c\ procesul real de comprimare conduce la cre[terea lucrului mecanic necesar comprim\rii:

'll > . Se define[te randamentul izentropic al compresorului ca fiind:

12

1'2'

iiii

ll

iz −−

==η .

Fig. 3.16 – Schem\ simplificat\ a ciclului real al instala]iei frigorifice 1→2 – comprimarea politropic\; 1→2’ – comprimarea adiabatic\.

Randamentul izentropic al compresorului are valori cuprinse `ntre 0,6 [i 0,8; cunoscând valoarea randamentului izentropic se poate determina entalpia la sfâr[itul comprim\rii:

Page 74: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

78

iz

liiη

'12 += .

Pentru a se evita p\trunderea de agent frigorific `n stare lichid\ `n compresor, la unele instala]ii frigorifice (`n special atunci când vaporizatorul este imersat `n lichidul ce trebuie r\cit) se prevede introducerea unui separator de lichid, conform schemei din fig. 3.17.

Fig. 3.17 – Schema instala]iei frigorifice cu separator de lichid C-compresor; K-condensator; VL-ventil de laminare; SL-separator de lichid; V-vaporizator.

Lichidul saturat ie[it din ventilul de laminare ajunge `n separatorul de lichid (SL); aici lichidul se separ\ c\tre partea inferioar\, trecând apoi `n vaporizator, `n timp ce eventualii vapori forma]i sunt colecta]i la partea superioar\ a separatorului. Vaporii ie[i]i din vaporizator ajung din nou `n separator; lichidul antrenat de c\tre vapori se va separa la partea inferioar\, `n timp ce vaporii se ridic\ la partea superioar\ a separatorului, fiind aspira]i `n compresorul (C). 3.4.5. Elemente de calcul termic al ciclului frigorific f\r\ subr\cire [4, 11, 12, 26] Din datele de proiectare ale spa]iului ce trebuie r\cit sunt cunoscu]i urm\torii parametri:

• temperatura din interiorul incintei (`n func]ie de destina]ia acesteia); • temperatura mediului exterior (`n func]ie de zona geografic\ `n care se

g\se[te spa]iul ce trebuie r\cit); • puterea frigorific\ Q0 [W], din calculele referitoare la necesarul de frig.

Temperaturile T0 [i Tk (fig. 3.18) ale vaporizatorului [i respectiv condensatorului se determin\ conform indica]iilor din literatura de specialitate, `n func]ie de tipul schimb\toarelor de c\ldur\.

~n func]ie de agentul frigorific utilizat se determin\ presiunea de vaporizare p0 [i presiunea de condensare pk; dac\ raportul de cre[tere a presiunii pk/p0 dep\[e[te valoarea 8, se impune utilizarea unei instala]ii frigorifice cu

Page 75: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

79

comprimare `n trepte. Cunoscând randamentul izentropic al compresorului (de obicei acesta este indicat de c\tre fabricant) se traseaz\ ciclul de func]ionare al instala]iei [i se determin\ parametrii caracteristici ai punctelor ciclului. Se poate determina astfel puterea frigorific\ specific\ q0 [J/kg], cu ajutorul c\reia determin\m debitul masic de agent frigorific:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

skg

qQ

m0

0& .

Fig. 3.18 – Elemente pentru calculul termic al ciclului frigorific

Din tabelele parametrilor de satura]ie ai agentului frigorific respectiv se determin\ volumul specific v [m3/kg] la presiunea p0; debitul volumic de agent frigorific aspirat de c\tre compresor va fi:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅=

smvmQr

3

& .

Din cataloagele produc\torilor de compresoare se poate alege acum compresorul care va asigura nivelul de presiuni necesar [i debitul volumic impus, utilizând [i diagramele de varia]ie ale debitului `n func]ie de gradul de cre[tere a presiunii. Dac\ se cunosc num\rul de cilindri ai compresorului i, diametrul unui cilindru D [m], cursa pistonului S [m] [i tura]ia arborelui de antrenare n [rot/min], debitul volumic de gaz aspirat de c\tre compresor se determin\ cu rela]ia:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅⋅⋅

⋅⋅=

smniSDQ ra

32

604πµ ,

`n care µr este coeficientul de umplere (vezi 2.2.3). Puterea absorbit\ de c\tre compresor va fi:

( ) [ ]WiimP 12 −⋅= & . Eficien]a frigorific\ (coeficientul de performan]\, COP) rezult\ din rela]ia:

PQ

iiq

f0

12

0 =−

=ε .

Page 76: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

80

3.5. INSTALA}II FRIGORIFICE CU COMPRIMARE ~N TREPTE [2, 4, 35, 43, 44]

~n cazul `n care func]ionarea instala]iei frigorifice impune valori ale gradului de cre[tere a presiunii mai mari de 6…8, comprimarea trebuie realizat\ `n mai multe trepte. Acest lucru este necesar deoarece:

• cre[terea presiunii de refulare conduce la sc\derea volumului de gaz aspirat (fig. 3.19) – vezi [i 2.2.2.;

• cre[terea temperaturii agentului frigorific [i a compresorului pot conduce la deteriorarea uleiului utilizat pentru ungerea compresorului (pentru valori ale temperaturii mai mari de 1450C);

• cre[te consumul de energie al compresorului dac\ acesta are o singur\ treapt\ de comprimare.

Fig. 3.19 – Influen]a presiunii de refulare asupra volumului aspirat

Ca urmare, instala]ia frigorific\ cu dou\ trepte de comprimare se va utiliza atunci când temperatura de vaporizare trebuie s\ scad\ sub -15…-270C pentru amoniac, respectiv sub -20…-350C pentru R22. Evitarea cre[terii excesive a temperaturii la comprimarea `n dou\ trepte presupune un proces de r\cire intermediar\ a agentului frigorific, la ie[irea sa din prima treapt\ [i `nainte de a intra `n cea de a doua treapt\. R\cirea intermediar\ se poate realiza:

• cu ap\; • cu agent frigorific.

3.5.1. R\cirea intermediar\ cu ap\ Schema de principiu a instala]iei frigorifice cu dou\ trepte de comprimare este prezentat\ `n fig. 3.20; `n prima treapt\ de comprimare (C1), presiunea agentului cre[te de la p0 la pi (procesul 1-2, fig. 3.21), iar `n cea de a doua treapt\ (C2) presiunea cre[te de la pi la pk (procesul 2’-2’’). Dup\ cum s-a men]ionat anterior, dac\ raportul de cre[tere a presiunii este acela[i pentru fiecare din cele

Page 77: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

81

dou\ trepte, presiunea intermediar\ se determin\ cu rela]ia:

ki ppp ⋅= 0 .

Se remarc\ prezen]a prezen]\ răcitorului intermediar (RI), amplasat `ntre cele dou\ trepte de comprimare; `n r\citorul intermediar temperatura agentului scade, la presiunea constant\ pi (procesul 2-2’, fig. 3.21). Procesul de r\cire intermediar\ are loc `n domeniul vaporilor supra`nc\lzi]i sau, altfel spus, nu se atinge curba de satura]ie (r\cire incomplet\) deoarece:

• pentru eficien]a r\cirii intermediare, diferen]a dintre temperatura agentului frigorific [i cea a agentului de r\cire (apa) trebuie s\ fie de minimum 100C;

Fig. 3.20 – Instala]ie frigorific\ cu dou\ trepte de comprimare, cu r\cire intermediar\ cu ap\ C1, C2-compresoare; Ri-r\citor intermediar; K-condensator; SR-subr\citor; VL-ventil laminare; V-vaporizator.

a)

b)

Fig. 3.21 – Ciclul func]ional al instala]iei frigorifice cu dou\ trepte de comprimare, cu r\cire intermediar\ cu ap\

• la nivelele uzuale ale presiunii intermediare pi, atingerea curbei de

satura]ie (r\cirea complet\) impune temperaturi aflate `n apropierea punctului de `nghe] al apei.

Page 78: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

82

Fa]\ de cazul `n care comprimarea s-ar realiza `ntr-o singur\ treapt\ (procesul 1-II), comprimarea `n dou\ trepte are urm\toarele avantaje:

• lucrul mecanic specific consumat de c\tre compresor se reduce cu ∆l (fig. 3.21a), mic[orându-se de la l’c la lc (fig. 3.21b);

• scade temperatura la sfâr[itul procesului de comprimare (punctul 2’’ la comprimarea `n dou\ trepte, respectiv punctul II la comprimarea `ntr-o singur\ treapt\ - fig. 3.21a).

3.5.2. R\cirea intermediar\ cu agent frigorific

R\cirea vaporilor de agent frigorific refula]i din prima treapt\ de comprimare pân\ la atingerea curbei de satura]ie (r\cire complet\) este posibil\ doar prin utilizarea, pentru r\cirea intermediar\, a agentului frigorific din acele zone ale instala]iei `n care temperatura este mai sc\zut\ decât cea a apei de r\cire. ~n func]ie de tipul agentului frigorific utilizat `n instala]ie, r\cirea intermediar\ cu agent frigorific se poate realiza:

• cu butelie de r\cire intermediar\; • cu schimb\tor intern de c\ldur\.

3.5.2.1. R\cirea cu butelie de r\cire intermediar\ Schema de principiu a instala]iei frigorifice cu butelie de r\cire intermediar\ este prezentat\ `n fig. 3.22, iar diagrama ciclului de func]ionare este prezentat\ `n fig. 3.23. Instala]ia este prev\zut\ cu dou\ ventile de laminare, (VL1) [i (VL2); ventilul de laminare (VL1) asigur\ destinderea izentalpic\ a agentului ie[it din subr\citorul (SR) pân\ la nivelul presiunii intermediare pi, acesta fiind apoi trimis c\tre butelia de r\cire intermediar\ (BRI) – procesul 6→7, fig. 3.23. Astfel, `n butelia de r\cire intermediar\ va exista un amestec de lichid [i vapori, la o temperatur\ inferioar\ celei a vaporilor refula]i de prima treapt\ a compresorului (C1) [i r\ci]i `n r\citorul intermediar (RI) – T3 < T2’. Lichidul se va separa la partea inferioar\ a buteliei de r\cire, `n timp ce vaporii se vor g\si la partea superioar\ a acesteia. Vaporii supra`nc\lzi]i refula]i de c\tre prima treap\ a compresorului [i trecu]i prin r\citorul intermediar trec prin masa de lichid din butelia intermediar\; astfel vaporii supra`nc\lzi]i se r\cesc complet, `n timp ce o parte din lichid se `nc\lze[te, vaporizându-se par]ial.

Vaporii din partea superioar\ a buteliei, r\ci]i pân\ la parametrii punctului (3), sunt aspira]i `n cea de a doua treapt\ a compresorului (C2) – procesul 3→4. Urmeaz\ apoi trecerea prin condensator (procesul 4→5) [i prin subr\citor (procesul 5→6). O parte din lichidul frigorific trece prin (VL1), asigurând astfel compensarea pierderilor de lichid (prin vaporizare [i antrenare `n aspira]ia compresorului C2) din butelia intermediar\, `n timp ce o alt\ parte trece prin ventilul de laminare (VL2) – procesul 6→8 – [i ajunge `n vaporizator. Trebuie remarcat c\, practic, butelia de r\cire intermediar\ are rolul unui schimb\tor de c\ldur\ prin amestec.

Exist\ variante constructive ale acestui tip de instala]ie frigorific\ la care

Page 79: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

83

temperatura sc\zut\ a lichidului din butelia de r\cire este folosit\ pentru o a doua subr\cire a agentului frigorific; schema instala]iei este prezentat\ `n fig. 3.24, iar ciclul de func]ionare rezult\ din fig. 3.25.

Fig. 3.22 – Instala]ie frigorific\ cu butelie de r\cire intermediar\ C1, C2-compresoare; Ri-r\citor intermediar; BRI-butelie de r\cire intermediar\; K-condensator; SR-subr\citor; VL1, VL2-ventile laminare; V-vaporizator.

Fig. 3.23 – Ciclul func]ional al instala]iei frigorifice cu butelie de r\cire intermediar\

Instala]ia folose[te acela[i principiu pentru r\cirea vaporilor `ntre cele dou\ trepte de comprimare, utilizând `n acest scop butelia de r\cire intermediar\ (BRI, fig. 3.24). La partea inferioar\ a buteliei de r\cire intermediar\ se g\se[te o serpentin\ (subr\citorul SR2), care are rolul de a subr\ci suplimentar lichidul, `nainte ca acesta s\ ajung\ la ventilul de laminare (VL2) – procesul 6→8, fig. 3.25. Acest lucru este posibil deoarece temperatura lichidului din butelia de r\cire intermediar\ este inferioar\ temperaturii lichidului la ie[irea din primul subr\citor (SR1) – temperatura ti este inferioar\ temperaturii t6 corespunz\toare punctului (6).

Page 80: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

84

3.5.2.2. R\cirea intermediar\ cu schimb\tor intern de c\ldur\ Aceast\ variant\ constructiv\ este utilizat\ `n cazul instala]iilor frigorifice ce func]ioneaz\ cu freoni; schema instala]iei este prezentat\ `n fig. 3.26, iar ciclul de func]ionare este prezentat `n fig. 3.27.

Fig. 3.24 – Instala]ie frigorific\ cu butelie de r\cire intermediar\ [i subr\cire avansat\ C1, C2-compresoare; Ri-r\citor intermediar; BRI-butelie de r\cire intermediar\; K-condensator; SR1, SR2-subr\citoare; VL1, VL2-ventile de laminare; V-vaporizator.

Fig. 3.25 – Ciclul func]ional al instala]iei frigorifice cu butelie de r\cire intermediar\ [i subr\cire avansat\

Instala]ia este echipat\ cu trei schimb\toare interne de c\ldur\ (Si1), (Si2) [i (Si3). Schimb\torul (Si3) asigur\ o subr\cire intern\ a lichidului `nainte de intrarea in ventilul de laminare (VL2), `n mod asem\n\tor solu]iei constructive din fig. 3.13 (vaporii reci care ies din vaporizatorul V realizeaz\ subr\cirea lichidului – procesul 6→9 - `n timp ce temperatura vaporilor cre[te `nainte de aspira]ia `n prima treapt\ a compresorului – procesul 11→1).

Ventilul de laminare (VL1) realizeaz\ destinderea lichidului pân\ la presiunea pi (procesul 6→7); temperatura lichidului având parametrii punctului (7) este mai mic\ decât temperatura lichidului la ie[irea din condensator (punctul 5), iar `n schimb\torul de c\ldur\ (SI2) are loc tot o subr\cire (procesul 5→6). Astfel, `nainte de a ajunge `n ventilul de laminare (VL2), lichidul saturat ie[it din condensator sufer\ dou\ procese de subr\cire (5→6→9).

Page 81: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

85

~n schimb\torul de c\ldur\ (Si1) lichidul frigorific trecut prin primul ventil de laminare (VL1) asigur\ o a doua r\cire intermediar\ a vaporilor refula]i de prima treapt\ a compresorului (procesul 2’→2’’), prima r\cire intermediar\ fiind realizat\ `n r\citorul (RI, procesul 2→2’). Lichidul frigorific utilizat pentru r\cirea intermediar\ `n (Si1) se vaporizeaz\ prin preluarea c\ldurii de la vaporii refula]i, `n cea de a doua treapt\ a compresorului fiind aspira]i atât vaporii refula]i din prima treapt\, cât [i cei forma]i din lichidul utilizat pentru r\cirea intermediar\ `n (Si1).

Fig. 3.26 – Instala]ie frigorific\ `n dou\ trepte, cu schimb\toare interne de c\ldur\ C1, C2-compresoare; Ri-r\citor intermediar; Si1, Si2, Si3-schimb\toare interne de c\ldur\; K-condensator; VL1, VL2-ventile laminare; V-vaporizator.

Fig. 3.27 – Ciclul de func]ionare al instala]iei frigorifice cu schimb\toare interne de c\ldur\

3.5.3. Instala]ii frigorifice cu comprimare `n trei trepte La temperaturi de vaporizare sub -600C instala]iile frigorifice cu dou\ trepte de comprimare impun utilizarea unor rapoarte mari de cre[tere a presiunii,

Page 82: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

86

cu toate dezavantajele men]ionate anterior. ~n aceste cazuri se recurge la comprimarea `n trei trepte; o posibilitate de ob]inere a comprim\rii `n trei trepte este cea din fig. 3.28. Presiunile intermediare se determin\ din condi]ia realiz\rii acelora[i rapoarte de cre[tere a presiunii:

3 202

3 201 ; kiki pppppp ⋅=⋅= .

Fig. 3.28 – Instala]ie frigorific\ cu trei trepte de comprimare, cu butelii de r\cire

intermediar\ C1, C2, C3-trepte de comprimare; BRI1, BRI2-butelii de r\cire intermediar\; VL1, VL2, VL3-

ventile de laminare; K-condensator; V-vaporizator.

Instala]iile frigorifice cu trei trepte de comprimare prezint\ unele dezavantaje [i particularit\]i:

• au o construc]ie complicat\ [i sunt dificil de exploatat; • coeficientul de debit al primei trepte are valori relativ reduse, uneori

aceasta func]ionând `n condi]ii de depresiune atât pe aspira]ie cât [i pe refulare;

• de obicei pentru prima treapt\ ([i uneori [i pentru a doua) se folosesc compresoare rotative, deoarece utilizarea compresoarele cu piston este neeconomic\ `n condi]iile existen]ei unor solicit\rilor mecanice reduse.

3.6. INSTALA}II FRIGORIFICE CU COMPRIMARE DE VAPORI, ~N CASCAD| [2, 11, 26, 35, 41] La instala]iile frigorifice cu comprimare mecanic\ a vaporilor, `n trepte,

Page 83: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

87

raportul presiunilor din condensator [i vaporizator este limitat la 100…110, ceea ce corespunde unei diferen]e de temperatur\ de 100…120 0C (`n func]ie de agentul frigorific utilizat); la o temperatur\ a condensatorului de 30…40 0C, temperatura minim\ ce poate fi realizat\ `n vaporizator este de -70…-80 0C (pentru o instala]ie cu trei trepte de comprimare). Aceast\ limitare a raportului de cre[tere a presiunii este impus\ de urm\torii factori:

• parametrii punctului triplu [i ai punctului critic; • presiunea din vaporizator nu trebuie s\ scad\ sub 0,1 bar (presiune

absolut\), pentru a se evita p\trunderea aerului `n instala]ie; `n plus, la presiuni de vaporizare mici, volumul specific al agentului frigorific cre[te, cea ce conduce la utilizarea unui compresor cu dimensiuni mari ale primei trepte de comprimare. Ca urmare, pentru realizarea unor temperaturi foarte coborâte se apeleaz\

la cuplarea mai multor instala]ii frigorifice, func]ionând cu agen]i frigorifici diferi]i. Schema de principiu a unei instala]ii frigorifice `n cascad\, cu dou\ trepte, este prezentat\ `n fig. 3.29.

Fig. 3.29 – Instala]ie frigorific\ `n cascad\, cu dou\ trepte

V-vaporizator; V-K-vaporizator-condensator; K-condensator; VLi, VLs-ventile de laminare; C1, C2-compresoare.

Sistemul este format din dou\ instala]ii frigorifice (ramura inferioar\ C1, K-V, VLi , V [i respectiv ramura superioar\ C2, K, VLs, K-V); elementul comun al celor dou\ instala]ii `l constituie un schimb\tor de c\ldur\ denumit condensator-vaporizator (K-V), care are rolul de condensator pentru treapta inferioar\ [i de vaporizator pentru treapta superioar\. Din ciclul func]ional se observ\ c\ procesul de condensare din ramura inferioar\ (2’i→3i) are loc la o temperatur\ mai ridicat\ decât cea corespunz\toare vaporiz\rii din ramura superioar\ (procesul 4s→1s), diferen]a de temperatur\ fiind, `n mod obi[nuit, de 5…100C. Astfel, c\ldura cedat\ de condensatorul treptei inferioare este preluat\ de vaporizatorul treptei superioare. ~n ramura inferioar\ se utilizeaz\ agen]i frigorifici care au presiuni de

Page 84: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

88

satura]ie mai ridicate la temperaturi joase (R-13, R-14, R-23, R-503); `n ramura superioar\ se utilizeaz\ amoniac, R-12, R-22, R-141 etc. De regul\, ramura inferioar\ este cu comprimare `ntr-o singur\ treapt\, `n timp ce pentru ramura superioar\ se poate utiliza comprimarea `n dou\ trepte. Evident, pentru fiecare din cele dou\ instala]ii frigorifice cuplate se pot aplica procedee de cre[tere a eficien]ei frigorifice prin subr\cire. 3.7. VAPORIZATOARE {I CONDENSATOARE PENTRU INSTALA}II FRIGORIFICE CU COMPRIMARE MECANIC| A VAPORILOR [11, 23, 26, 38, 43] 3.7.1. Vaporizatoare Vaporizatoarele sunt schimb\toare de c\ldur\ `n care are loc vaporizarea agentului frigorific, fenomen `nso]it de preluarea c\ldurii de la mediul ce trebuie r\cit. ~n func]ie de destina]ie, vaporizatoarele pot fi:

• pentru r\cirea lichidelor; • pentru r\cirea aerului; • pentru r\cirea prin contact a unor produse solide.

3.7.1.1. Vaporizatoare pentru lichide ~n func]ie de solu]ia adoptat\, aceste vaporizatoarele asigur\ r\cirea lichidului prin:

• imersarea vaporizatorului `n masa de lichid (vaporizatoare imersate); • circula]ia lichidului ce trebuie r\cit prin interiorul unui schimb\tor de

c\ldur\. Vaporizatoarele imersate (deschise) sunt realizate sub form\ de

serpentin\ sau gr\tar, fiind scufundate `n lichidul care trebuie r\cit. Vaporizatoarele de tip serpentin\ (fig. 3.30) se utilizeaz\ pentru puteri frigorifice reduse (sub 20kW); `n general se utilizeaz\ ]evi netede (f\r\ nervuri). Deoarece `n serpentin\ vaporizarea este incomplet\, pe circuitul de alimentare al vaporizatorului se monteaz\ un separator de lichid (vezi [i fig. 3.17).

Fig. 3.30 – Vaporizator imersat de tip serpentin\ 1, 2-racorduri agent frigorific; 3-bazin pentru lichid; 4-serpentin\; 5- racord alimentare lichid.

Vaporizatoarele de tip gr\tar (fig. 3.31) sunt formate dintr-un distribuitor de lichid (1, fig. 3.32), un colector de vapori (2) [i ]evi verticale (3).

Atât `n cazul vaporizatoarelor de tip serpentin\, cât [i al celor de tip gr\tar, lichidul ce trebuie r\cit este vehiculat prin bazinul de r\cire cu ajutorul

Page 85: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

89

pompelor [i agitat cu ajutorul unor agitatoare.

Fig. 3.31 – Vaporizator imersat de tip gr\tar

Fig. 3.32 – Construc]ia vaporizatorului de tip gr\tar [11] 1-distribuitor de lichid; 2-colector pentru vapori; 3-]evi verticale.

~n cazul vaporizatoarelor `nchise, atât agentul frigorific cât [i lichidul ce trebuie r\cit circul\ prin ]evi. Cele mai utilizate vaporizatoare `nchise sunt cele multitubulare; câteva solu]ii constructive sunt prezentate `n fig. 3.33…3.35.

Fig. 3.33 – Vaporizator multitubular, cu circula]ia lichidului prin ]evi [11] 1-racorduri pentru lichid; 2-]evi; 3-manta; 4,5-racorduri agent frigorific.

Fig. 3.34 – Dispunerea ]evilor [23] 1-`n form\ de după hexagoane; 2 – `n form\ de pătrate; 3 – `n cercuri concentrice.

Vaporizatorul multitubular din fig. 3.33 este format dintr-o manta

Page 86: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

90

exterioar\ (3), `n interiorul c\reia se g\sesc faciculele de ]evi (2). Agentul frigorific circul\ prin exteriorul ]evilor, intrând `n stare lichid\ prin racordul (5) [i ie[ind din vaporizator prin racordul (4), sub form\ de vapori. Lichidul ce trebuie r\cit circul\ prin interiorul ]evilor (2); ]evile sunt inundate de agent frigorific lichid pe o `n\l]ime de 60…80% din diametrul interior al mantalei, `n func]ie de tipul agentului. ~n interiorul mantalei, ]evile pot fi dispuse sub form\ de hexagoane (fig. 3.34a), p\trate (fig. 3.34b) sau `n cercuri concentrice (fig. 3.34c).

Pentru realizarea ]evilor se utilizeaz\ urm\toarele materiale: • oţeluri, pentru temperaturi medii sau joase; • cupru; • aliaje cupru-nichel în diferite compoziţii (de exemplu 70/30%, sau

90/10%); • diferite tipuri de aliaje, cu zinc între 22 şi 40%; • o]elui inoxidabile.

~n scopul `mbun\t\]irii condi]iilor de transfer al c\ldurii `ntre lichidul de r\cit [i agentul frigorific, ]evile pot fi prev\zute cu nervuri interioare sau exterioare, care asigur\ m\rirea suprafe]ei de schimb de c\ldur\.

Atunci când se utilizeaz\ agen]i frigorifici miscibili cu uleiul de ungere al compresorului (de exemplu R-134a), la temperaturi sc\zute poate apare separarea uleiului din agent. ~n acest caz se utilizeaz\ vaporizatoare multitubulare (fig. 3.35) la care agentul frigorific circul\ prin ]evi, `n timp ce lichidul de r\cit circul\ prin spa]iul dintre ]evi [i manta. Astfel, viteza de circula]ie a agentului prin ]evi este suficient de mare pentru a asigura antrenarea uleiului.

Fig. 3.35 - Vaporizator multitubular cu

circula]ia agentului prin ]evi [11] a-cu ]evi drepte; b-cu ]evi `n U; 1, 2-racorduri agent frigorific; 3, 4-racorduri lichid; 5-]evi; 6-[icane; 7-

manta.

Fig. 3.36 - }evi cu nervuri

interioare

}evile prin care circul\ agentul frigorific pot fi drepte (fig. 3.35a) sau `n U (fig. 3.35b); pe traseul lichidului de r\cit sunt prev\zute [icanele (6), care au rolul de a dirija lichidul peste ]evile cu agent frigorific. Pentru a se `mbun\t\]i

Page 87: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

91

condi]iile `n care are loc transferul de c\ldur\, ]evile prin care circul\ freoni pot fi prev\zute cu nervuri interioare (fig. 3.36). Pentru sarcini frigorifice mici se pot utiliza [i vaporizatoare formate din dou\ ]evi coaxiale (fig. 3.37); prin ]eava interioar\ circul\ lichidul care trebuie r\cit (racordurile 1, 2), iar prin ]eava exterioar\ circul\ agentul frigorific (racordurile 3, 4).

Fig. 3.37 - Vaporizator coaxial

1, 2 – racorduri lichid; 3, 4-racorduri agent frigorific.

Fig. 3.38 – Vaporizator `n pl\ci

1, 2-racorduri lichid; 3, 4-racorduri agent frigorific; 5-plac\.

Schimb\toarele de c\ldur\ `n pl\ci sunt realizate prin îmbinarea de plăci

care realizează între ele spaţii prin care circulă agenţii care schimbă căldură. Aceşti agenţi ocupă alternativ spaţiile dintre plăcile schimbătorului de căldură, astfel încât să nu se amestece între ei. În consecinţă, spaţiile dintre plăci trebuie să fie etanşate faţă de exterior şi faţă de spaţiile în care se găsc alţi agenţi. Sistemul de etanşare trebuie să permită trecerea agenţilor dintr-un spaţiu în altul, uneori prin traversarea spaţiilor destinate altor agenţi. ~n func]ie de solu]ia constructiv\ adoptat\, aceste schimb\toare pot fi demontabile sau nedemontabile ~n fig. 3.38 este prezentat un schimb\tor de c\ldur\ `n pl\ci, nedemontabil; `n fiecare plac\ sunt realizate canale pentru circula]ia fluidului (fig. 3.39). 3.7.1.2. Vaporizatoare pentru aer Aceste vaporizatoare sunt utilizate pentru r\cirea aerului `n spa]iile frigorifice (spa]ii de refrigerare, congelare sau depozitare); sunt realizate sub form\ de ]evi prev\zute cu nervuri exterioare, pentru cre[terea suprafe]ei de contact cu aerul. Solu]iile din fig. 3.41 a [i b sunt prev\zute cu nervuri plane continue (2), prin care trec ]evile (1); la varianta din fig. 3.41c, nervura (3) este `nf\[urat\ pe ]eava prin care circul\ agentul frigorific.

Pentru intensificarea schimbului de c\ldur\ `ntre vaporizator [i aer se utilizeaz\ nervuri (lamele) ambutisate, `n zig-zag sau ondulate (fig. 3.42).

~n cazul `n care vaporizatorul este destinat ob]inerii de temperaturi negative, distanţele dintre ]evi şi dintre nervuri trebuie s\ fie suficient de mari pentru ca ghea]a format\ s\ nu obtureze circula]ia aerului; `n acest caz uneori se

Page 88: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

92

prefer\ utilizarea unor vaporizatoare realizate sub form\ de serpentine, realizate din ]evi netede (1, fig. 3.43), fixate cu ajutorul unor bride (3) pe supor]ii verticali (2).

Fig. 3.39 – Circula]ia fluidelor prin schimb\torul de c\ldur\ `n pl\ci

Fig. 3.40 – Schimb\toare de c\ldur\ `n pl\ci, demontabile

a)

b)

c)

Fig. 3.41 – Vaporizatoare pentru aer a, b-cu nervuri sub form\ de aripioare; c-cu nervuri `nf\[urate; 1-]evi; 2-lamele continue; 3-nervuri `nf\[urate.

Circula]ia aerului prin vaporizator se poate realiza natural sau for]at.

Page 89: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

93

Fig. 3.42 – Tipuri de lamele

ambutisate [11]

Fig. 3.43 – Vaporizator pentru r\cirea

aerului [11] 1-serpentin\; 2-suport; 3-brid\ de prindere.

Vaporizatorul din fig. 3.43, la care circula]ia aerului se face natural (prin convec]ie liber\) este realizat sub forma unei serpentine cu ]evi netede, fiind montat pe peretele spa]iului ce trebuie r\cit; acest tip de vaporizator se utilizeaz\ pentru r\cire la temperaturi negative şi permite o degivrare (topire a ghe]ii formate pe vaporizator) u[oar\. ~n cazul vaporizatoarelor destinate spa]iilor cu temperaturi pozitive (2…40C), ]evile vaporizatorului pot fi prev\zute cu aripioare. Este important ca lungimile serpentinelor legate în serie să nu fie prea mari, deoarece în acest caz cresc mult pierderile de presiune. ~n acest scop, vaporizatorul poate fi realizat conform schemei din fig. 3.44, fiind format din colectoarele (1) [i (5), `ntre care sunt montate ]evile nervurate (3). Exist\ [i posibilitatea mont\rii vaporizatorului `n plafon (fig. 3.45).

Fig. 3.44 – Vaporizator de perete

1, 5-colectoare; 2, 4-supor]i; 3-]evi nervurate; 6-racord. Vaporizatoarele cu circula]ie for]at\ a aerului sunt prev\zute cu

ventilatoarele (1, fig. 3.46) pentru vehicularea aerului peste conductele vaporizatorului (2, fig. 3.46); vaporizatorul este format din mai multe sec]ii (1, fig. 3.47), conectate `n paralel la colectoarele (2) [i (3).

}evile care formeaz\ sec]iile pot fi dispuse `n triunghi (fig. 3.48a) sau p\trat (fig. 3.48b). Dispunerea ţevilor după triunghiuri echilaterale asigură un

Page 90: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

94

coeficient de transfer termic mai bun, dar cu pierderi de presiune mai mari pe circuitul de aer, în timp ce dispunerea în pătrate asigură un transfer termic mai puţin performant, dar caracterizat prin pierderi de presiune mai reduse pe circuitul de aer.

Fig. 3.45 – Vaporizator cu circula]ie natural\ a aerului, montat `n plafon [11] 1-racord; 2, 3-colectoare; 4-suport de rigidizare; 5-]evi nervurate; 6-suport; 7-cot de leg\tur\.

Fig. 3.46 – Vaporizator cu circula]ie for]at\ a aerului

1-ventilator; 2-vaporizator

Fig. 3.47 – Construc]ia vaporizatorului 1-sec]ii; 2, 3-colectoare; 4-lamele.

Fig. 3.48 – Dispunerea ]evilor `ntr-un vaporizator cu circula]ie for]at\ a aerului p-pasul ]evilor; d-diametrul ]evilor.

~n fig. 3.49 este prezentat modul de amplasare `n tavan a unui vaporizator

cu un singur flux de aer. Aerul este aspirat prin partea din spate a aparatului, este răcit în vaporizatorul (1) şi apoi refulat peste produsele din camera frigorifică. Ventilatoarele (2) fie aspiră aerul prin vaporizator (cazul din figur\), fie refuleaz\

Page 91: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

95

aerul peste vaporizator. Aparatele de acest tip sunt plasate pe tavan, aproape de pereţi, ceea ce permite evacuarea uşoară a apei provenite din degivrare.

Fig. 3.49 - Vaporizator de plafon, cu un singur flux de aer 1-vaporizator; 2-ventilator.

3.7.1.3. Vaporizatoare pentru r\cire prin contact Se utilizeaz\ pentru congelarea prin contact a produselor alimentare, instala]ia find format\ din pl\ci metalice r\cite, `ntre care se a[eaz\ produsele de congelat (fig. 3.50). ~n func]ie de solu]ia adoptat\, pl\cile metalice pot fi:

• realizate prin `mbinarea (sudarea) a dou\ foi din tabl\ de aluminiu, profilate prin ambutisare pentru a forma canale prin care circul\ agentul frigorific (fig. 3.51a, b);

• ob]inute prin extrudare (fig. 3.51c); • formate din foi de aluminiu plane (1, fig. 3.51d) `ntre care se g\se[te

serpentina (3), prin care circul\ agentul frigorific. 3.7.2. Condensatoare Condensatoarele asigur\ r\cirea pân\ la temperatura de satura]ie [i apoi condensarea agentului frigorific, proces `nso]it de cedare de c\ldur\ c\tre mediul `nconjur\tor. ~n func]ie de puterea termic\, condensatoarele pot fi:

• r\cite cu ap\, pentru puteri termice de peste 250 kW; • r\cite cu aer, pentru puteri termice sub 50kW; • r\cite mixt, cu ap\ [i aer, pentru puteri de 50…250 kW.

3.7.2.1. Condensatoare r\cite cu ap\ Cel mai utilizat tip de condensator r\cit cu ap\ este cel multitubular (fig. 3.52), cu circula]ia apei de r\cire prin ]evi (pentru a evita formarea de depuneri); agentul frigorific se r\ce[te `n spa]iul dintre ]evi [i manta. Alimentarea cu apa de r\cire se face pe la partea inferioar\ a condensatorului (racordul 5), asigurându-se astfel o u[oar\ subr\cire a agentului frigorific la ie[irea prin racordul (4).

Exist\ [i condensatoare multitubulare montate vertical, precum [i condensatoare coaxiale, având o construc]ie similar\ celei a vaporizatoarelor

Page 92: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

96

coaxiale (fig. 3.37).

Fig. 3.50 – Instala]ie de congelare prin contact direct

d)

Fig. 3.51 – Vaporizatoare pentru r\cire prin contact a, b-foi din tabl\ sudate; c-extrudate; d-cu serpentin\ pentru circula]ia agentului frigorific; 1-foaie

din tabl\; 2-suport; 3-serpentin\.

Fig. 3.52 – Condensator multitubular orizontal [23]

1-manta; 2-]evi pentru apa de r\cire; 3, 4-racorduri pentru agent frigorific; 5-racorduri pentru apa de r\cire.

3.7.2.2. Condensatoare r\cite cu aer Principial, condensatoarele r\cite cu aer sunt asem\n\toare vaporizatoarelor r\cite cu aer; circula]ia aerului se poate realiza natural sau for]at.

Page 93: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

97

~n cazul r\cirii for]ate, debitul de aer este de 300…600 m3/h pentru fiecare kW de sarcină termică a condensatorului. 3.7.2.3. Condensatoare cu r\cire mixt\ Principiul r\cirii mixte const\ `n realizarea curgerii libere a apei pe suprafa]a exterioar\ a condensatorului, fluxul de c\ldur\ fiind preluat atât de ap\ (care absoarbe c\ldur\ prin evaporare) cât [i de aerul din mediul `nconjur\tor. La condensatoarele atmosferice, apa este pulverizat\ pe ]evile aparatului [i curge sub form\ de pelicul\, preluând c\ldura [i cedând-o apoi aerului atmosferic.

Fig. 3.53 – Condensator r\cit cu aer Fig. 3.54 – Grup compresor – condensator r\cit cu aer

Condensatoarele cu r\cire mixt\ cu evaporare for]at\ sunt realizate conform schemei din fig. 3.55.

Fig. 3.55 – Condensator cu r\cire mixt\, cu evaporare for]at\ [23] 1-bazin pentru ap\; 2-serpentina condesatorului; 3-ramp\ de pulverizare; 4-separator de pic\turi; 5-ventilator; 6-pomp\.

Acesta este prev\zut cu un ventilator (5) care asigur\ circula]ia aerului `n contracurent cu apa pulverizat\ de rampa (3) pe serpentina condensatorului. C\ldura de condensare este preluat\ `n cea mai mare parte de apa care se evapor\ `n curentul de aer; curentul ascendent de aer contribuie de asemenea la

Page 94: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

98

r\cirea condensatorului. Separatorul de pic\turi (4) re]ine apa sub form\ de pic\turi antrenat\ de c\tre aer. ~n bazinul (1) are loc colectarea apei scurse de pe serpentina condensatorului [i a celei re]inute de separatorul de pic\turi. Deoarece o parte din ap\ se evapor\ [i este evacuat\ `n atmosfer\ odat\ cu aerul antrenat de ventilator, nivelul apei din bazinul (1) trebuie completat periodic. Consumul de ap\ este mult redus fa]\ de sistemele de r\cire cu evaporare liber\. 3.7.3. Degivrarea

Decongelarea (degivrarea) vaporizatoarelor pentru răcirea aerului este necesară deoarece gheaţa sau zăpada care se depun pe suprafaţa de transfer termic a bateriilor se comportă ca un izolator termic şi în plus reduce suprafaţa liberă de circulaţie a aerului. În aceste condiţii, la un moment dat eficienţa vaporizatoarelor devine inacceptabil de redusă.

Formarea de ghea]\ apare ca urmare a faptului c\ temperatura suprafe]elor vaporizatorului este mai mic\ decât temperatura punctului de rou\, ceea ce duce la condensarea umidit\]ii din aer [i ulterior la formarea de z\pad\ sau ghea]\.

Fig. 3.56 – Ghea]\ format\ pe vaporizator

Degivrarea cu aer cald se poate utiliza în camerele de refrigerare, `n care

temperaturile sunt pozitive (2…40). Prin întreruperea producerii de frig, aparatul se degivrează datorită circulaţiei aerului. Eficienţa degivrării se poate îmbunătăţi prin recircularea peste bateriile de răcire, în aceste perioade, a aerului din exterior, printr-un sistem de tubulaturi.

Degivrarea electric\ este un procedeu utilizat în camere cu temperaturi negative. Căldura necesară topirii gheţii este furnizată de rezistenţe electrice amplasate în interiorul ţevilor cu aripioare sau în exteriorul acestora. Distribuţia rezistenţelor trebuie realizată astfel încât încălzirea cea mai intensă să se realizeze în partea inferioară a bateriei. Degivrarea cu vapori calzi este posibil\ atunci când instala]ia frigorific\ este prev\zut\ cu mai multe vaporizatoare, montate `n paralel. Vaporizatorul care trebuie degivrat se alimenteaz\ cu vaporii supra`nc\lzi]i refula]i de c\tre compresor, `n timp ce restul vaporizatoarelor func]ioneaz\ normal. O schem\ de

Page 95: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

99

realizare a degivr\rii cu vapori calzi este prezentat\ `n fig. 3.57.

Fig. 3.57 – Degivrarea vaporizatoarelor cu vapori calzi

C-compresor; K-condensator; V1, V2-vaporizatoare; VL1, VL2-ventile de laminare; D-distribuitor; SU-separator ulei; R1…R9-robinete.

~n cazul func]ion\rii normale a instala]iei, robinetele (R2), (R4) [i (R8) sunt `nchise, `n timp ce robinetele (R1) [i (R3) sunt deschise. Pentru degivrarea vaporizatorului (V1), se deschid robinetele (R2) [i (R8), iar robinetul (R1) se `nchide; astfel, vaporizatorul este scos din circuitul normal [i este alimentat, prin (R2) [i (R8), cu vapori refula]i de c\tre compresor. Are loc astfel decongelarea vaporizatorului; condensul format `n timpul decongel\rii este refulat `n conducta de alimentare (D) a vaporizatoarelor func]ionând `n regim de r\cire.

Degivrarea prin inversarea ciclului este utilizabilă în cazul în care vaporizatorul şi condensatorul sunt construite din ţevi prevăzute cu aripioare. Prin inversarea ciclului, vaporizatorul devine condensator, iar condensatorul devine vaporizator. Căldura cedată de agent în vaporizatorul devenit condensator asigur\ topirea gheţii. Deoarece în perioada de degivrare pe condensatorul devenit vaporizator se poate forma gheaţă, ambele schimbătoare de căldură trebuie să fie prevăzute cu tăvi pentru colectarea apei provenite din degivrare. Pentru inversarea ciclului este necesară utilizarea unui ventil special cu patru căi. Schema unei instala]ii frigorifice care permite degivrarea prin inversarea ciclului este prezentat\ `n fig. 3.58. Elementul care permite inversarea rolurilor `ntre vaporizator [i condensator este supapa cu patru c\i (4); `n situa]ia din desen, instala]ia frigorific\ func]ioneaz\ normal, schimb\torul de c\ldur\ (1) având rolul de condensator, iar schimb\torul (5) pe cel de vaporizator. Prin ac]ionarea supapei cu patru c\i astfel `ncât racordul (1) s\ fie pus `n leg\tur\ cu (2), iar racordul (3) cu racordul (4) – detaliul a) - sensul circula]iei lichidului se schimb\, (1) devenind vaporizator [i (5) condensator.

Supapele de sens unic (6) [i (9) asigur\ scurtcircuitarea ventilului de laminare care nu este utilizat; pentru cazul din figur\ ventilul de laminare (9) este scos din circuitul agentului frigorific, ventilul (6) asigurând destinderea lichidului `nainte de intrarea `n vaporizatorul (5).

3.7.4. Ventile de laminare termostatice

Ventilele de laminare termostatice sunt comandate atât de presiunea

Page 96: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

100

agentului frigorific, cât [i de temperatura acestuia la ie[irea din vaporizator. ~n acest scop, elementul sensibil al ventilului (bulbul) este montat la ie[irea din vaporizator (fig.3.59), `n zona `n care are loc supra`nc\lzirea agentului frigorific vaporizat; parametrii de stare ai agentului `n acest loc sunt Ts [i respectiv pe. ~n interiorul bulbului se g\se[te de asemenea agent frigorific, aflat la presiunea ps>pe; diferen]a de presiune ps – pe depinde de temperatura Ts a agentului supra`nc\lzit.

Fig. 3.58 – Inversarea ciclului unei instala]ii frigorifice

1-condensator; 2-acumulator agent frigorific; 3-compresor; 4-supap\ cu patru c\i; 5-vaporizator; 6, 9-ventile de laminare termostatice; 7, 10-supape de sens unic; 8-filtru.

Fig. 3.59 – Principiul de func]ionare al ventilului termostatic

Te, pe – temperatura [i presiunea de vaporizare; Ts - temperatura de supra`nc\lzire; ps - presiunea agentului frigorific din bulbul ventilului termostatic

Construc]ia [i func]ionarea ventilului termostatic rezult\ din fig.3.60; fa]a superioar\ a membranei (6) este pusă `n leg\tur\ cu bulbul (9) al ventilului prin tubul capilar (7). Atunci când gradul de supra`nc\lzire al agentului frigorific scade, Ts [i respectiv ps scad, iar arcul (5) ridic\ supapa (3), mic[orând sec]iunea de trecere a agentului. Astfel, vaporizatorul este alimentat cu mai pu]in lichid, permi]ându-se cre[terea gradului de supra`nc\lzire. Atunci când temperatura

Page 97: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

101

vaporilor cre[te, presiunea ps cre[te, iar supapa (3) este coborât\; sec]iunea de trecere a agentului prin ventil cre[te [i `n vaporizator intr\ mai mult lichid, ceea ce va permite reducerea gradului de supra`nc\lzire.

Men]inerea constant\ a gradului de supra`nc\lzire a vaporilor este corelat\ [i cu puterea frigorific\ pe care trebuie s\ o furnizeze vaporizatorul. Astfel, dac\ necesarul de frig cre[te (depozitul frigorific a fost alimentat cu o cantitate mare de produse proaspete [i calde), excesul de c\ldur\ determin\ cre[terea gradului de supra`nc\lzire al vaporilor [i va conduce la cre[terea sec]iunii de trecere oferite de c\tre ventil; debitul de lichid `n vaporizator cre[te [i astfel se poate compensa cre[terea necesarului de frig. Dac\ necesarul de frig scade (toate produsele din depozit au fost r\cite), gradul de supra`nc\lzire al vaporilor scade, iar supapa (3) mic[oreaz\ sec]iunea de trecere, mic[orând astfel debitul de agent spre vaporizator.

Prezen]a ventilului termostatic `n instala]ie asigur\ men]inerea constant\ a gradului de supra`nc\lzire al vaporilor, evitându-se astfel ca `n compresor s\ p\trund\ agent frigorific `n stare lichid\.

Fig. 3.60 – Construc]ia [i montarea ventilului termostatic cu egalizare

intern\ a presiunilor 1- ventil termostatic; 2 - racord intrare; 3 - supap\; 4 - racord ie[ire; 5 - arc;

6 - membran\; 7 - tub capilar; 8 - vaporizator; 9 - bulb. Func]ionarea corect\ a acestui tip de ventil termostatic se bazeaz\ pe presupunerea c\ presiunea este aceea[i `n corpul ventilului [i `n vaporizator; `n cazul vaporizatoarelor cu trasee de curgere lungi, precum [i `n cazul celor formate din mai multe serpentine montate `n paralel, c\derea de presiune pe vaporizator poate fi semnificativ\ (valori de 1…2 bari fiind uzuale). ~n acest caz ventilul este prev\zut cu un racord de egalizare extern\ a presiunii, conform schemei din fig. 3.61; se observ\ c\ presiunea este preluat\ prin conducta (2) din zona vaporizatorului `n care are loc supra`nc\lzirea vaporilor. Exist\ posibilitatea utiliz\rii unui ventil de reglaj controlat electric; la schema din fig.3.63, pozi]ia supapei (3) [i deci sec]iunea de trecere a agentului sunt controlate electric, de c\tre elementul de ac]ionare (4), comandat de

Page 98: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

102

termistorul (1), montat `n zona de supra`nc\lzire a vaporizatorului.

Fig.3.61 – Montarea ventilului termostatic cu egalizare exterioar\ a presiunii 1 - ventil; 2 - conduct\ pentru egalizarea presiunii; 3 - tub capilar; 4 - bulb; 5 - zon\ de supra`nc\lzire a vaporilor; 6 - vaporizator.

Fig. 3.62 – Utilizarea ventilului termostatic cu egalizare externă a presiunii la un vaporizator cu serpentine montate `n paralel 1 - electroalv\; 2 - ventil termostatic; 3 - distribuitor; 4 - tub capilar; 5 - conduct\ pentru egalizarea presiunii; 6 - bulb.

Fig. 3.63 – Ventil de laminare controlat electric 1 - termistor; 2 - vaporizator; 3 - supap\; 4 - element ac]ionare; 5 - intrare agent frigorific.

3.8. INSTALA}II FRIGORIFICE CU ABSORB}IE [2, 11, 38, 39]

Funcţionarea instalaţiei frigorifice cu absorbţie se bazează tot pe ciclul Carnot inversat, compresia agentului frigorific realizându-se pe cale termochimică, prin utilizarea unui amestec binar, consumându-se energie termică. Amestecurile binare, utilizate ca agent de lucru în instalaţiile frigorifice cu absorbţie, sunt constituite din doua componente: agentul frigorific şi absorbantul. Absorbantul trebuie să dizolve puternic agentul frigorific fără să

Page 99: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

103

intre `n reacţie cu acesta [i trebuie s\ aibă temperatura de vaporizare mult mai mare decât agentul frigorific. Procesul de absorbţie este însoţit, de obicei, de o degajare de căldură, care trebuie evacuat\ pentru a nu frâna procesul, absorbţia fiind mai intensă la temperatură coborâtă.

~n instalaţiile frigorifice cu absorbţie, cea mai mare răspândire o are amestecul ap\-amoniac, apa fiind un puternic absorbant pentru amoniac. ~n tehnica condiţionării se mai utilizează [i amestecul apă-bromură de litiu, apa fiind agentul frigorific, iar bromura de litiu fiind absorbantul.

Instalaţiile frigorifice cu absorbţie pot fi cu funcţionare continuă [i cu funcţionare periodică. Schema de principiu a unei instalaţii frigorifice cu absorbţie cu funcţionare continuă este prezentată în figura 3.64.

~n vaporizatorul (V) agentul frigorific se vaporizează, absorbind căldura Q0 la nivel termic coborât, din incinta răcită sau de la agentul intermediar (purtător de frig). Vaporii de amoniac formaţi pătrund în absorbitorul (A), unde se dizolvă `n soluţia săracă de amoniac `n apă. Cantitatea de c\ldur\ Qa este evacuat\ prin apa de r\cire. Astfel se formeaz\ solu]ie concentrat\ `n amoniac, care este preluat\ de pompa (P) [i trimis\ `n generatorul de vapori (G). Aici, pe baza c\ldurii Qg primite din exterior, are loc desorb]ia agentului frigorific (amoniacul trece `n stare de vapori, cantitatea de c\ldur\ furnizat\ fiind insuficent\ pentru vaporizarea apei).

Astfel, la partea superioar\ a generatorului se vor g\si vapori de amoniac, `n timp ce la partea inferioar\ se va g\si o solu]ie s\rac\ `n amoniac. Vaporii trec prin condensatorul (G), unde se transform\ `n lichid, iar dup\ destindere `n ventilul de laminare (VL2), vaporii ajung `n vaporizator.

Solu]ia s\rac\ `n amoniac se `ntoarce din generatorul de vapori `n absorbitor prin ventilul de laminare (VL1).

Fig. 3.64 - Instala]ie frigorific\ cu absorb]ie [26] V-vaporizator; A-absorbitor; G-generator de vapori; C-condensator; VL1, VL2-ventile de laminare.

O schem\ `mbun\t\]it\ de instala]ie frigorific\ cu absorb]ie este prezentat\ `n fig. 3.65.

Page 100: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

104

Fig. 3.65 - Instala]ie frigorific\ cu absorb]ie, `mbun\t\]it\ [26] V-vaporizator; A-absorbitor; G-generator de vapori; C-condensator; VL1, VL2-ventile de laminare; D-deflegmator; E-schimb\tor intern de c\ldur\ (economizor).

Economizorul (E) are rolul de a `nc\lzi solu]ia amoniacal\ concentrat\ ce este trimis\ de pompa (P) `n generatorul de vapori (G), pe seama c\ldurii preluate de la solu]ia amoniacal\ s\rac\, care trece prin ventilul de laminare (VL1) spre absorbitorul (A). Deflegmatorul (D) este r\cit cu ap\ [i asigur\ condensarea vaporilor de ap\ existen]i `n masa de vapori de amoniac; practic, la ie[irea din deflegmator exist\ doar vapori de amoniac. Apa condensat\ se `ntoarce `n generatorul de vapori (G). La ie[irea din generator vaporii trec printr-o zon\ prev\zut\ cu [icane, denumit\ rectificator, care are rolul de a re]ine apa antrenat\ odat\ cu vaporii de amoniac. ~n unele instala]ii frigorifice de capacitate mic\ (frigidere) se utilizeaz\ ma[ini cu absorb]ie cu gaz inert. Amestecul de lucru este format din ap\ (absorbant), amoniac (agent frigorific) [i un agent de transport (hidrogen). Gazul inert (hidrogenul) are urm\toarele roluri:

• este utilizat ca mediu de egalizare a presiunilor `ntre diferitele p\r]i componente ale instala]iei [i elimin\ pompa de circula]ie a solu]iei dintre absorbitor [i generator;

• serve[te ca mediu de transport pentru agentul frigorific. Schema de principiu a instala]iei este prezentat\ `n fig. 3.66; presiunea

este aceea[i `n `ntreaga instala]ie, iar amoniacul are diferite presiuni par]iale `n diferite zone ale instala]iei, `n func]ie de procesul termodinamic ce are loc `n acea zon\. Pentru o temperatur\ de condensare de 300C, presiunea de vaporizare a amoniacului este de 12 bar, fiind egal\ cu presiunea total\ din instala]ie (`n condensator exist\ doar amoniac, deci presiunile par]iale ale hidrogenului [i vaporilor de ap\ sunt nule).

Vaporii de amoniac pleac\ din generatorul de vapori (G), trec prin deflegmatorul (D), [i ajung `n condensatorul (C), unde elimin\ gazul inert care eventual ar putea s\ se afle aici. Amoniacul aflat `n stare lichid\ la ie[irea din condensator intr\ `n vaporizatorul (V), umplut cu hidrogen. Aici au loc procesele

Page 101: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

105

de evaporare a amoniacului [i de difuzie a vaporilor `n gazul inert. Procesul de evaporare este determinat de diferen]a dintre presiunea par]ial\ a vaporilor din stratul superficial de lichid [i cea a vaporilor din amestecul cu gaz inert; pe m\sur\ ce se formeaz\ vapori, cre[te presiunea par]ial\ a acestora `n gazul inert. Amestecul amoniac-hidrogen este mai greu decât hidrogenul pur; ca urmare, amestecul coboar\ c\tre partea inferioar\ a vaporizatorului [i apoi c\tre absorbitorul (A). ~n absorbitor, solu]ia amoniacal\ s\rac\ absoarbe vaporii de amoniac, hidrogenul devine mai u[or [i trece din nou `n evaporator (circuitul 6-3). Astfel, prin diferen]\ de densitate, `ntre vaporizator [i absorbitor exist\ o circula]ie continu\ a hidrogenului. Solu]ia bogat\ `n amoniac circul\ spre generatorul de vapori (G); `n serpentina din jurul rezisten]ei electrice de `nc\lzire solu]ia amoniacal\ bogat\ se `nc\lze[te, realizându-se astfel o circula]ie prin termosifon a acesteia c\tre generator. ~n generatorul de vapori, aceea[i rezisten]\ electric\ asigur\ fierberea solu]iei [i formarea vaporilor de amoniac. Datorit\ diferen]ei de nivel h dintre generator [i absorbitor, solu]ia amoniacal\ s\rac\ se `ntoarce `n absorbitor, `n timp ce vaporii de amoniac ies pe la partea superioar\ a generatorului; `n deflegmatorul (D) are loc condensarea vaporilor de ap\, dup\ care vaporii de amoniac ajung `n condensator.

Fig. 3.66 – Instala]ie frigorific\ cu absorb]ie, cu gaz inert [11] A-absorbitor; G-generator de vapori; D-deflegmator; C-condenstator; V-vaporizator; E1, E2-economizoare (schimb\toare de c\ldur\).

~n economizorul (E2), solu]ia s\rac\ realizeaz\ pre`nc\lzirea solu]iei bogate ce trece c\tre generatorul de vapori; `n economizorul (E1), vaporii reci de amoniac care circul\ c\tre absorbitor realizeaz\ r\cirea hidrogenului care trece c\tre vaporizator. Amplasarea elementelor componente ale unei astfel de instala]ii frigorifice `ntr-un frigider cu absorb]ie rezult\ din fig. 3.67.

Page 102: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

106

Fig. 3.67 – Frigider cu absorb]ie [i gaz inert [11] 1-rezervor solu]ie bogat\; 2-serpentina termosifonului; 3-generator de vapori; 4-rectificator; 5-rezervor de hidrogen; 6-condensator; 7-economizor pentru gaze (E1); 8-vaporizator; 9-absorbitor; 10-racord solu]ie s\rac\; 11-economizor lichide (E2); 12-rezisten]\ electric\; 13-racord de umplere a instala]iei; 14-deflegmator.

3.9. INSTALA}II FRIGORIFICE TERMOELECTRICE [11]

Efectele termoelectrice, care apar în conductoarele străbătute de curent electric în prezenţa unui gradient de temperatură, sunt rezultatul interdependenţei între curentul electric şi curentul caloric. Există trei efecte termoelectrice: efectul Seebeck, efectul Thomson* şi efectul Peltier.

Efectul Seebeck constă în apariţia unei tensiuni termoelectrice în conductori de natură diferită, ale căror suduri (1 [i 2, fig. 3.68) se găsesc la temperaturi diferite. Acest fenomen a fost pus `n eviden]\ de c\tre Thomas Seebeck `n anul 1821. Tensiunea Seebeck depinde de natura conductorilor şi de gradientul de temperatură [i este dat\ de rela]ia:

( ) ( )12 TTSSU BA −⋅−= , `n care SA [i SB sunt coeficienţii termoelectrici absoluţi (coeficien]ii Seebeck) corespunz\tori materialelor din care sunt realizaţi conductorii, iar T1 [i T2 sunt temperaturile celor dou\ suduri. Efectul Seebeck are aplicaţii la confecţionarea * În 1851 Thomson (lord Kelvin) descoperă că într-un conductor omogen ale cărui capete se află la temperaturi diferite se produce sau se absoarbe în mod reversibil o cantitate de căldură proporţională cu cantitatea de electricitate deplasată. Efectul Thomson este altceva decât efectul Joule: în cazul efectului Joule materialul se încălzeşte sub acţiunea curentului electric, se generează căldura în mod ireversibil, indiferent de sensul curentului electric şi proportional cu pătratul intensităţii lui, iar în efectul Thomson se poate genera sau absorbi căldură în mod reversibil, depinzând de sensul curentului electric şi proportional cu intensitatea lui.

Page 103: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

107

termocuplelor, dispozitive care sunt folosite la măsurarea temperaturilor. Materialele din care sunt confecţionate termocuplele se aleg în func]ie de intervalul de temperatur\, de precizia necesară, de cost, durata de viaţă etc.

Fig. 3.68 – Efectul Seebeck A, B-conductoare din metale diferite; 1, 2-suduri; 3-voltmetru.

~n 1834 Jean Peltier a descoperit c\, trecând un curent electric prin sudura realizat\ din dou\ metale diferite, `n func]ie de sensul curentului, se absoarbe sau se cedeaz\ o cantitate o cantitate de c\ldur\, propor]ional\ cu cantitatea de electricitate ce traverseaz\ jonc]iunea, acesta fiind denumit efectul Peltier. ~n cazul schemei din fig. 3.69, sudura (4) se r\ce[te (este sudura rece), `n timp ce sudura (3) se `nc\lze[te (aceasta fiind sudura cald\).

Fig. 3.69 – Efectul Peltier 1, 2-conductori; 3, 4-suduri;

0Q& -c\ldura absorbit\;

Q& -c\ldura cedat\.

Efectul Peltier este redus `n cazul utiliz\rii metalelor, el putând fi amplificat prin utilizarea semiconductorilor de tip p [i n (fig. 3.70). Ace[tia sunt ob]inu]i din semiconductori c\rora li se adaug\ impurit\]i. Fluxul de c\ldur\ schimbat prin efect Peltier cu mediul `nconjur\tor `n punctul de jonc]iune a doi semiconductori este:

( ) [ ]WIIQp ⋅Π−Π=⋅Π= 2112& ,

`n care ∏12 este coeficientul Peltier al cuplului format din cei doi semiconductori, ∏1 [i ∏2 sunt coeficien]ii Peltier ai celor dou\ materiale (Π=S∙T), iar I este intensitatea curentului electric [A].

Efectul Peltier este diminuat de dou\ fenomene auxiliare: • `nc\lzirea semiconductorilor la trecerea curentului electric, prin efect

Joule-Lenz; • transferul de c\ldur\ prin conduc]ie de la sudura cald\ la cea rece.

Fluxul de c\ldur\ din cauza efectului Joule-Lenz este:

[ ]WIRQ j2⋅=& .

Pentru calculul puterii frigorifice se admite c\ jum\tate din aceast\ c\ldur\ se transmite sudurii calde [i jum\tate sudurii rece. Transferul de c\ldur\ de la sudura cald\ la cea rece este dat de rela]ia:

Page 104: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

108

( ) [ ]WTTkQF 0−⋅=& ,

`n care k este coeficientul global de transfer de c\ldur\ de la sudura cald\ la cea rece [W/K], T este temperatura sudurii calde, iar T0 este temperatura sudurii reci.

Fig. 3.70 – Ob]inerea efectului Peltier cu ajutorul semiconductorilor

1-semiconductor de tip n; 2-jonc]iune; 3-semiconductor de tip p.

Fig. 3.71 – Element Peltier 1-substrat ceramic; 2-semiconductor de tip p; 3-semiconductor de tip n; 4-contact metalic.

Coeficientul global de transfer de c\ldur\ se poate determina cu rela]ia:

( )22111 ssl

k ⋅+⋅⋅= λλ ,

`n care λ1 [i λ2 sunt coeficien]ii conductivitate termic\ ai celor dou\ materiale [W/m·K], s1 [i s2 sunt sec]iunile celor dou\ bra]e ale elementului Peltier [m2], iar l este lungimea [m]. }inând cont de cele men]ionate mai sus, puterea frigorific\ va fi:

( ) [ ]WTTkIRITSQ 02

0120 5,0 −⋅−⋅⋅−⋅⋅=& .

Puterea frigorific\ maxim\ se ob]ine punând condi]ia 00 =dIQd &

, care ne

conduce la valoarea optim\ a intensit\]ii curentului:

[ ]AR

Iopt12Π

= ,

iar puterea frigorific\ maxim\ va fi:

( ) [ ]WTTkR

Q 0

212

max0 5,0 −⋅⋅Π

⋅=& .

Temperatura minim\ a sudurii reci se ob]ine atunci când fluxul de c\ldur\ datorat efectului Peltier compenseaz\ c\ldura transferat\ prin conduc]ie [i cea produs\ de efectul Joule-Lenz:

Page 105: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

109

jpF QQQ &&& ⋅−= 5,0 .

Introducând rela]ia pentru intensitatea optim\ a curentului electric [i ]inând cont de rela]iile de mai sus, rezult\ diferen]a de temperatur\ maxim\ ce se poate ob]ine prin efect Peltier:

( )kR

TT⋅⋅

Π=−

2

212

max0 ,

rela]ie care permite determinarea temperaturii sudurii reci `n func]ie de temperatura sudurii calde. Eficien]a frigorific\ a elementului Peltier se define[te ca fiind:

PQ

f0&

=ε ,

unde P este puterea consumat\:

( ) ( ) ITTSSIRP ⋅−⋅−+⋅= 0212 .

Astfel, eficien]a frigorific\ va fi: ( )

( ) ITTSIRTTkIRITS

f ⋅−⋅+⋅−⋅−⋅⋅−⋅⋅

=012

20

2012 5,0ε .

Fluxul de c\ldur\ cedat de c\tre sudura cald\ Q& se determin\ din rela]ia:

( )02

120 5,0 TTkIRITSQPQQ −⋅−⋅⋅+⋅⋅=⇒+= &&& .

Eficien]a frigorific\ maxim\ rezult\ punând condi]ia 0=dI

d fε, rela]ie

din care rezult\ intensitatea curentului electric:

( )MkTTTT

I +⋅Π

⋅⋅

+−

= 12

120

0 ,

`n care:

• ( )021 TTZM +⋅+= ;

• kR

SZ

⋅=

212 (eficacitatea termocuplului).

~nlocuind intensitatea curentului `n rela]ia eficien]ei frigorifice, `n final ob]inem eficien]a frigorific\ maxim\:

fCf MTTM

TTT

εε <+

−⋅

−=

10

0

0max ,

adic\ o eficien]\ mai mic\ decât cea a ciclului Carnot invers delimitat de temperaturile T [i T0. Un sistem de r\cire utilizând un element Peltier este construit, `n principiu, conform schemei din fig. 3.72. Se observ\ c\ elementul (3) este montat `ntre radiatoarele (2) [i (4), unul aflându-se `n spa]iul care trebuie r\cit, iar cel de

Page 106: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

110

al doilea `n exteriorul acestuia. Ventilatoarele (1) [i (5) asigur\ circula]ia aerului peste radiatoare, `mbun\t\]ind condi]iile `n care are loc transferul de c\ldur\; `n plus, ventilatorul din spa]iul r\cit asigur\, prin circula]ia aerului, uniformizarea temperaturii `n `ntregul volum.

Fig. 3.72 – Sistem de r\cire cu element

Peltier 1, 5-ventilatoare; 2, 4-radiatoare; 3-element

Peltier

Fig. 3.73 – Element Peltier montat `ntre

radiatoare 1-element Peltier; 2-radiatoare

Fig. 3.74 – Element Peltier

Fig. 3.75 – Minifrigider cu element Peltier, alimentat din portul USB al

calculatorului

Un material curent utilizat pentru realizarea elementelor Peltier este Bi2Te3; pentru semiconductorul de tip n, coeficientul Seebeck este

KVS /287µ−= , iar pentru semiconductorul de tip p coeficientul Seebeck este

KVS /81µ= . Temperatura minim\ realizat\ cu un singur element Peltier poate atinge valori de pân\ -300C; temperaturi mai sc\zute se realizeaz\ prin montarea `n serie a mai multor elemente Peltier. Principalele dezavantaje ale utiliz\rii elementelor Peltier pentru r\cire sunt legate `n primul rând de costul ridicat al acestora, dar [i de fragilitatea elementelor, care nu rezist\ [ocurilor mecanice.

Page 107: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

111

4. AERUL UMED 4.1. INTRODUCERE Aerul atmosferic are o compozi]ie variabil\, con]inând azot, oxigen carbon, bioxid de carbon, vapori de ap\, impurit\]i solide etc. Pentru calculul instala]iilor de climatizare [i condi]ionare se consider\ c\ aerul atmosferic este format doar din:

• aer uscat; • vapori de ap\.

Din acest motiv aerul atmosferic mai este denumit [i aer umed. Experimental s-a constatat c\ exist\ o anumit\ cantitate maxim\ de vapori de ap\ pe care o poate con]ine aerul atmosferic, aceast\ cantitate fiind `n func]ie de presiunea [i temperatura acestuia; la presiune constant\, cre[terea temperaturii conduce la cre[terea cantit\]ii maxime de vapori. Cea mai evident\ manifestare a acestui fapt o constituie cea]a, care se formeaz\ atunci când temperatura aerului scade brusc; sc\derea temperaturii conduce la sc\derea cantit\]ii maxime de vapori de ap\ din aer, surplusul de vapori condensându-se sub form\ de pic\turi fine de ap\, aflate `n suspensie `n aer.

Temperatura la care are loc condesarea vaporilor, pentru o anumit\ presiune, se nume[te punct de rou\.

Atunci când aerul con]ine cantitatea maxim\ de vapori de ap\ se spune c\ este saturat; la 00C, presiunea de satura]ie este de 4,579 mm Hg, iar la 1000C presiunea de satura]ie este de 760 mm Hg.

La presiuni reduse (presiunea atmosferic\), vaporii de ap\ au o comportare asem\n\toare celei a gazelor perfecte; ca urmare, aerul umed poate fi considerat ca fiind un amestec de gaze perfecte, pentru care este valabil\ legea lui Dalton:

vaB ppp += ,

unde pB este presiunea barometric\ (sau atmosferic\), pa este presiunea par]ial\ a aerului uscat, iar pv este presiunea par]ial\ a vaporilor de ap\. La temperaturile uzuale ale atmosferei, presiunea par]ial\ a vaporilor de ap\ este de (2…3)⋅103 Pa, fa]\ de presiunea barometric\ normal\ care este de 1,013⋅105 Pa. La acea[i presiune, cantitatea de vapori de ap\ din aer este cuprins\ `ntre 3,82 g/kg la 00C [i 42,41 g/kg la 300C. 4.1.1. Parametrii aerului umed [2, 7, 22, 24, 54, 55]

Con]inutul de umiditate al aerului (umiditatea absolut\) se define[te ca

fiind raportul dintre masa vaporilor de ap\ [i masa de aer uscat:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

uscataerkgapakg

mm

xa

v .

Page 108: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

112

Aplicând ecua]ia termic\ de stare a gazelor perfecte celor dou\ componente ale aerului umed, rezult\:

,,

TRmVpTRmVp

aaa

vvv

⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅

unde indicele v se refer\ la vaporii de ap\, iar indicele a la aerul uscat. Din rela]iile de mai sus rezult\:

a

v

a

v

a

v

a

v

RR

xRR

mm

pp

⋅=⋅= .

Dar Rv = 461,5 J/kg⋅K [i Ra = 287 J/kg⋅K, ceea ce ne conduce la:

a

v

pp

x ⋅= 622,0

sau

vB

v

ppp

x−

⋅= 622,0 .

Pentru aerul umed saturat `n vapori de ap\ vom avea:

vsB

vss pp

px

−⋅= 622,0 .

~n cazul `n care con]inutul de umiditate dep\[e[te xs (x > xs), cantitatea de vapori de ap\ din aer va fi ma⋅xs, `n timp ce restul (x-xs)⋅ma se va g\si sub form\ de ap\ sau ghea]\ (`n func]ie de temperatur\).

~n domeniul de temperaturi cuprins `ntre -400C [i +1500C, presiunea de satura]ie pVS se poate determina, cu o eroare neglijabil\, cu una din rela]iile:

• pentru temperaturi t ≤ 00C:

[ ]Paep tvs

33,2736,6150

121061633,3 +−

⋅⋅= ;

• pentru temperaturi t >00C:

[ ]Paep tvs

667,2315,3928

101040974,1 +−

⋅⋅= .

Gradul de saturare cu vapori a aerului se define[te prin rela]ia:

vB

vsB

vs

v

s pppp

pp

xx

−−

⋅==ψ .

Umiditatea relativ\ este raportul dintre cantitatea de vapori de ap\ din aer mv [i cantitatea maxim\ de vapori pe care o poate con]ine aerul mvs la aceea[i temperatur\:

vs

v

vs

v

pp

mm

==ϕ .

Umiditatea relativ\ se poate exprima [i procentual:

Page 109: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

113

[ ]%100% ⋅=vs

v

pp

ϕ .

Evident, pentru aerul saturat `n vapori de ap\, umiditatea relativ\ este: ϕ =1 sau ϕ% = 100%.

}inând cont de rela]ia pentru gradul de saturare, rezult\:

vB

vsB

pppp

−−

⋅= ϕψ .

Cum pv [i pvs sunt mult mai mici comparativ cu pB, ob]inem: ψ ≈ ϕ.

}inând cont de rela]ia de defini]e a umidit\]ii relative, con]inutul de umiditate se poate scrie ca fiind:

vsB

vs

ppp

x⋅−

⋅⋅=

ϕϕ

622,0

Entalpia aerului umed are dou\ componente, referitoare la aerul uscat [i respectiv la vaporii de ap\:

I = Ia + Iv. Entalpia se determin\ pentru o cantitate de aer umed ce con]ine ma = 1 kg

de aer uscat; cantitatea de vapori de ap\ va fi:

av mxm ⋅= ,

dar cum ma = 1 kg rezult\ mv = x kg . Pentru aerul uscat, entalpia specific\ este (vezi [i 1.3.4):

apaa tci ⋅= ,

`n care cpa este c\ldura specific\ la presiune constant\ a aerului uscat, iar ta este temperatura; cum ma = 1 kg, iar I = ma⋅ia, rezult\:

apaa tcI ⋅= .

Pentru vaporii de ap\, entalpia este:

vvvpvvv lmtcmI ⋅+⋅⋅= ,

unde: • mv = x; • cpv – c\ldura specific\ a vaporilor de ap\; • lv – c\ldura latent\ de vaporizare a apei.

Ca urmare, entalpia vaporilor de ap\ va fi:

vvpvv lxtcxI ⋅+⋅⋅= ,

iar entalpia aerului umed rezult\ ca fiind:

vvpvapa lxtcxtcI ⋅+⋅⋅+⋅=

[i cum ta = tv = t ob]inem: ( )vpvpa ltcxtcI +⋅⋅+⋅= .

}inând cont de c\ldurile specifice [i de c\ldura de vaporizare rezult\:

Page 110: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

114

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅+⋅+=

kgkJtxtI 93,12501

sau

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅+⋅+⋅=

kgkcaltxtI 46,059724,0 .

Pentru aerul suprasaturat cu vapori de ap\ (x > xs), se adaug\ [i entalpia apei [i ob]inem:

( ) ( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅−⋅+⋅+⋅+=

kgkJtxxtxtI ss 185,493,12501 ,

`n care 4,185 kJ/kg⋅K este c\ldura specific\ a apei. 4.1.2. Diagrama Molier pentru aerul umed Ca denumire generic\, diagramele psihrometrice reprezint\ grafic rela]iile dintre parametrii aerului umed; un punct de pe diagram\ este definit de doi parametri, iar ceilal]i pot fi determina]i prin interpolare `ntre valorile existente. ~n Europa este utilizat\ `n mod obi[nuit diagrama Mollier, iar `n Statele Unite se folose[te des diagrama Carrier temperatur\ - con]inut de umiditate. Diagrama Mollier este trasat\ `n coordonatele con]inut de umiditate x – entalpie specific\ i, pentru o anumit\ presiune barometric\ (760, 750, 745 mm Hg). Con]inutul de umiditate este reprezentat pe axa absciselor; din fig. 4.1 se observ\ c\, `n cazul `n care axa entalpiei este vertical\, diagrama este extrem de comprimat\ `n domeniul aerului umed nesaturat, ceea ce face dificil\ utilizarea ei. Pentru extinderea diagramei `n domeniul aerului umed nesaturat, `n diagrama Mollier axa entalpiei este oblic\, formând un unghi de 1350 cu axa orizontal\; izoterma corespunz\toare temperaturii de 0 0C devine astfel orizontal\ (fig. 4.2).

Fig. 4.1 – Diagrama i-x cu ax\ vertical\ a entalpiei

Page 111: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

115

Fig. 4.2 – Ob]inerea diagramei Mollier

Pe diagrama astfel ob]inut\ se reprezint\ curba de satura]ie ϕ% = 100%

(fig. 4.3a…c), care separ\ cele dou\ domenii: `n stânga aer umed nesaturat, iar `n dreapta curbei domeniul aerului suprasaturat `n vapori de ap\.

De obicei `n reprezentarea diagramei se renun]\ la zona corespunz\toare temperaturilor foarte coborâte, iar axa con]inutului de umiditate se reprezint\ pe o dreapt\ auxiliar\, orizontal\ (se trece de la fig. 4.3a la fig. 4.3b). Dreptele `nclinate (4) sunt curbele de entalpie constant\, iar liniile verticale corespund con]inutului constant de umiditate (x = ct.).

Curbele de umiditate relativ\ constant\ (5) se ob]in prin calcul, astfel: • pentru diferite valori t ale temperaturii se determin\ din tabele presiunea

de satura]ie a vaporilor pvs;

• din rela]ia vsB

vs

ppp

x⋅−

⋅⋅=

ϕϕ

622,0 rezult\ con]inutul de umiditate al

aerului `n func]ie de temperatur\; • fiecare pereche de valori (t, x) define[te un punct al curbei ϕ = const.

Dreptele de temperatur\ constant\ (2) formeaz\ un fascicul u[or divergent; dreapta corespunz\toare temperaturii de 00C este orizontal\. Fiecare dreapt\ t = const. intersecteaz\ axa entalpiei la o distan]\ fa]\ de origine (i = 0) egal\ cu 0,24⋅t, dac\ entalpia specific\ este exprimat\ `n kcal/kg sau la distan]a t, dac\ entalpia este m\surat\ `n kJ/kg.

~n domeniul aerului suprasaturat izotermele sunt reprezentate de dreptele (6), panta modificându-se fa]\ de domeniul aerului nesaturat; `n aceast\ zon\ a diagramei izotermele sunt aproape paralele cu dreptele i = const.

Pe diagrama Mollier se poate reprezenta [i curba de varia]ie a presiunii par]iale a vaporilor `n func]ie de con]inutul de umiditate (1, fig. 4.4). Aceasta este trasat\ pornindu-se de la rela]ia:

vB

v

ppp

x−

⋅= 622,0 ,

din care rezult\ :

xxpp Bv +

⋅=622,0

.

Page 112: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

116

Fig. 4.3 – Curbe caracteristice `n diagrama Mollier 1 - ϕ = 100%; 2, 6 - t = const.; 3 – x = const. 4 – i = const.; 5 - ϕ = const.;

Fig. 4.4 – Diagrama Mollier 1-presiunea par]ial\ a vaporilor de ap\; pvA – presiunea par]ial\ a vaporilor de ap\ pentru punctul A; pvsA – presiunea de satura]ie a vaporilor de ap\ pentru punctul A.

Page 113: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

117

Astfel, pentru orice punct (A, fig. 4.4) din domeniul aerului nesaturat pentru care se cunosc, de exemplu, umiditatea relativ\ ϕA [i temperatura tA, se poate determina con]inutul de umiditate xA [i, pe scara din dreapta a diagramei, se ob]ine presiunea par]ial\ pvA. Diagrama Mollier este prev\zut\ cu o scar\ marginal\ pe care este

reprezentat raportul de termoumiditate xI

∆∆

=ε , care permite stabilirea direc]iei

corespunz\toare unei transform\ri `n care aerul umed schimb\ umiditate [i c\ldur\ (fig. 4.5).

Fig. 4.5 – Diagrama Mollier complet\

Practic, dac\ se cunoa[te starea ini]ial\ (1, fig. 4.6) a aerului umed [i

temperatura t2 a st\rii finale, iar din calcule rezult\ raportul de termoumiditate ε1, punctul (2) care reprezint\ starea final\ se ob]ine la intersec]ia dintre paralela dus\ prin punctul (1) la dreapta corespunz\toare de pe marginea diagramei [i izoterma t2=const.

Pentru o stare (1, fig. 4.7) a aerului umed nesaturat, intersec]ia dintre dreapta x1=const. [i curba de satura]ie ϕ=100% permite determinarea punctului de rou\ tr, adic\ a temperaturii la care `ncepe condensarea surplusului de vapori. Intersec]ia dintre dreapta i1=const. [i curba de satura]ie ϕ%=100% conduce la

Page 114: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

118

determinarea temperaturii termometrului umed tu, a c\rei semnifica]ie va fi prezentat\ ulterior (vezi 4.2.4).

Fig. 4.6 – Utilizarea raportului de

termoumiditate

Fig. 4.7 – Temperatura punctului de rou\ [i a termometrului umed

Fig. 4.8 – Procesul de `nc\lzire a aerului umed

Fig. 4.9 – Procesul de r\cire a aerului umed

4.1.3. Procese simple aplicate aerului umed, reprezentate `n diagrama Mollier [2, 17, 41, 54] 4.1.3.1. ~nc\lzirea aerului umed Aerul umed, `nc\lzit prin intermediul unor suprafe]e calde uscate, `[i p\streaz\ constant con]inutul de umiditate, m\rindu-[i temperatura [i entalpia; `n fig. 4.8 este reprezentat procesul de `nc\lzire, prin care aerul trece din starea (1) `n

Page 115: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

119

starea (2). Procesul este reprezentat `n diagrama Mollier printr-o dreapt\ vertical\ (con]inutul de umiditate r\mâne constant), iar entalpia aerului cre[te de la i1 la i2; prin `nc\lzire, temperatura cre[te de la t1 la t2. Cantitatea de c\ldur\ necesar\ `nc\lzirii aerului este:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−=

kgkJiiq 12 .

4.1.3.2. R\cirea aerului umed R\cirea aerului umed poate avea loc fie prin trecerea acestuia peste suprafa]a rece a vaporizatorului unei instala]ii frigorifice (baterie de r\cire), fie prin pulverizarea de ap\. Cazul r\cirii aerului prin pulverizare de ap\ va fi prezentat `n cadrul proceselor ce au loc `ntr-un sistem de condi]ionare a aerului (vezi 4.2.3). ~n cazul r\cirii prin intermediul unei baterii de r\cire, sunt posibile urm\toarele situa]ii (fig. 4.9): a) Temperatura final\ este mai mare decât temperatura punctului de rou\ (t2<t3’<t1). ~n acest caz, procesul de r\cire este reprezentat de dreapta (1-3’), având loc f\r\ modificarea con]inutului de umiditate (x1= const.); temperatura scade de la t1 la t3’, iar cantitatea de c\ldur\ cedat\ de aer este:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−=

kgkJiiq '31 .

b) Temperatura final\ este mai mic\ decât cea corespunz\toare punctului de rou\ (t3<t2<t1). ~n acest caz, aerul evolueaz\ dup\ procesul (1-2-3), con]inutul de umiditate al st\rii finale fiind mai mic decât cel al st\rii ini]iale (x3<x1); surplusul de umiditate din aer (corespunz\tor sc\derii temperaturii de la t2 – temperatura punctului de rou\ - la t3) se condenseaz\, iar umiditatea aerului scade. Dac\ ulterior aerul se `nc\lze[te din nou pân\ temperatura t1 cu ajutorul unei baterii de `nc\lzire (procesul 3-1’), aerul va avea `n final un con]inut de umiditate mai mic decât cel din starea ini]ial\. 4.1.3.3. Amestecarea unor cantit\]i de aer umed având parametri diferi]i Prin amestecul a dou\ debite de aer 1m& [i 2m& [kg/s], având parametri diferi]i (punctele 1 [i respectiv 2, fig. 4.10a) rezult\ aer având parametrii punctului (M). Determinarea pozi]iei punctului (M) pe diagrama Mollier se face astfel:

• se `mparte dreapta (1-2) `n 21 mm && + p\r]i egale;

• punctul (M) se va g\si m\surând 1m& p\r]i din punctul (2) sau 2m& p\r]i din punctul (1). Parametrii aerului rezultat (punctul M de pe diagram\) vor fi:

Page 116: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

120

.

,

21

2211

21

2211

mmxmxmx

mmimimi

M

M

&&

&&

&&

&&

+⋅+⋅

=

+⋅+⋅

=

Aceast\ situa]ie se `ntâlne[te `n cazul sistemelor de condi]ionare a aerului, `n care aerul recirculat din `nc\pere este amestecat cu aer aspirat din mediul exterior. Dac\ temperatura aerului corespunz\toare punctului (2, fig. 4.9b) este foarte sc\zut\, exist\ posibilitatea ca punctul (M) s\ se g\seasc\ `n zona de cea]\ (aer suprasaturat); ca urmare, surplusul de umiditate din aer condenseaz\ sub form\ de pic\turi. Evitarea acesteia situa]ii se realizeaz\ prin pre`nc\lzirea aerului rece aspirat din mediul exterior (procesul 2-3); astfel, linia (1-3) pe care are loc amestecarea celor dou\ cantit\]i de aer se situeaz\ deasupra curbei de satura]ie.

a)

b)

Fig. 4.10 – Amestecare a dou\ cantit\]i de aer, cu parametri diferi]i 4.2. INSTALA}II DE CONDI}IONARE A AERULUI [17, 24, 37, 44, 54, 55] 4.2.1. Introducere O instala]ie de condi]ionare (climatizare) a aerului are sarcina de a men]ine aerul din spa]iile interioare (`n care se g\sesc oameni sau au loc procese tehnologice) la anumi]i parametri (temperatur\, umiditate, vitez\ de circula]ie etc.), indiferent de condi]iile exterioare.

Termenul "condiţionarea aerului" a fost utilizat pentru prima dat\ în leg\tur\ cu practica umidific\rii aerului în fabricile de textile pentru a controla efectele statice ale electricit\ţii şi a evita astfel ruperea firelor (Stuart Cramer, 1906).

Page 117: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

121

Climatizarea poate fi de confort, utilizat\ `n cl\diri de locuit, mijloace de transport etc. sau industrial\, aceasta având aplica]ii `n industrie (chimic\, alimentar\ etc.).

Sistemele de condiţionare a aerului se `mpart `n sisteme centrale [i sisteme cu unitãţi independente. • Sistemele centrale de condiţionare a aerului (fig. 4.11) sunt folosite în principal în cl\dirile mari. Unitatea principal\ a acestor sisteme este amplasat\ într-o camer\ special\ şi, de regul\, la distanţ\ mare de spaţiul care urmeaz\ a fi condiţionat. Unitatea central\ este conectat\ printr-o reţea de conducte cu spaţiile supuse condiţion\rii. Aerul din atmosfer\ este aspirat de unitatea central\ de condiţionare şi amestecat cu o anumit\ cantitate de aer recirculat. Amestecul trece apoi prin filtre pentru a îndep\rta praful sau alte particule solide şi este condiţionat în funcţie de modul de operare al sistemului (r\cire sau înc\lzire). Atunci când este necesar\ sc\derea temperaturii unei incinte, aerul este r\cit şi, dac\ este cazul, deumidificat. Atunci când este necesar\ ridicarea temperaturii în interiorul incintei, aerul este preînc\lzit, umidificat prin ad\ugarea de vapori de ap\ şi, în final, înc\lzit pân\ la temperatura necesar\. Aerul este apoi transportat folosind ventilatoare (la viteze cuprinse între 5 şi 15 m/s), cel mai frecvent, la nivelul superior al incintei de unde este difuzat şi recirculat în interiorul incintei. ~n cazul în care este necesar ca diferite spaţii ale unei incinte s\ fie condiţionate separat se folosesc mai multe sisteme independente de conducte. ~n acest mod, aerul distribuit în fiecare spaţiu al incintei poate fi controlat independent pentru a satisface cerinţele impuse de confort. • Sistemele independente de condiţionare a aerului pot fi amplasate în orice spaţiu f\r\ a mai fi nevoie de o unitate central\. Sunt în principal folosite în cl\dirile în care ocupanţii doresc s\ foloseasc\ sistemele de condiţionare numai în anumite spaţii sau atunci când costul instal\rii unui sistem central de condiţionare este nejustificat. Exist\ dou\ tipuri de sisteme: monobloc şi unit\ţi separate. Unit\ţile monobloc sunt amplasate în aceeaşi incint\, în peretele exterior al incintei sau la fereastr\. Sistemele cu unit\ţi separate (split) nu necesit\ schimb\ri majore în construcţia incintei. O parte a unit\ţii este amplasat\ în afara incintei (compresor, ventilator – 3, fig. 4.12) în timp ce a doua parte, care conţine vaporizatorul şi p\rţile mecanice uşoare, este amplasat\ în interiorul incintei. Cele dou\ unit\ţi sunt conectate prin dou\ conducte de diametru mic care transport\ agentul frigorific. Nivelul de zgomot în timpul funcţion\rii este foarte sc\zut deoarece p\rţile mecanice sunt situate în exteriorul incintei. La unele solu]ii constructive se folosesc mai multe unit\]i interioare (1, 2, 3, fig. 4.13), conectate la o singur\ unitate exterioar\ (5).

Pentru spa]ii de locuit, elementele principale care determin\ starea de confort termic sunt:

• temperatura; • umiditatea; • viteza aerului; • calitatea aerului.

Exist\ [i alte elemente care pot fi controlate, cum ar fi nivelul de zgomot,

Page 118: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

122

lumina, culorile; cu cât este mai mare num\rul parametrilor care se pot controla, cu atât condi]iile de confort vor fi mai bune.

Fig. 4.11 – Sistem centralizat de condi]ionare a aerului (func]ionare pe timp de

iarn\) 1-aspira]ie aer proasp\t; 2-pre`nc\lzire; 3-amestecare cu aer recirculat; 4-deumidificare; 5-`nc\lzire;

6-umidificare; 7-ventilator; 8-filtrare; 9, 10-conducte insuflare aer; 11-conducte preluare aer; 12-conduct\ evacuare aer; 13-gur\ de evacuare aer.

Fig. 4.12 – Unitate separat\ (split) de condi]ionare a aerului

1-unitate interioar\; 2-conducte; 3-unitate exterioar\.

Fig. 4.13 - Unitate separat\ (split) de condi]ionare a aerului cu mai multe unit\]i

interioare 1, 2, 3-unit\]i interioare; 4-conducte; 5-unitate

exterioar\. Intervalul de temperatur\ care asigur\ confort este `ntre 20 [i 24°C, `n

func]ie de activitatea depus\ `n acea camer\. Cu cât efortul depus de ocupan]i este mai mare, cu atât va scade valoarea temperaturii de confort (de exemplu: pentru

Page 119: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

123

starea de repaus temperatura de confort este `n jurul valorii de 22-23°C, pentru starea de activitate u[oar\, munc\ de birou, valoarea acesteia este de aproximativ 21°C, pentru munc\ fizic\ grea temperatura de confort este de circa 17-18°C, iar `n cazurile de munc\ fizic\ foarte grea valoarea poate fi chiar de 10°C).

Valoarea ideal\ a umidit\]ii relative este cuprins\ `ntre 40% (35% după unele standarde) şi 60% (70% după alte standarde); sub aceste valori (40%) se constat\ uscarea gurii [i a pielii, iar la valori peste 60% apar senza]ii de greutate, dureri de cap [i piele lipicioas\. Este de eviden]iat c\ deja la limitele minime sau maxime, adică 40% [i respectiv 60%, apar st\ri de disconfort.

Viteza aerului refulat depinde de tipul echipamentelor de refulare [i aspira]ie ale aerului [i mai ales de pozi]ionarea lor. Se consider\ normal un flux de aer care atinge corpul uman cu o vitez\ de 0,5 - 1 m/s `n timpul mersului [i de 2-5 m/s `n timpul alerg\rii. ~n cazul `n care fluxul de aer sose[te din lateral, viteza acestuia trebuie s\ fie cuprins\ `ntre 0,1 [i 0,15 m/s. Pentru a resim]i senza]ia de confort, valorile vitezei curen]ilor de aer din `nc\pere trebuie s\ fie de 0,1 – 0,2 m/s, nu mai mari de 0,4 m/s. Pentru valori sub 0,1 m/s se va crea senza]ia de "aer st\tut".

Pe diagrama psihrometric\ din fig. 4.14, parametrii aerului pentru asigurarea confortului termic pe timp de iarn\ corespund suprafe]ei (A-B-C-D), iar pentru var\ se g\sesc `n interiorul suprafe]ei (E-F-G-H) [7].

Fig. 4.14 – Definirea confortului termic cu ajutorul diagramei psihrometrice [7]

Page 120: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

124

~n industria alimentar\, condi]ionarea aerului se utilizeaz\ `n [42]: 1. Fabricile de bere:

• Germinarea orzului - aer condiţionat la parametrii: t = 10…13°C, ϕ%=70…90%, cu un raport între aerul proaspăt şi cel recirculat de 1/2…2/3;

• Uscarea malţului; • Fermentarea primară; • Îmbutelierea; • Depozitarea.

2. Fabricile de pâine: • Depozitul de făină - aer condiţionat; • Silozul şi secţia de cernere: t=18°C; ϕ% =60%; • Camerele de fermentare a aluatului: t=30…32°C; ϕ% =75…80%; • Secţiile pentru tăierea şi dospirea aluatului: t=35°C; ϕ% =80%; • Depozitarea în vederea creşterii duratei de prospeţime: t=18…20°C,

ϕ%=65…70%. 3.Industrializarea cărnii:

• Tăierea animalelor, măţărie, fierbere (spaţii cu degajări mari de vapori); • Topirea grăsimilor, fierberea cleiului (spaţii cu degajări mari de căldură); • Pârlirea porcilor (degajări de praf şi gaze nocive); • Tranşare: t = 8…10°C; ϕ% = 40…50% şi viteza aerului sub 0,3m/s.

4. Industrializarea laptelui: • Colectarea şi pasteurizarea laptelui; • Fabricarea brânzeturilor fermentate; • Depozitarea caşcavalului.

5. Industria tutunului: • Depozitul de tutun şi materii prime; • Secţia de fărâmiţare; • Depozitul de tutun fărâmiţat; • Reglarea fermentării în foile de tutun pentru distrugerea moliei de tutun; • Secţia de ţigarete; • Secţia de ambalat: t>24°C; ϕ% =70…75%, debitul de aer proaspăt

introdus este de 50m3/h pentru fiecare muncitor, dar nu mai puţin de 10% din debitul total de aer circulat şi se impune filtrarea.

6. Magazinele alimentare: • Sălile de vânzare; • Vitrine pentru prezentarea şi comercializarea produselor.

4.2.2. Construc]ia [i func]ionarea unui sistem de condi]ionare a aerului [42] ~n fig. 4.15 este prezentat\ schema de principiu a unui sistem de condi]ionare a aerului.

Sistemul este alimentat cu aer proasp\t, din exterior, prin racordul (1) [i

Page 121: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

125

cu o anumit\ cantitate de aer recirculat din `nc\pere, prin racordul (10); pe timp de iarn\, aerul proasp\t din exterior este `nc\lzit `n pre`nc\lzitorul (2). Camera de umidificare (4) este prev\zut\ cu duze prin care se pulverizeaz\ ap\; aerul trece apoi prin separatorul de pic\turi (5), care are rolul de a re]ine apa sub form\ de pic\turi din aer. Bateria (6) are rolul de a `nc\lzi aerul iarna [i de a-l r\ci vara. Ventilatorul (7) asigur\ circula]ia aerului prin instala]ia de condi]ionare.

Fig. 4.15 – Schema de principiu a unei sistem central de condi]ionare a aerului 1-racord aspira]ie aer proasp\t; 2-filtru; 3-pre`nc\lzitor; 4-camer\ de umidificare; 5-separator de

pic\turi; 6-baterie de `nc\lzire/r\cire; 7-ventilator; 8-colector de lichid; 9-pomp\; 10-racord pentru aer recirculat.

~n func]ie de condi]iile existente `n spa]iul care trebuie condi]ionat, se utilizeaz\ diverse scheme de recirculare a aerului din `nc\pere. Astfel, varianta din fig. 4.16a se utilizeaz\ `n cazul spa]iilor cu degaj\ri de substante nocive, caz `n care nu se aplic\ recircularea aerului din `nc\pere, acesta fiind evacuat `n exterior (circuitul 5-6).

Fig. 4.16 – Scheme de recirculare a aerului [42] Pr-pre`nc\lzitor; CU-camer\ de umidificare; I-baterie de `nc\lzire; Vt-ventilatoare; I.C.-incint\ condi]ionat\; Rg-regenerator.

~n cazul din fig. 4.16b aerul preluat din `nc\pere trece printr-un schimb\tor de c\ldur\ (regenerator, Rg), c\ldura con]inut\ de acest aer fiind utilizat\ pentru pre`nc\lzirea aerului preluat din exterior (circuitul 6-7-8, pentru

Page 122: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

126

aerul preluat din `nc\pere, respectiv 1-2, pentru aerul proasp\t). La schema din fig. 4.15c o parte din aerul preluat din `nc\pere este

recirculat, fiind amestecat cu aerul proasp\t, dup\ `nc\lzirea acestuia din urm\ `n pre`nc\lzitorul (Pr) – circuitul 6-7-3. Varianta din fig. 4.16d amestec\ o parte din aerul recirculat din `nc\pere cu aerul proasp\t, dup\ care amestecul de aer proasp\t [i recirculat este pre`nc\lzit. 4.2.3. Procese `n instala]ia de condi]ionare a aerului [41, 42] Procesele de amestecare a dou\ cantit\]i de aer cu parametri diferi]i [i de `nc\lzire/r\cire sunt identice cu cele prezentate anterior (vezi 4.1.3.1, 4.1.3.2, 4.1.3.3). Modul de desf\[urare [i reprezentarea procesului de amestecare a aerului cu apa pulverizat\ `n camera de umidificare depind de temperatura apei, fiind posibile urm\toarele cazuri (fig. 4.17): a) Temperatura apei pulverizate este mai mic\ decât temperatura punctului de rou\ (t1 < tr) ~n acest caz, procesul de amestecare se desf\[oar\ pe linia (1); con]inutul de umiditate al aerului scade (pentru oricare punct de pe linia 1, x < xO). Acest lucru se explic\ prin faptul c\ apa pulverizat\ r\ce[te aerul (pe oricare punct al liniei 1 temperatura este mai mic\ decât tO = t6) , ceea ce face ca surplusul de ap\ din aer s\ se condenseze.

Fig. 4.17 – Umidificarea aerului O – starea aerului; R-punctul de rou\.

b) Temperatura apei este egal\ cu temperatura punctului de rou\ tr Acest proces se desf\[oar\ pe linia (2), care une[te punctele (O) [i (R), iar din diagram\ se observ\ c\ nu apare nici o modificare a con]inutului de umiditate

Page 123: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

127

(dreapta 2 este de fapt dreapta de con]inut constant de umiditate). Apa pulverizat\ asigur\ doar r\cirea aerului (pe linia 2, temperatura este mai mic\ decât cea corespunz\toare punctului O). c) Temperatura apei se afl\ `ntre temperatura punctului de rou\ [i temperatura termometrului umed (tr < t3 < tu) Procesul se desf\[oar\ pe linia (3), iar con]inutul de umiditate al aerului cre[te; c\ldura din aer este utilizat\ pentru vaporizarea apei pulverizate, dar [i pentru `nc\lzirea acesteia, `n timp ce temperatura aerului scade (pentru oricare punct de pe linia 3 ce reprezint\ starea final\ a amestecului aer-ap\, temperatura este mai mic\ decât tO). d) Temperatura apei este egal\ cu temperatura termometrului umed tu Acest proces are loc pe linia (4), de entalpie constant\; temperatura aerului scade, iar con]inutul s\u de umiditate cre[te. C\ldura aerului este folosit\ pentru vaporizarea apei [i se re`ntoarce `n aerul umed odat\ cu vaporii forma]i. ~n majoritatea cazurilor pentru calculul instala]iilor de condi]ionare a aerului se consider\ c\ apa pulverizat\ are temperatura termometrului umed. e) Temperatura apei este mai mare decât temperatura termometrului umed, dar mai mic\ decât temperatura aerului (tu < t5 < t6 = tO). ~n acest caz procesul se desf\[oar\ pe linia (5) [i este `nso]it de mic[orarea temperaturii aerului [i de cre[terea con]inutului de umiditate; entalpia amestecului cre[te (la entalpia aerului umed se adaug\ entalpia apei pulverizate). f)Temperatura apei pulverizate este egal\ cu temperatura aerului t6 Procesul se desf\[oar\ pe linia (6), fiind `nso]it de cre[terea con]inutului de umiditate al aerului [i a entalpiei. g) Temperatura apei pulverizate este mai mare decât cea a aerului (t7 > t6) Procesul de amestecare a aerului umed cu apa se desf\[oar\ pe linia (7) [i este `nso]it de cre[terea temperaturii, a con]inutului de umiditate [i a entalpiei. ~n practic\ se folose[te injectarea de abur pentru cre[terea temperaturii aerului. 4.2.3.1. Func]ionarea instala]iei de condi]ionare pe timp de iarn\ La func]ionarea pe timp de iarn\ aerul preluat din exterior (având parametrii punctului (E – fig. 4.18), este pre`nc\lzit pân\ când atinge parametrii punctului (C).

Fluxul de c\ldur\ necesar pre`nc\zirii este dat de rela]ia:

( ) [ ]kWiimQ ECPP −⋅= && ,

`n care Pm& este debitul de aer proasp\t [kg/s], iar iC [i iE sunt entalpiile respective [kJ/kg].

Aerul proasp\t, pre`nc\lzit, având parametrii punctului (C), este amestecat cu aer recirculat din `nc\pere, având parametrii punctului (A), rezultând aer umed cu parametrii punctului (M).

Page 124: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

128

Fig. 4.18 – Func]ionarea instala]iei de condi]ionare pe timp de iarn\ E-parametrii aerului exterior; A-parametrii aerului din `nc\pere; B-parametrii aerului insuflat `n `nc\pere.

Notând cu rm& debitul de aer recirculat [i cu p

r

mmn&

&= raportul de

recirculare, parametrii aerului `n punctul M vor fi:

.1

,1

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

⋅+=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

⋅+=

kgkg

nxnx

x

kgkJ

nini

i

ACM

ACM

Procesul (M-D) reprezint\ umidificarea adiabatic\ a aerului, cu ap\ pulverizat\ `n camera de umidificare, având temperatura termometrului umed; cantitatea de ap\ evaporat\ `n camera de umidificare [i preluat\ de c\tre aer este:

( ) ( ) ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡−⋅+=

skgxxmmm MDrPa &&& .

Cantitatea de ap\ evaporat\ reprezint\ 1…2% din debitul de ap\ pulverizat; rezult\ debitul de ap\ pulverizat ca fiind:

.02,0...01,0 ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡=

skgm

m aap

&&

~nc\lzirea aerului umidificat are loc prin trecerea acestuia peste bateria de `nc\lzire (procesul D-B); sarcina termic\ a bateriei de `nc\lzire este:

( ) [ ]kWiimmQ DBrPi −⋅+= )( &&& .

Pentru determinarea parametrilor punctului (B) se cunosc temperatura

aerului insuflat, precum [i sarcina termic\ iQ& [i de umiditate iW& (dat\ de

degaj\rile de umiditate din `nc\pere). Se determin\ raportul de termoumiditate:

i

i

WQ&

&=ε ,

iar prin punctul (A) se traseaz\ o paralel\ cu dreapta corespunz\toare raportului de termoumiditate calculat pân\ ce aceasta intersecteaz\ izoterma tB = const.

Page 125: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

129

~n practic\, pentru trasarea diagramei de func]ionare a instala]iei de condi]ionare se pleac\ de la parametrii punctului (A) [i temperatura tB (dat\ prin standarde); `n func]ie de pierderile de c\ldur\ [i degaj\rile de umiditate din `nc\pere se calculeaz\ raportul de termoumiditate [i se stabile[te pozi]ia punctului (B). Debitul necesar de aer rezult\ din rela]iile:

BA

i

iiQ

m−

=&

& sau BA

i

xxW

m−

=&

& ,

acesta fiind format din aerul proasp\t Pm& [i aerul recirculat rm& . Punctul (D) se va g\si la intersec]ia izentalpei trasate prin (M) cu

verticala coborât\ din (B). 4.2.3.2. Func]ionarea instala]iei de condi]ionare pe timp de var\ Procesele care au loc `n instala]ia de condi]ionare a aerului pe timp de var\ sunt prezentate `n fig. 4.19. Punctul (A) reprezint\ parametrii aerului recirculat din `nc\pere, iar punctul (E) corespunde parametrilor aerului exterior. Punctul (B) de pe diagram\ (care reprezint\ parametrii aerului insuflat de c\tre instala]ie) se determin\ ca [i `n cazul anterior, cunoscând temperatura (mai mic\ cu pân\ la 70C decât temperatura `nc\perii) [i calculând raportul de termoumiditate (din sarcinile termic\ [i de umiditate). Temperatura tp reprezint\ temperatura bateriei de r\cire; punctul (M) reprezint\ parametrii de stare ai amestecului dintre aerul proasp\t [i cel recirculat. Aerul cu starea (M) trece peste bateria de r\cire [i ajunge `n starea (D), caracterizat\ prin ϕD = 90…95% [i xD = xB.

Fig. 4.19 - Func]ionarea instala]iei de condi]ionare pe timp de var\ E-parametrii aerului exterior; A-parametrii aerului din `nc\pere; B-parametrii aerului insuflat `n `nc\pere.

4.2.4. Determinarea umidit\]ii relative cu psihrometrul Asman [42]

Una din cele mai simple metode de m\surare a umidit\]ii relative utilizeaz\ psihrometrul cu ventilator de tip Assmann (fig. 4.20), care const\ dintr-un termometru uscat (1) [i un termometru umed (2), ultimul având rezervorul `nf\[urat `ntr-o pânz\ higroscopic\ `mbibat\ cu ap\ (5). Rezervoarele celor două

Page 126: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

130

termometre sunt sc\ldate de curentul de aer aspirat de c\tre un mic ventilator (4), ac]ionat cu resort metalic sau electric.

Fig. 4.20 – Psihrometrul Assmann 1-termometru uscat; 2-termometru umed; 3-tubul termometrului umed; 4-ventilator; 5-tifon umed; 6-tub aspiraţie.

Datorit\ evapor\rii apei, temperatura t’ indicat\ de termometrul umed (2) este mai mic\ decât temperatura t indicat\ de c\tre termometrul uscat (1). Dup\ pornirea ventilatorului, temperatura termometrului umed (care ini]ial era egal\ cu cea a termometrului uscat) `ncepe s\ scad\, dup\ un anumit timp stabilizându-se la o valoare constant\.

În regim staţionar (când temperatura termometrului umed nu se mai modifică) se stabile[te un echilibru între cantitatea de căldură Qc pierdută (cedată) de rezervorul umed prin evaporarea apei şi cantitatea de căldură Qa primită (absorbită) de acest rezervor de la mediul ambiant care este mai cald.

Cantitatea de căldură Qc pierdută prin evaporarea apei de către rezervorul termometrului umed în unitatea de timp, este proporţională cu viteza de evaporare a apei şi cu căldura latentă a apei l . La rândul ei, viteza de evaporare a apei este proporţională cu suprafaţa S a rezervorului din care se produce evaporarea, cu diferenţa dintre presiunea vaporilor saturaţi p’vs la temperatura t’ arătată de termometrul rece (umed) şi presiunea pv a vaporilor de apă din atmosferă şi este invers proporţională cu presiunea atmosferică pB. Prin urmare:

B

vvsc p

ppSkQ

−⋅⋅=

'

1

Cantitatea de căldură Qa primită de termometrul umed de la mediul ambiant, în unitatea de timp, este dată de legea lui Newton:

( )'2 ttSkQa −⋅⋅=

Dup\ cum s-a men]ionat, atunci când termometrul umed arată o temperatură staţionară (constantă) înseamnă că Qc = Qa, de unde rezult\:

Page 127: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

131

Fig. 4.21 – Exemplu de determinare a umidit\]ii relative cu ajutorul diagramei

Carrier temperatura termometrului uscat: 200C; temperatura termometrului umed: 150C; umiditatea relativ\:

60%.

Page 128: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

132

( )'2

'

1 ttSkp

ppSk

B

vvs −⋅⋅=−

⋅⋅

sau

( )'1

2' ttpkkpp Bvsv −⋅⋅−= ,

iar umiditatea relativ\ vs

v

pp

=ϕ rezult\ din rela]ia:

( )vs

Bvs

pttpkp '' −⋅⋅−

=ϕ ,

`n vare pvs este presiunea de satura]ie corespunz\toare temperaturii termometrului uscat, iar k = k2/k1 se nume[te coeficient psihrometric [i depinde de viteza de circula]ie a aerului (tabelul 4.1). Citind temperaturile termometrului uscat [i umed [i aplicând formula de mai sus, se poate determina umiditatea relativ\ a aerului. Aceasta poate fi determinat\ [i cu ajutorul diagramei Mollier sau a diagramei Carrier, pe care sunt trasate curbele corespunz\toare temperaturii termometrului umed [i respectiv uscat (fig. 4.21).

Tabelul 4.1 Valorile coeficientului psihrometric

W (m/s) k W (m/s) k 0,13 1,3⋅10-3 0,8 0,8⋅10-3 0,2 1,1⋅10-3 2,3 0,7⋅10-3 0,4 0,9⋅10-3 4 0,67⋅10-3

4.3. NOŢIUNI PRIVIND CONFORTUL TERMIC 4.3.1. Introducere [8, 9, 16, 17, 28, 29, 37, 54] Confortul reprezintă senzaţia subiectivă ce apare în corpul uman pe baza acţiunii complexe a parametrilor fizici şi psihici, caracterizată print-un grad minim de solicitare a capacităţii de adaptare a organismului la condiţiile exterioare.

Confortul subiectiv al persoanelor dintr-un spaţiu închis depinde de o serie de factori ce pot fi grupaţi astfel:

• temperatură, umiditate, circulaţie a aerului; • miros şi respiraţie; • pipăit şi atingere; • factori acustici; • vedere şi efecte ale culorilor; • vibraţii şi mişcări ale clădirii; • factori speciali (aporturi solare, ionizaţie);

Page 129: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

133

• alţi factori (legaţi de programul zilnic, economici etc.). Este evident că nu se poate evalua influenţa comună a tuturor acestor

factori asupra confortului. Din acest motiv se preferă ca factorii de confort să fie împărţiţi în două categorii principale: factori legaţi de schimbul de căldură dintre om şi mediul ambiant, ce determină confortul termic, şi factori ce ţin de puritatea aerului, nivelul de iluminare al încăperii, nivelul de zgomot, elementele estetice ale încăperii etc.

Conform standardului SR ISO 7730-1997, confortul termic este definit ca fiind satisfacţia exprimată în ceea ce priveşte ambianţa termică.

Din punct de vedere senzorial confortul termic se obţine atunci când lipsesc senzaţiile neplăcute de frig sau cald, iar asigurarea evacuării căldurii produse de către corpul omenesc se realizează fără suprasolicitarea sistemului termoregulator.

Menţinerea constantă a temperaturii corpului omenesc este posibilă atunci când pierderile de căldură către mediul ambiant sunt echivalente cu căldura internă produsă (căldura metabolică).

Pierderile de căldură către mediul ambiant se produc sub formă de (fig. 4.22):

• căldură sensibilă, prin convecţie, radiaţie şi conducţie; • căldură latentă, datorată respiraţiei şi evaporării transpiraţiei.

Fig. 4.22 – Bilanţul termic al corpului uman

Ca urmare, bilanţul termic al corpului se poate scrie sub forma: [ ]2

mrcdresevM m/WQQQQQWQimb

&&&&&&& ±±=±=−−± , în care:

• MQ& este căldura produsă prin oxidare (fluxul termic unitar), care poate fi parţial convertită în lucru mecanic exterior, W& , restul fiind convertită în căldura internă a corpului;

• evQ& este căldura cedată prin evaporarea transpiraţiei;

• resQ& este căldura cedată prin respiraţie;

Page 130: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

134

• imbcdQ& este căldura transmisă prin conducţie, prin îmbrăcăminte;

• rQ& este căldura schimbată prin radiaţie; • mQ& este căldura schimbată prin convecţie.

Fluxul termic unitar metabolic reprezintă energia realizată în corp prin oxidarea substanţelor nutritive. Unitatea de măsură se numeşte met (1 met = 58,15 W/m2) şi reprezintă cantitatea de energie produsă de organismul unei persoane aflate în repaos. În tabelul 4.2 şi fig. 4.23 este prezentată producţia de energie metabolică pentru unele tipuri de activităţi.

Tabelul 4.2 Producţia de energie metabolică

Activitatea Producţia de energie metabolică,

MQ& [W/m2] Repaos, culcat 46 Repaos, aşezat 58 Activitate uşoară (birou, domiciliu, şcoală) 70 Activitate medie, în picioare (cumpărături) 93 Activitate medie, în picioare (vânzător) 116 Mers pe teren plat, 2 km/h 110 Mers pe teren plat, 5 km/h 200

Energia consumată pentru efectuarea unui lucru mecanic reprezintă o parte din energia internă rezultată din metabolism; având în vedere că randamentul organismului uman este de 20%, rezultă că pentru producerea unui lucru mecanic de 10 W/m2 este necesară o creştere a fluxului termic unitar corespunzător metabolismului de 50 W/m2 [8, 9].

Fluxul termic unitar schimbat prin convecţie se determină cu relaţia generală:

( ) [ ]2aerimimimm m/WttfQ −⋅α⋅=& ,

unde: • fim – factorul de arie al îmbrăcăminţii, determinat ca raport între suprafaţa

îmbrăcăminţii şi suprafaţa corpului dezbrăcat; • αim – coeficientul de transfer termic convectiv [W/m2⋅K]; • tim – temperatura suprafeţei îmbrăcăminţii [0C]; • taer – temperatura aerului din încăpere [0C].

Căldura cedată prin conducţie, prin îmbrăcăminte, poate fi calculată cu relaţia:

[ ]2

imb

imbpcd m/W

Rtt

Qimb

−=& ,

în care tp este temperatura superficială a pielii, timb este temperatura feţei exterioare a îmbrăcăminţii, iar Rimb este rezistenţa termică a îmbrăcăminţii [m2⋅K/W].

Page 131: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

135

Fig. 4.23 – Producţia de energie metabolică

Unitatea de măsură pentru rezistenţa îmbrăcăminţii este, conform SR ISO 7730, clo; 1 clo = 0,155 [m2⋅K/W]. Unele valori ale rezistenţei termice ale îmbrăcăminţii sunt prezentate în tabelul 4.3 şi fig. 4.24.

Tabelul 4.3 Rezistenţa termică a îmbrăcăminţii

Ţinuta Rimb [m2⋅K/W] Dezbrăcat 0 Costum de baie 0,008 Ţinută lejeră de interior 0,155 Ţinută de interior, iarna, pentru femei 0,234 Ţinută de interior, iarna, pentru bărbaţi 0,158

Fig. 4.24- Rezistenţa termică a îmbrăcăminţii

Page 132: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

136

Debitul de căldură cedat prin respiraţie are valori mici (2…5 W/m2), în condiţiile unei activităţi normale; pentru alte condiţii, se poate utiliza relaţia:

( ) ( ) [ ]2vM

5aerMres m/Wp5867Q1072,1t34Q0014,0Q −⋅⋅⋅+−⋅⋅= − &&& ,

unde pv este presiunea parţială a vaporilor de apă din aer [Pa]. Evaporarea transpiraţiei este unul din mecanismele de termoreglare ale

corpului omenesc, iar fluxul termic unitar corespunzător căldurii schimbate astfel este dat de relaţia:

( ) [ ]2vp

3ev m/Wp3373t2561005,3Q −−⋅⋅⋅= −& ,

în care tp este temperatura pielii. Pentru temperaturi interioare cuprinse între 10 oC şi 30 oC, debitul de căldură schimbat prin radiaţie poate fi calculat cu relaţia:

( ) [ ]2rirr m/WttQ −⋅α=& ,

unde αr este coeficientul de radiaţie de la suprafaţa îmbrăcăminţii la suprafeţele delimitatoare ale încăperii, iar rt este temperatura medie de radiaţie, definită ca medie ponderată a temperaturilor superficiale interioare ale elementelor ce delimitează încăperea studiată:

∑∑ θ⋅

=i

iir S

St ,

Si fiind suprafaţa elementului de construcţie şi θi temperatura acestuia. Temperatura medie de radiaţie este de fapt temperatura unei incinte virtuale, pentru care temperatura pereţilor este constantă, iar schimbul de căldură prin radiaţie între incintă şi om este acelaşi ca şi în cazul incintei reale. Temperatura fiecărui element ce delimitează incinta rezultă din relaţia dată de STAS 6472/3-89:

Rtt

t eaeraeri ⋅α

−−=θ ,

în care te este temperatura exterioară, α este coeficientul convectiv de schimb de căldură [W/m2⋅K], iar R este rezistenţa termică a elementului de construcţie respectiv [m2⋅K/W]. Înlocuind relaţiile elementelor componente în ecuaţia de bilanţ termic se obţine ecuaţia de confort termic:

( ) ( )[ ] ( )[ ]( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )[ ] ,273t273tf1094,3ttf

Rt1Q032,07,35

t34Q0014,0p44Q023,0

501Q42,0p1Q061,04335,01Q

4r

4imbimb

8aerimimim

imb

imbMaerMvM

MvMM

+−+⋅⋅⋅+−⋅α⋅=

=−η−⋅⋅−

=−⋅⋅−−⋅⋅−

−−η−⋅⋅−−η−⋅⋅−⋅−η−⋅

&&&

&&&

unde MQ

W&

&=η .

Considerând constanţi unii dintre parametrii ce intervin în această ecuaţie şi reprezentând grafic soluţiile acesteia se obţin diagramele de confort.

Page 133: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

137

În practică, satisfacerea ecuaţiei de confort termic impune respectarea unor condiţii foarte stricte pentru microclimatul interior, ce nu pot fi realizate mai ales din considerente economice. Ca urmare s-a ajuns la concluzia că un mediu poate fi consideral confortabil din punct de vedere termic chiar dacă 5...10% dintre ocupanţii spaţiului respectiv nu sunt satisfăcuţi. Pornind de la această idee Fanger a determinat, în 1970, o relaţie empirică, ce exprimă votul mediu prevzibil (PMV – Predicted Mean Vote) şi care cuantifică gradul de disconfort prin interogarea unui mare număr de subiecţi. Aceştia şi-au exprimat părerea asupra confortului/disconfortului termic folosind o scară de notare cu şapte nivele, cuprinsă între -3 (foarte rece) şi +3 (foarte cald); nivelul zero corespundea unei senzaţii neutre (nici cald, nici frig), deci situaţiei de confort termic, iar persoanele ce resimţeau disconfortul termic erau considerate a fi cele care nu votau cu +1, 0 sau -1.

Acest parametru fiind rezultatul unui sondaj de opinie, chiar şi la o valoare PMV = 0, 5% dintre persoane vor resimţi disconfort termic.

În strânsă corelaţie cu votul mediu previzibil s-a introdus şi procentul previzibil de nemulţumiţi (PPD – Predicted Percent of Dissatisfied), care exprimă ponderea persoanelor susceptibile a resimţi disconfort termic. Legătura dintre cei doi indici este dată de relaţia:

( )24 2179,003353,095100 PMVPMVePPD ⋅+⋅−⋅−= .

Fig. 4.25 – Legătura dintre indicii PMV şi PPD

Se consideră că valorile acceptabile din punct de vedere al confortului

termic corespund valorilor PMV aflate între -0,5 şi +0,5, pentru care procentul previzibil de nemulţumiţi este mai mic de 10%. Din fig. 4.26, dar şi din relaţia de calcul a PPD se observă că pentru PMV=0, PPD=5%, iar în tabelul 4.4 sunt prezentate condiţiile de microclimat ce asigură PMV = 0 [27].

Relaţia generală de calcul a indicelui PMV este [17]:

( )c

Q

SD028,0e303,0PMV M ⋅+⋅= − & ,

în care Sc = 1,8 [m2] este suprafaţa pielii unui om “standard” având 1,7 m înălţime şi 75 kg, iar D rezultă din ecuaţia:

Page 134: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

138

( ) [ ]WEQQQSQD sfcrcvcM +++−⋅= & , Qcv fiind căldura cedată prin convecţie, Qr căldura cedată prin radiaţie; Qsfc şi E se calculează cu relaţiile:

( ) [ ][ ],WtCtCCE

,W105SQ42,0Q2aer2aer10

cMsfc

⋅+⋅+=

−⋅⋅= &

iar constantele C0, C1 şi C2 depind de umiditatea relativă a aerului din încăpere.

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

10

20

30

40

50

60

70

80

90

10099.116

5

PPD PMV( )

33− PMV

Fig. 4.26 – Procentul previzibil de nemulţumiţi exprimat în funcţie de votul mediu previzibil

Tabelul 4.4 Condiţii de microclimat ce asigură PMV = 0 (activitate sedentară, umiditate

relativă 50%) clo 0 0,5 1,0 1,25 1,5

taer [0C] 29 28 27 26 25 24 24 22 22 vaer

[m/s] 0,5-0,15

0,5-1,0

0,2-0,3 0-0,1 0,5-

1,0 0,2-0,3

1,0-1,5

0,1-0,15 0,5-1,0

Indicii PMV şi PPD stau la baza standardului european EN ISO 7730,

acesta fiind adoptat şi în România sub indicativul SR EN ISO 7730:2006 - Ambianţe termice moderate. Determinarea indicilor PMV şi PPD şi specificarea condiţiilor de confort termic.

Este însă posibil ca, deşi ambianţa dintr-o încăpere să se încadreze în parametrii de confort termic, o persoană să resimtă un disconfort termic local, ce poate fi cauzat de:

• asimetria radiaţiei termice; • existenţa unor curenţi de aer; • diferenţă de temperatură prea mare între cap şi glezne.

Disconfortul produs de asimetria radiaţiei poate fi evaluat cu ajutorul curbelor din fig. 4.27.

Disconfortul produs de către curenţii de aer poate fi determinat cu ajutorul indicelui DR (draught rate):

Page 135: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

139

( ) ( ) ( ) [ ]%14,3Tu37,005,0vt34DR 62,0aeraer +⋅⋅−⋅−= ,

în care intensitatea locală a turbulenţei Tu rezultă, conform ISO 7730, din măsurători ale temperaturii şi vitezei aerului la nivelul gleznei, mâinilor şi capului. Măsurătorile se realizează într-un interval de trei minute, cu o frecvenţă de 5 Hz.

Fig. 4.27 – Influenţa asimetriei radiaţiei termice asupra confortului

În ceea ce priveşte diferenţa de temperatură dintre cap şi glezne, încercări

experimentale au arătat că, atât timp cât aceasta nu depăşeşte 3 oC, procentul celor ce vor resimţi disconfort termic este mai mic de 5%. Din punct de vedere al confortului termic, comitetul european pentru standardizare (CEN) defineşte trei categorii, conform celor prezentate în tabelul 4.5

Tabelul 4.5 Clase de confort termic

Clasa Confort termic general Disconfort termic local (DR, %) A -0,2<PMV<0,2 PPD<6 <15 B -0,5<PMV<0,5 PPD <10 <20 C -0,7<PMV<0,7 PPD <15 <25

4.3.2. Principalele mărimi fizice ce caracterizează ambianţa termică 4.3.2.1. Temperatura aerului Acest parametru trebuie luat în calcul pentru determinarea schimburilor de căldură prin convecţie şi reprezintă temperatura aerului ce înconjoară corpul uman. Variaţii relativ mici ale temperaturii aerului interior sunt imediat percepute de către organismul uman, care trebuie să se adapteze pentru a menţine

Page 136: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

140

constatnt schimbul de căldură cu mediul. Nivelul temperaturii aerului interior depinde de intensitatea activităţii depuse, trebuind să scadă pe măsură ce munca cere un efort mai intens. Astfel, pentru cazul în care activitatea desfăşurată este statică se recomandă ca temperatura aerului să fie de 19 oC, scăzând însă până la 12 oC atunci când se depune o muncă fizică intensă. Existenţa sistemelor de încălzire (iarna) şi de climatizare (vara) face ca temperatura aerului să fie neuniformă, atât în plan orizontal, cât şi în plan vertical, ceea ce influenţează senzaţia de confort termic. Astfel, se consideră că variaţia temperaturii aerului în plan orizontal nu trebuie să depăşească ± 1,5…2 oC. 4.3.2.2. Temperatura medie de radiaţie După cum s-a menţionat anterior, temperatura medie de radiaţie este de fapt temperatura unei incinte virtuale, pentru care temperatura pereţilor este constantă, iar schimbul de căldură prin radiaţie între incintă şi om este acelaşi ca şi în cazul incintei reale. Valoarea temperaturii medii de radiaţie este cea care determină intensitatea schimbului de căldură prin radiaţie între corpul omenesc şi mediul înconjurător. În 1932 Vernon a arătat că temperatura medie de radiaţie poate fi măsurată cu ajutorul termometrului cu glob, iar în 1934 Bedford şi Warner au arătat că temperatura indicată de termometrul cu glob este corelată cu senzaţia de căldură, dând astfel indicaţii directe asupra stresului termic la care este supus corpul uman [28].

Termometrul cu glob este format dintr-o sferă din cupru (1, fig. 4.28), de 150 mm diametru, vopsită negru-mat. În glob este executat un orificiu, prin care se introduce un termometru (2), astfel încât rezervorul acestuia să se afle în centrul sferei; un dop din cauciuc asigură etanşarea termometrului în glob.

Temperatura medie de radiaţie se poate obţine cu ajutorul temperaturii globului, cu ajutorul relaţia:

( ) [ ]Cttv44,2tt 0aergaergr −⋅⋅+= ,

în care tg este temperatura indicată de termometrul cu glob, vaer este viteza aerului [m/s], iar taer este temperatura aerului din încăpere. Relaţia se poate utiliza atunci când diferenţa dintre temperatura medie de radiaţie şi temperatura aerului nu este mai mare de câteva grade.

O altă relaţie ce poate fi utilizată pentru determinarea temperaturii medii de radiaţie este [1]:

( ) [ ]KTTh

TT 4aerg

c4gr −⋅

ε⋅σ+= ,

unde:

• d

TT4,1h aerg

c

−⋅= , în cazul convecţiei naturale a aerului în încăpere;

Page 137: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

141

• 4,05,0aerc dv3,6h −⋅⋅= , în cazul convecţiei forţate;

• vaer – viteza aerului [m/s]; • d – diametrul globului [m]; • ε = 0,95; • σ = 5,67⋅10-8 [W/m2⋅K4] – constanta Stefan-Boltzman

Fig. 4.28 – Termometru cu glob pentru măsurarea temperaturii radiante 1-glob din cupru; 2-termometru; 3-vopsea neagră mată; 4-suport.

În fine, Dima B.M. [16] utilizează următoarea relaţie pentru calculul temperaturii medii de radiaţie:

( ) [ ]KTTTT104,0TT 4aerg

4aerg

84gr −⋅−⋅⋅+= .

4.3.2.3. Temperatura operativă

Temperatura medie operativă combină temperatura aerului şi temperatura medie de radiaţie într-o singură mărime, care măsoară răspunsul corpului omenesc la schimbul de căldură prin convecţie şi radiaţie.

Temperatura operativă este definită (SR ISO 7730) ca fiind temperatura uniformă a unei incinte negre în care un ocupant schimbă aceeaşi cantitate de căldură prin radiaţie şi convecţie ca într-o ambianţă neuniformă.

Temperatura operativă se poate calcula cu ajutorul relaţiei: ( ) [ ]CtA1tAt o

raer0 ⋅−+⋅= , iar valorile parametrului A depind de viteza aerului (tabelul 10.5).

Page 138: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

142

Tabelul 10.5 Valori pentru coeficientul A

vaer [m/s] < 0,2 0,2…0,6 0,7…1,0 A 0,5 0,6 0,7

Pentru viteze mici ale aerului (sub 0,2 m/s) sau atunci când diferenţa

dintre temperatura medie de radiaţie şi temperatura aerului este mai mică de 4 oC, temperatura operativă poate fi calculată ca medie aritmetică între temperatura aerului şi temperatura medie de radiaţie.

4.3.2.4. Umiditatea aerului Umiditatea aerului din încăpere influenţează schimbul de căldură cu mediul ambiant din cauza evaporării apei de la suprafaţa pielii; evaporarea este influenţată de diferenţa dintre presiunea parţială a vaporilor de apă corespunzătoare temperaturii medii a pielii (26…27 oC) şi cea corespunzătoare temperaturii aerului din încăpere. Pe măsură ce temperatura aerului creşte, se măreşte şi cantitatea de căldură eliminată prin transpiraţie, iar creşterea umidităţii relative a aerului din încăpere diminuează evaporarea transpiraţiei. În încăperile climatizate se consideră că umiditatea relativă trebuie să fie cuprinsă între 35 şi 70%, valori mai mici sau mai mari producând senzaţia de disconfort. În fig. 4.29 este prezentată curba limită a zăpuşelii pentru un om în repaos, atunci când nu există mişcare a aerului, iar în fig. 4.30 este prezentată curba limită de activitate profesională, în diagrama Mollier.

Fig. 4.29 – Curba limită de apariţie a

zăpuşelii Fig. 4.30 – Curba limită de activitate profesională

4.3.2.5. Viteza aerului

Viteza maximă admisă a aerului dintr-o incintă depinde de temperatura aerului din încăpere, care este determinată de schimbul de căldură prin convecţie dintre om şi mediul ambiant. Este de dorit ca în încăperi să nu existe o mişcare

Page 139: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

143

accentuată a aerului; mişcarea aerului având o temperatură mai mică decât cea a încăperii şi care este dirijat către anumite părţi ale corpului produce senzaţia de curent.

În fig. 4.31 este prezentată curba limită de apariţie a senzaţiei de curent de aer; aceasta apare pentru perechile de valori taer - vaer situate deasupra curbei. În cazul celor mai exigente cerinţe de confort termic se recomandă ca viteza maximă a aerului să nu depăşească 01,…0,25 m/s, la temperaturi de 20…22oC.

Fig. 4.31 - Curba limită de apariţie a senzaţiei de curent

Page 140: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

144

5. ELEMENTE GENERALE PRIVIND CONSERVAREA PRIN FRIG A PRODUSELOR ALIMENTARE

5.1. STRUCTURA {I COMPOZI}IA PRODUSELOR ALIMENTARE DE ORIGINE ANIMAL| [34, 38, 39, 40, 44] Din punct de vedere al structurii interne, produsele alimentare se prezint\ sub una din urm\toarele forme:

• sisteme celulare cu celule intacte (carnea); • sisteme celulare cu celule complet distruse (piureurile); • sisteme necelulare sau celulare cu celule par]ial distruse (laptele, mierea

de albine); • sisteme combinate.

Din punct de vedere fizic, alimentele se pot prezenta `n diferite st\ri, de la faza complet lichid\ pân\ la faza pur solid\.

Din punct de vedere chimic, principalii constituien]i ai produselor alimentare de origine animal\ sunt:

• apa; • proteinele; • lipidele; • s\rurile minerale, compu[ii organici (enzime, vitamine, provitamine),

virusurile, bacteriile etc. ~n func]ie de modul `n care p\trund [i se reg\sesc `n produsele

alimentare, substan]ele din compozi]ia acestora pot fi grupate astfel: • native – se g\sesc `n mod natural `n materiile prime; sunt previzibile,

cunoscute, controlabile. Pot fi substan]e anorganice (ap\, substan]e minerale, acizi anorganici) sau organice (glucide, lipide, proteine, acizi organici, pigmen]i, enzime, vitamine etc.).

• ad\ugate – sunt admise `n anumite doze [i pentru anumite categorii de alimente; pot fi previzibile [i sunt controlabile. Acestea sunt aditivii alimentari, care pot fi: substan]e organoleptizante (`ndulcitori, coloran]i, aromatizan]i, gelifian]i etc.), substan]e tonifiante, substan]e conservante etc.

• accidentale – sunt aleatorii [i se refer\ la toate substan]ele str\ine, mai mult sau mai pu]in toxice, ce afecteaz\ calitatea alimentelor. Exist\ standarde interna]ionale care reglementeaz\ dozele admise de substan]e str\ine din produsele alimentare. Astfel pot p\trunde accidental `n produsele alimentare pesticide (insecticide, ierbicide, fungicide, raticide etc.), substan]e din utilaje [i ambalaje, substan]e elaborate de microorganisme (toxine) etc.

5.1.1. Apa Cel mai important constituient al produselor alimentare animale `l constituie apa; con]inutul de ap\ influen]eaz\ modul `n care se comport\ produsul

Page 141: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

145

respectiv la r\cire. Apa, `mpreun\ cu substan]ele minerale, glucidele [i proteinele, constituie

un mediu favorabil dezvolt\rii microorganismelor [i din aceast\ cauz\ produsele alimentare bogate `n ap\ se altereaz\ u[or; cu cât con]in mai pu]in\ ap\ cu atât stabilitatea produselor alimentare este mai mare.

~n organismul plantelor [i al animalelor apa are un rol multiplu [i complex:

• asigur\ transportul sevei brute de la r\d\cini la frunze [i al sevei elaborate de la frunze la organele de depozitare. Prin intermediul plasmei sanguine transport\ substan]ele nutritive la celule [i ]esuturi.

• u[ureaz\ absorb]ia substan]elor anorganice [i organice din sol `n organismele vegetale [i din tubul digestiv pentru om [i animale. Ea constituie un factor important `n stabilirea leg\turii indispensabile dintre organism [i mediul ambiant.

• creeaz\ `n organism mediul necesar reac]iilor biochimice de hidroliz\, oxidoreducere, hidratare etc; furnizeaza ionii de H+ si OH

- necesari

men]inerii echilibrului acido-bazic, activit\]ii enzimatice etc. Apa particip\ direct la realizarea unor reac]ii de sintez\ [i degradare din organism; are o mare putere de solubilizare [i determin\ `n organism formarea solu]iilor moleculare [i a celor coloidale.

• favorizeaz\ disocierea ionic\ a diferitelor substan]e prin constanta dielectric\ mare.

• are rol `nsemnat `n procesele de termoreglare, `n procesele de transpira]ie [i de eliminare a substan]elor de excre]ie. Con]inutul de ap\ este diferit la produsele agroalimentare [i are o

influen]\ hot\râtoare asupra anumitor caracteristici ale acestora. El variaz\ de la 0,05% la zah\r, 0,1% la uleiul de floarea soarelui [i ajunge pân\ la 88% `n laptele dulce de consum sau 85…95% `n fructe [i legume.

Produsele care au un con]inut mare de ap\ sunt usor perisabile, ofer\ condi]ii favorabile dezvolt\rii unor microorganisme patogene [i de aceea p\strarea lor un timp `ndelungat necesit\ temperaturi sc\zute. Din aceast\ categorie fac parte carnea [i pe[tele, care sunt u[or atacate de bacteriile de putrefac]ie, dar [i fructele [i legumele, care sunt atacate de mucegaiuri. O sc\dere sub valoarea normal\ a con]inutului de ap\ din unele produse determin\ o mic[orare a valorii produselor respective (fructe, legume). La carne, con]inutul de ap\ variaz\ invers propor]ional cu cel de gr\sime, `n func]ie de starea de `ngr\[are: bovine 60…70%, porcine 50,6…73%, g\ini 65,5…70,9%. Pentru carnea destinat\ prelucr\rii industriale, prezint\ importan]\ caracteristicile tehnologice, capacitatea de hidratare, capacitatea de re]inere a apei, raportul ap\/protein\, care determin\ randamentele de prelucrare [i propriet\]ile organoleptice ale produselor fabricate. Carnea tocat\ re]ine apa [i poate fi astfel falsificat\ prin adaosuri de ap\ peste cantitatea prev\zut\ `n norme. ~n cazul pe[telui proasp\t, ]esutul muscular este `n general bogat `n ap\ [i mai s\rac `n lipide decât cel al animalelor cu sânge cald. Con]inutul de ap\ este variabil (`ntre 58,6 [i 82,1%), `n cazul pe[tilor gra[i fiind mai redus. La ou\ cantitatea de ap\ con]inut\ variaz\ `n func]ie de specia de pas\re

Page 142: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

146

de la care provin, fiind `n general cuprins\ `ntre 70 [i 73%. Pentru lapte compozi]ia chimic\ difer\ de cea a altor produse alimentare

atât sub raport ap\/substan]\ uscat\ cât [i din punct de vedere calitativ, con]inând proteine, lactoz\, lipide, s\ruri minerale, vitamine, enzime, anticorpi etc.; apa constituie mediul de dispersie al substan]elor din compozi]ia laptelui. Cantitatea de ap\ variaz\ `ntre 81 [i 88%, `n func]ie de specia de animale de la care provine laptele. Brânzeturile se pot clasifica `n brânzeturi cu past\ moale (cele proaspete), brânzeturi fermentate cu past\ moale, brânzeturi cu past\ semitare [i brânzeturi cu past\ tare. Pasta moale a acestor brânzeturi se datoreaz\ con]inutului ridicat de ap\ (peste 55%); la brânzeturile cu past\ semitare con]inutul de ap\ este mai redus (40…50%), iar cele cu past\ tare au sub 45% ap\. Mierea din ]ara noastr\ este printre cele având con]inutul de ap\ cel mai sc\zut din lume (20%). Mierea care are con]inut ridicat de ap\ (peste 25%) nu se poate p\stra mult timp deoarece se altereaz\ (fermenteaz\, se acre[te etc.). Zah\rul con]ine zaharoz\ (99,5…99,6%), substan]e reduc\toare (maxim 0,25%), ap\ (0,05…0,1%) etc. Un con]inut mai mare de substan]e reduc\toare influen]eaz\ stabilitatea zah\rului `n timpul p\str\rii datorit\ cre[terii higroscopicit\]ii, iar cre[terea con]inutului de ap\ determin\ aglomerarea cristalelor [i apari]ia unor procese hidrolitice. Fructele [i legumele `n stare proasp\t\ au con]inut ridicat de ap\ (74…95% legumele, 80…90% fructele), aceasta determinând starea de fr\gezime [i prospe]ime pe durata circula]iei lor tehnico-economice. Ele au o compozi]ie chimic\ care le confer\ o valoare nutritiv\ specific\: ap\, glucide, acizi organici, s\ruri minerale, enzime, vitamine, gr\simi [i proteine `n cantit\]i mici. Con]inutul mare de ap\ permite conservarea acestora prin congelare, ceea ce asigur\ men]inerea pentru o perioad\ `ndelungat\ a `nsu[irilor [i valorii nutritive. Fructele [i legumele al c\ror con]inut `n ap\ scade se zbârcesc, se ofilesc [i `[i pierd din propriet\]ile gustative. La fabricarea berii, apa este considerat\ tot materie prim\ datorit\ propor]iei mari `n produsul finit (88…94%), cât şi datorit\ influen]ei compozi]iei acesteia asupra `nsu[irilor senzoriale ale produsului finit. Dup\ modul `n care apa poate fi separat\ de ceilal]i constituien]i ai produsului, aceasta se poate g\si sub form\ de ap\ liber\ sau sub form\ de ap\ legat\. Apa din produsele alimentare poate trece dintr-o form\ `n alta: la fabricarea branzeturilor, de exemplu, apa liber\ din lapte trece `n ap\ legat\. Apa liber\ poate fi `ndep\rtat\ (separat\) din produs prin presare, centrifugare, evaporare sau congelare. Apa liber\ `n exces poate fi `ndep\rtat\ f\r\ ca activitatea celular\ s\ fie influen]at\, `n timp ce `ndep\rtarea apei libere de metabolism are efecte neletale asupra metabolismului celular. Apa liber\ se afl\ sub forma de suc celular sau micropic\turi. Toate procesele enzimatice, unele reac]ii neenzimatice, dezvoltarea microorganismelor, nu pot avea loc decât `n prezen]a apei libere.

Apa din produsele alimentare se g\se[te legat\ sub diferite forme, `n func]ie de natura modului de legare deosebindu-se: ap\ legat\ fizic, fizico-chimic [i chimic.

Page 143: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

147

a) apa legat\ fizic este specific\ materialelor poroase [i este re]inut\ prin for]e mecanice (de c\tre materialele higroscopice), prin for]e de suprafa]\ [i de capilaritate. Apa re]inut\ `n microcapilare (raza < 10-5 cm) se nume[te ap\ higroscopic\, iar cea din macrocapilare (raza > 10-5 cm) se nume[te umiditate liber\ sau superficial\. Apa capilar\ reprezint\ 70% din con]inutul total de umiditate al produselor alimentare [i datorit\ leg\turii slabe cu produsul se `ndep\rteaz\ u[or prin evaporare. b) apa legat\ fizico-chimic este o form\ mai stabil\ de legare a apei, fiind prezent\ `n majoritatea alimentelor, f\r\ s\ fie `n strâns\ corela]ie cantitativ\ cu materialul. Acestui tip de ap\ `i sunt caracteristice leg\tura adsorbtiv\ [i leg\tura osmotic\ sau structural\. Leg\tura adsorbtiv\ este specific\ fenomenelor de suprafa]\, are o intensitate medie [i este destul de greu reversibil\. Leg\tura osmotic\ se realizeaz\ atunci când `nveli[ul celulelor ajunge `n contact direct cu apa, de exemplu prin imersie. Este o leg\tur\ de intensitate mai slab\ [i este reversibil\.

c) apa legat\ chimic se caracterizeaz\ prin leg\turi ionice sau moleculare. Re]inerea apei se face sub form\ de ap\ de cristalizare sau constitu]ie. Apa de constitu]ie face parte integrant\ din chiar molecula substan]ei chimice; `ndep\rtarea unei anumite cantit\]i din apa de constitu]ie conduce la moartea celulei.

În func]ie de procedeul tehnologic, apa se elimin\ astfel încât s\ se ating\ con]inutul optim, care s\ asigure caracteristici organoleptice superioare, echilibru al componen]ilor cu rol biologic sau energetic [i stabilitatea produselor alimentare complexe. La produsele alimentare se utilizeaz\ urm\toarele procedee de deshidratare:

• liofilizarea; • uscarea natural\; • deshidratarea dirijat\ în instala]ii speciale la presiune normal\; • deshidratarea în pat fluidizat; • concentrarea în vid.

5.1.2. Proteinele

Sunt compu[i chimici care con]in `n principal atomi de carbon, azot, oxigen [i hidrogen. Proteinele se g\sesc `n majoritatea produselor alimentare perisabile, constituind elementele nutritive de baz\ `n cele mai multe alimente de origine animal\ (carne, ouă, lapte) şi vegetală (fasole, mazăre, linte, soia, etc.). Proteinele de origine animală se asimilează mai uşor în organism decât cele de origine vegetală.

Proteinele sunt substanţe fundamentale pentru buna funcţionare a organismului [i nu pot lipsi din alimentaţie. Pe lângă rolul lor energetic ele au în special rol plastic (formator), contribuind la creşterea organismului şi la refacerea ţesuturilor distruse prin funcţionarea şi uzura organismului; de asemenea ele intră în alcătuirea hormonilor, fermenţilor, enzimelor şi anticorpilor, cu rol important în funcţionarea şi apărarea organismului ~n ]esuturile musculare, proteinele se g\sesc sub form\ de proteine

Page 144: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

148

miofibrilare, proteine sarco-plasmatice [i proteine ale ]esuturilor de leg\tur\ (colagen, elastin\). Proteinele miofibrilare determin\ calitatea texturii mu[chiului [i marea capacitate de legare a apei, atingând pân\ la 75% din totalul proteinelor din mu[chiul de pe[te [i pân\ la 50% din totalul proteinelor la mu[chiul de vit\. 5.1.3. Lipidele Lipidele sau gr\simile reprezint\ o surs\ de energie pentru organism. Lipidele se găsesc în proporţie mare în alimentele de origine animală (unt, slănină, carne de porc) şi în unele fructe (alune, nuci); ele sunt esteri ai acizilor gra[i, satura]i (acidul palmitic, stearic) sau nesatura]i (acidul oleic). Acizii gra[i satura]i se g\sesc în gr\simile animale (unt, smântân\, untur\). 5.1.4. Enzimele Sunt constituite din proteine [i ac]ioneaz\ ca biocatalizatori, controlând diverse procese fiziologice. Exist\ un mare num\r de enzime, fiecare controlând un anumit proces biochimic. Enzimele sunt distruse de temperaturile peste 60…1000C, dar pot rezista la temperaturi sc\zute, putând determina modific\ri nedorite ale produselor alimentare r\cite. 5.1.5. Hidra]ii de carbon Hidra]ii de carbon sunt compu[i chimici ce con]in carbon, hidrogen [i oxigen [i se g\sesc `n cantit\]i relativ mici `n corpul animalelor (1…4%). 5.1.6. S\rurile minerale S\rurile minerale se g\sesc `n mu[chi sub form\ de ioni [i au influen]\ asupra capacit\]ii de legare a apei, texturii, culorii [i gustului. Ionii anorganici din mu[chi sunt cei de K, Na, Mg, Ca, Fe, Zn. Cele mai multe s\ruri de potasiu se g\sesc `n fibrele mu[chilor, `n timp ce ionii de sodiu se g\sesc mai ales `n solu]iile apoase extracelulare. 5.1.7. Vitaminele Sunt compu[i organici ce nu pot fi forma]i de c\tre organism, fiind preluate din exterior prin hran\ sau ca provitamine. 5.1.8. Virusurile, microorganismele Virusurile sunt agen]i infec]io[i ce pot produce boli; nefiind afecta]i de temperaturile sc\zute, alimentul infectat r\mâne astfel [i dup\ aplicarea unui tratament prin frig. Microorganismele sunt prezente `n alimente sub form\ de bacterii, mucegaiuri [i drojdii. Unele microorganisme sunt necesare `n procesul de

Page 145: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

149

fabrica]ie al unor produse alimentare. 5.2. PROPRIET|}I TERMO-FIZICE ALE PRODUSELOR ALIMENTARE [25, 38, 39, 40, 44] Pentru calculul necesarului de frig [i stabilirea parametrilor tehnologici ai proceselor de r\cire trebuie cunoscute propriet\]ile termo-fizice ale produselor alimentare. Principalele propriet\]i termo-fizice avute `n vedere sunt:

• c\ldura specific\; • c\ldura latent\ de solidificare; • entalpia specific\; • conductivitatea termic\; • difuzivitatea termic\.

5.2.1. C\ldura specific\ Dup\ cum s-a men]ionat anterior (vezi cap. 1), c\ldura specific\ reprezint\ cantitatea de c\ldur\ necesar\ pentru a modifica cu un grad temperatura unui kilogram de produs, f\r\ modificarea st\rii de agregare, fiind exprimat\ `n J/kg∙K sau `n Kcal/ kg∙K. Cunoa[terea c\ldurii specifice este necesar\ pentru efectuarea calculelor referitoare la necesarul de frig. Atunci când un produs alimentar este format din mai mul]i componen]i, c\ldura specific\ a acestuia se determin\ cu rela]ia:

∑=

⋅=n

ipiip cc

1µ ,

unde µi este participa]ia masic\ a componentului i, iar cpi este c\ldura specific\ a componentului respectiv. C\ldura specific\ depinde de temperatura produsului; `n tabelul 5.1 sunt date c\ldurile specifice ale unor produse alimentare, pentru diferite temperaturi.

Tabelul 5.1.

C\lduri specifice ale unor produse alimentare [kJ/kg·K] Produsul Temperatura

[0C] Carne de vit\ Ou\ ~nghe]at\ 10 3,98 3,56 3,22 4 3,98 3,56 3,22

-12 3,43 2,89 4,60 -23 2,01 2,05 2,55 -40 1,80 1,84 1,67

Pentru calcule, la temperaturi peste 0 0C, c\ldura specific\ se poate

determina cu rela]iile: • gusapc µµµ ⋅+⋅+⋅= 1,25072,1185,4 - pentru produse de origine

animal\,

Page 146: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

150

• gusapc µµµ ⋅+⋅+⋅= 1,22142,1185,4 - pentru produse de origine

vegetal\, `n care µa este participa]ia masic\ a apei [kg/kg produs], µus este con]inutul de substan]e uscate [kg/kg produs], iar µg este con]inutul de gr\simi [kg/kg produs].

C\ldura specific\ poate fi calculat\ [i cu ajutorul unor formule empirice; de exemplu, pentru carnea de vit\ de calitate superioar\, c\ldura specific\ se determin\ cu rela]ia:

[ ]KkgJuc p ⋅⋅+= /122630 ,

`n care u este con]inutul de ap\ [%].

5.2.2. C\ldura latent\ de solidificare

Reprezint\ cantitatea de c\ldur\ ce trebuie extras\ dintr-un kilogram de produs pentru ca acesta s\ se solidifice; se exprim\ `n J/kg sau kcal/kg.

Cunoa[terea c\ldurii latente de solidificare este necesar\ pentru efectuarea calculelor referitoare la necesarul de frig pentru congelare. Pentru produsele care nu con]in gr\simi, c\ldura latent\ de solificare este propor]ional\ cu participa]ia masic\ a apei:

[ ]kgkJl a /335 µ⋅= ,

`n care 335 kJ/kg este c\ldura latent\ de solidificare a apei, iar µa repezint\ participa]ia masic\ a apei [kg ap\/kg produs]. ~n tabelul 5.2 sunt prezentate c\ldurile latente de solificare pentru unele produse alimentare.

Tabelul 5.2 C\lduri latente de solificare pentru unele produse alimentare [kJ/kg]

Produsul C\ldura latent\ de solificare Carne proasp\t\ de vit\ 205,1…255,3 Carne proasp\t\ de porc 117,2…138,1 Carne proasp\t\ de miel 200,9…230,2

Carne proasp\t\ de pas\re 246,9 Pe[te proasp\t 205,1…284,6

Lapte 288,8 Ou\ 221,8

5.2.3. Entalpia specific\ Entalpia specific\ sau “con]inutul de c\ldur\” se utilizeaz\ `n calculul necesarului de frig pentru refrigerarea sau congelarea produselor alimentare; se m\soar\ `n J/kg sau kcal/kg. Cunoscând entalpia specific\ a unui produs alimentar, necesarul de frig pentru r\cirea acestuia de la temperatura ini]ial\ t1 pân\ la temperatura final\ t2 se determin\ cu rela]ia:

( ) [ ]JiimQ 21 −⋅= , unde i1 [i i2 sunt entalpiile specifice corespunz\toare temperaturilor t1 [i respectiv t2.

Page 147: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

151

Pentru un produs format din mai multe componente, cantitatea de c\ldur\ ce trebuie extras\ dintr-un kilogram de produs (varia]ia de entalpie) pentru ca temperatura acestuia s\ scad\ de la t1 la t2 este:

[ ]kgJiiqn

iii /

1∑

=

∆⋅=∆= µ ,

`n care unde µi este participa]ia masic\ a componentului i, iar ∆ii este varia]ia de entalpie a componentului la r\cirea de la temperatura t1 pân\ la temperatura t2. ~n cazul cel mai general `n care r\cirea are loc cu schimbarea st\rii de agregare, varia]ia de entalpie ∆ii se poate determina prin calcul, folosind rela]ia:

( ) ( ) [ ]kgJttclttci spiispii /2211 −⋅++−⋅=∆ ,

unde: • cpi1 – c\ldura specific\ a componentului i, corespunz\toare intervalului de

temperatur\ cuprins `ntre temperatura ini]ial\ t1 [i temperatura de solidificare ts;

• li – c\ldura latent\ de solidificare a componentului respectiv; • cpi1 – c\ldura specific\ a componentului i, corespunz\toare intervalului de

temperatur\ cuprins `ntre temperatura de solidificare ts [i temperatura final\ t2. Entalpiile specifice ale unor produse alimentare, `n func]ie de temperatur\

sunt prezentate `n tabelul 5.3. 5.2.4. Conductivitatea termic\

Reprezint\ cantitatea de c\ldur\ ce trece prin unitatea de suprafa]\, `n unitatea de timp, la o diferen]\ de temperatur\ de 1 0C [i între două planuri paralele aflate o distan]\ de 1 m `ntre ele; se m\soar\ `n W/m∙K [i caracterizeaz\ modul de transmitere prin conduc]ie a c\ldurii prin produsul alimentar supus r\cirii. Conductivitatea termic\ a produselor alimentare cre[te odat\ cu cre[terea con]inutului de ap\ (fig. 5.1).

Tabelul 5.3 Entalpii specifice pentru unele produse alimentare [kJ/kg]

Temperatura [0C] Produsul 30 10 5 0 -10 -20 -30

Carne de vit\ 402,2 333,2 314,7 298,4 72,4 41,4 19,3 Carne de porc 385,5 316,0 298,4 281,7 70,7 40,6 19,3

Cod 434,5 360,4 341,2 105,1 71,6 42,3 20,1 Ou\ 441,6 349,5 328,6 308,5 66,1 38,9 18,4 Unt 264,1 179,6 157,8 139,4 58,2 35,2 16,7

Untur\ 195,5 125,1 107,6 82,5 51,9 31,0 14,6 Se pot utiliza [i formule empirice pentru determinare conductivit\]ii

termice; de exemplu, pentru carne de vit\ de calitate superioar\ se utilizeaz\ rela]ia:

[ ]Km/Wu0058,013,0 ⋅⋅+=λ .

Page 148: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

152

~n tabelul 5.4 este prezentat\ conductivitatea termic\ pentru unele tipuri de carne, `n func]ie de temperatur\.

Fig. 5.1 - Conductivitatea termic\ a c\rnii de vit\ [25] 1-carne de calitate superioar\; 2-carne calitatea I-a; 3-carne calitatea a II-a.

Tabelul 5.4 Conductivitatea termic\ a c\rnii de porc [i de vit\ [W/m·K]

Temperatura [0C] Carne gras\ de vit\

Carne slab\ de vit\

Carne de porc

-30 1,535 1,651 1,454 -20 1,43 1,57 1,291 -10 1,198 1,349 0,988 0 0,477 0,477 0,477

30 0,488 0,488 0,488 5.2.5. Difuzivitatea termic\ Este o m\sur\ a iner]iei termice a produselor; se determin\ cu ajutorul rela]iei:

[ ]smc

ap

/2

ρλ⋅

= ,

`n care ρ este densitatea [kg/m3]. Difuzivitatea termic\ depinde de con]inutul de ap\ [i gr\simi, porozitate etc. (fig. 5.2, 5.3). 5.3. INFLUEN}A TEMPERATURILOR SC|ZUTE ASUPRA STRUCTURII {I COMPOZI}IEI PRODUSELOR ALIMENTARE [38, 43] ~n fig. 5.4 este prezentat\ diagrama cubelor de satura]ie pentru ap\. Punctul (PT) se nume[te punct triplu; `n condi]iile de presiune [i temperatur\ ale acestui punct, apa coexist\ sub toate cele trei faze de agregare (solid\, lichid\ [i gazoas\). ~n domeniul delimitat de curbele (a) [i (c), apa se g\se[te `n stare lichid\; punctul (C) este punctul critic, corespunzând temperaturii de 3740C [i presiunii de 167200 mm Hg. Dincolo de acest punct apa nu mai poate exista decât `n stare de vapori.

Page 149: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

153

Fig. 5.2 - Difuzivitatea termic\ a c\rnii de vit\ [25] 1-carne de calitate superioar\; 2-carne calitatea I-a; 3-carne calitatea a II-a.

Fig. 5.3 – Difuzivitatea termic\ a smântânii, `n func]ie de temperatur\ [i con]inutul de gr\sime [25]

Fig. 5.4 – Diagrama curbelor de satura]ie pentru ap\

Fig. 5.5 – Solidificarea apei pure la presiune atmosferic\ normal\

Curbele (c) [i (b) delimiteaz\ domeniul `n care apa se g\se[te `n stare

solid\ (ghea]\); pentru presiunile superioare celei corespunz\toare punctului triplu, sc\derea temperaturii (de la t1 la t3) conduce la trecerea apei din starea

Page 150: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

154

lichid\ `n cea solid\ (temperatura t2 este egal\ cu 00C). Pentru presiunile mai mici decât cea corespunz\toare punctului triplu, apa trece din stare solid\ direct `n stare de vapori, proces denumit sublimare [i care este utilizat `n cazul liofiliz\rii produselor alimentare (vezi capitolul 8).

La presiune atmosferic\ normal\, solidificarea apei pure are loc conform diagramei din fig. 5.5; c\ldura latent\ de solidificare a apei este de 335 kJ/kg. ~n produsele alimentare apa este de fapt faza continu\ a unor sisteme disperse [i temperatura sa de `nghe] este mai mic\ decât cea a apei pure; ca urmare, temperatura de congelare (`nghe]) a produselor alimentare este cuprins\ `ntre -0,40C [i – 40C, `n func]ie de tipul produsului. ~n cazul unei solu]ii binare (formate din dou\ componente), diagrama curbelor de satura]ie este cea prezentat\ `n fig. 5.6 (pentru solu]ia de ap\ cu sare). Pentru o solu]ie având concentra]ia ini]ial\ xA (xA % sare), `n domeniul aflat deasupra celor dou\ curbe solu]ia se g\se[te `n stare lichid\; sc\derea temperaturii de la tA pân\ la tB are loc cu p\strarea constant\ a concentra]iei. Din momentul atingerii punctului (B), sc\derea `n continuare a temperaturii conduce la apari]ia cristalelor de ghea]\; odat\ cu sc\derea temperaturii se parcurge curba (B-E), iar concentra]ia solu]iei cre[te pe m\sur\ ce se formeaz\ noi cristale de ghea]\. La atingerea temperaturii corespunz\toare punctului (E), denumit punct eutectic1, `ntreaga cantitate de solu]ie, având concentra]ia xE, se va g\si `n stare solid\. Pentru solu]ia de sare `n ap\, parametrii punctului eutectic sunt:

• tE = - 21,20C; • xE

= 23,3%.

Fig. 5.6 – Diagrama curbelor de satura]ie pentru o solu]ie binar\

Concentrarea solu]iei prin congelare par]ial\ este utilizat\ pentru unele produse alimentare lichide cum ar fi mustul de struguri, sucurile de fructe, vinurile. ~n cazul `n care concentra]ia ini]ial\ a solu]iei este cea corespunz\toare punctului (C, xC > xE), sc\derea temperaturii men]ine constant\ concentra]ia

1 EUT'ECTIC, -Ă, eutectici, -ce, adj. (Despre amestecuri chimice) Care se tope[te sau se solidific\ la o temperatur\ constant\, inferioar\ punctului de topire sau solidificare a fiec\ruia dintre constituen]i. Din fr. eutectique.

Page 151: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

155

solu]iei pân\ la atingerea punctului (D); la sc\derea `n continuare a temperaturii, evolu]ia are loc dup\ curba (D-E), fiind `nso]it\ de sc\derea concentra]iei. ~n punctul (E) solu]ia este saturat\ (`n exemplul nostru apa con]ine cantitatea maxim\ de sare dizolvat\), iar temperatura de congelare a solu]iei este minim\ (temperatur\ eutectic\) ; la sc\derea temperaturii sub tE, `ntreaga solu]ie se va g\si `n stare solid\ (congelat\). Atunci când solu]ia este format\ din mai multe componente (polifazic\), nu mai exist\ o temperatur\ fix\ de congelare, ci un interval de temperaturi pe parcursul c\ruia solu]ia trece din stare lichid\ `n stare solid\. Produsele alimentare, ca sisteme complexe, cuprind o faz\ continu\ de solu]ii apoase [i o faz\ dispersat\ ce poate con]ine coloizi2 (dispersii coloidale).

Proteinele, ca elemente ce pot forma dispersii coloidale, sunt afectate de procesul de r\cire; astfel, r\cirea pân\ la limita de congelare `ntârzie denaturarea proteinelor (denaturare ce se refer\ la modific\ri `n forma moleculelor, sc\derea capacit\]ii de legare a apei etc.). Congelarea produce, de regul\, denaturarea proteinelor, aceasta fiind mai accentuat\ la globuline `n raport cu albuminele; denaturarea se manifest\ `n special prin separarea apei sub form\ de cristale de ghea]\. Denaturarea proteinelor este accentuat\ pe parcursul depozit\rii alimentelor `n stare congelat\, fiind cu atât mai semnificativ\ cu cât temperatura este mai ridicat\ [i durata de depozitare mai mare. Pentru a se evita denaturarea proteinelor, pentru unele produse alimentare se recomand\ congelarea ultrarapid\, cu azot lichid. Emulsiile sunt sisteme eterogene, formate din lichide nemiscibile, dispersate unul `n altul sub form\ de pic\turi fine (diametre mai mari de 0,1 µm); `n alimente, de cele mai multe ori emulsiile sunt formate din gr\simi [i ap\. Temperaturile sc\zute provoac\ destabilizarea emulsiilor, prin separarea incomplet\ a componentelor sau prin inversarea emulsiei (emulsie de tip ap\ `n gr\sime `n loc de gr\sime `n ap\). Destabilizarea emulsiilor se explic\ prin cre[terea tensiunii superficiale odat\ cu sc\derea temperaturii; pe de alt\ parte, cre[terea vâscozit\]ii tinde s\ contracarereze, `ntr-o oarecare m\sur\, efectul de destabilizare a emulsiei. ~n ceea ce prive[te sistemele celulare, sc\derea temperaturii pân\ la limita congel\rii nu produce efecte negative. Congelarea determin\ modific\ri ireversibile ale celulelor atât prin ac]iunea mecanic\ a cristalelor de ghea]\ (distrugerea sau deformarea pere]ilor celulelor, disloc\ri mecanice), cât [i prin ac]iunea fizico-chimic\ a solu]iilor care se concentreaz\ prin separarea apei. ~n cazul `n care congelarea produsului este rapid\, se formeaz\ cristale de ghea]\ de dimensiuni mici, iar efectele mecanice sunt reduse. ~n timpul depozit\rii produselor congelate dimensiunile cristalelor de ghea]\ cresc [i acestea afecteaz\ puternic structura celulelor. ~n cazul gr\similor principala modificare este râncezirea, care este un rezultat al autooxid\rii lipidelor [i al proceselor de hidroliz\, `nso]it de eliberarea de acizi gra[i. R\cirea gr\similor pân\ la limita de congelare `ntârzie apari]ia râncezirii, aceasta manifestându-se doar dup\ scurgerea unei anumite perioade de 2 COLOÍD, -Ă, coloizi, -de, adj., s.m. [i f., adj. (Chim.; despre unele substanţe sau materii) Ale c\rei particule se afl\ în stare de dispersie [i nu difuzeaz\ prin membrane. Din fr. colloïde.

Page 152: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

156

depozitare. Cu cât temperatura este mai sc\zut\, cu atât modific\rile calitative ce apar prin râncezire sunt mai reduse. Pentru diminuarea râncezirii oxidative se poate apela la ambalarea sub vid sau la ambalarea `n materiale impermeabile la oxigen [i lumin\. 5.4. METODE DE PRELUCRARE PRIN FRIG. OBIECTIVE [38, 39, 44] Prelucrarea prin frig a produselor alimentare presupune utilizarea uneia din urm\toarele metode:

• refrigerarea – urm\re[te r\cirea cât mai rapid\ a produselor pân\ la temperaturi finale cuprinse `ntre 0 0C [i +5 0C, superioare temperaturii de congelare;

• congelarea – are ca scop r\cirea produsului pân\ la temperaturi finale cuprinse -18 0C [i -25 0C, proces `n urma c\ruia peste 95% din con]inutul de ap\ se transform\ `n ghea]\;

• liofilizarea (criodesicarea) – urm\re[te deshidratarea produselor congelate `n prealabil, prin sublimarea ghe]ii, cu aport controlat de c\ldur\. Obiectivele urm\rite la prelucrarea prin frig a produselor alimentare sunt:

• prelungirea duratei de conservare, prin p\strarea acestora la temperaturi sc\zute; efectul inhibitor al frigului asupra agen]ilor modificatori este cu atât mai eficient cu cât nivelul de temperatur\ este mai sc\zut [i depinde de natura produselor respective (fig. 5.7).

Fig. 5.7 – Influen]a temperaturii asupra duratei de conservare prin frig [38] 1-g\ini t\iate; 2-pe[te slab; 3-carne de vit\; 4-mere; 5-portocale.

• crearea condi]iilor optime de temperatur\ pentru desf\[urarea unor procese tehnologice (de exemplu `n industria berii [i a vinului).

• modificarea unor propriet\]i fizice (de obicei consisten]a) pentru a se crea condi]iile necesare desf\[ur\rii unor opera]ii tehnologice (fabricarea untului, ciocolatei, margarinei, `nghe]atei etc.).

• realizarea unui tratament termic prin frig, pentru unele produse lichide, `n scopul modific\rii compozi]iei acestora (limpezirea vinului, concentrarea

Page 153: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

157

mustului etc.). ~n ceea ce prive[te combaterea prin frig a alter\rii produselor alimentare,

trebuie men]ionat c\ agen]ii modificatori pot fi de natur\ biologic\, biochimic\ [i fizico-chimic\.

Frigul are un efect letal asupra unui num\r mare de agen]i biologici (microorganisme); `n cazul unor microorganisme, frigul are doar efect bacteriostatic, `mpiedicând doar `nmul]irea acestora; dup\ cre[terea temperaturii, acestea `[i reiau activitatea vital\.

Agen]ii biochimici (enzime) nu sunt inactiva]i prin frig (la temperaturile utilizate `n mod obi[nuit), sc\derea temperaturii având ca efect doar reducerea vitezei reac]iilor biochimice; la temperaturi sub -400C, care `ns\ nu se utilizeaz\ curent `n tehnica frigorific\ a produselor alimentare, se consider\ c\ enzimele sunt inactivate.

Agen]ii fizico-chimici (aer, lumin\, c\ldur\, substan]e chimice cu rol aseptic) au mai mult o ac]iune indirect\ asupra microorganismelor [i enzimelor; depozitarea `n condi]ii optime a produselor alimentare tratate prin frig impune anumite cerin]e referitoare la agen]ii fizico-chimici, pentru a se evita pierderile de greutate, pentru favorizarea dezvolt\rii microorganismelor, modificarea aspectului produsului etc.

Pentru ca prelucrarea prin frig s\ conduc\ la ob]inerea unor produse alimentare de calitate trebuie respectate urm\toarele principii de baz\:

• tratamentul prin frig trebuie aplicat unui produs s\n\tos; • tatamentul prin frig trebuie aplicat `ntr-o faz\ cât mai precoce; • tratamentul prin frig trebuie aplicat `n mod continuu; temperatura sc\zut\

trebuie men]inut\, f\r\ varia]ii, din momentul prelucr\rii prin frig [i pân\ când produsul ajunge la consumatorul final.

5.5. PIERDERI DE GREUTATE LA PRODUSELE PRELUCRATE PRIN FRIG [38, 39, 44, 53, 57] ~n timpul prelucr\rii prin frig [i a depozit\rii produselor alimentare acestea sufer\ o pierdere de greutate prin evaporarea apei sau sublimarea ghe]ii. Pentru evaluarea pierderii de greutate se pot utiliza rela]iile:

• ( ) [ ]kgttc

iil

Sm asp

as τα⋅

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡−−

−⋅

⋅⋅=∆ 3600 - pentru perioada de

refrigerare sau congelare, • ( ) [ ]kgSppbm vv ⋅⋅−⋅=∆ τ' - pentru perioada de depozitare,

`n care: - S – suprafa]a produsului aflat\ `n contact cu aerul [m2]; - α - coeficient de transmitere a c\ldurii prin convec]ie de la suprafa]a

produsului la aer [kW/m2·K]; - is – entalpia aerului saturat `n vapori de ap\, aflat la temperatura

suprafe]ei produsului [kJ/kg]; - ia – entalpia aerului umed utilizat pentru r\cire;

Page 154: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

158

- ts – temperatura suprafe]ei produsului [0C]; - ta – temperatura aerului de r\cire; - l = 2500 kJ/kg (c\ldura latent\ de vaporizare a apei) pentru refrigerare [i

2835 kJ/kg (c\ldura latent\ de sublimare a ghe]ii) pentru congelare; - τ - durata procesului de r\cire sau a depozit\rii [h]; - cp – c\ldura specific\ a aerului umed [kJ/kg·K]; - p’v [i pv – presiunile par]iale ale vaporilor de ap\ `n stratul de aer de la

suprafa]a produsului, respectiv `n aerul din depozit; - b – coeficient de evaporare, dat de rela]ia:

[ ]mmHghmkgppc

bvBp

⋅⋅−

⋅= 2/622,0α.

Pierderile de greutate depind de natura produsului, prezen]a [i tipul ambalajului, mediul de r\cire, caracteristicile spa]iului frigorific [i ale echipamentului de r\cire, condi]iile de exploatare.

Natura produsului influen]eaz\ pierderile de greutate prin compozi]ia chimic\, propriet\]ile fizice, raportul dintre suprafa]a exterioar\ [i mas\ precum [i prin coeficientul de transmitere a c\ldurii de la suprafa]\ la mediul de r\cire. ~n principiu, cu cât cantitatea de ap\ liber\ din produs este mai mare, cu atât pierderile de greutate vor fi mai importante; un raport suprafa]\/greutate mare accentueaz\ de asemenea pierderea de greutate.

Produsele preambalate vor suferi pierderi de greutate mai reduse `n compara]ie cu produsele neambalate; evident, un ambalaj impermeabil reduce pierderile.

~n cazul utiliz\rii aerului ca mediu de r\cire, `n spa]iile cu circula]ie for]at\ a aerului pierderile de greutate sunt mai importante decât dac\ circula]ia aerului este natural\; vitezele mari de circula]ie ale aerului conduc de asemenea la cre[terea pierderilor de greutate. Cu cât umiditatea relativ\ a aerului este mai mare [i temperatura acestuia este mai sc\zut\, cu atât pierderile de greutate sunt mai mici.

Procesul tehnologic afecteaz\ pierderile de greutate `n special prin viteza de r\cire; vitezele de r\cire mari permit mic[orarea pierderilor de greutate.

Pierderile de greutate sunt mai reduse `n cazul spa]iilor frigorifice mari; tipul [i modul de amplasare al bateriilor de r\cire influen]eaz\ de asemenea pierderile. Un grad de `nc\rcare mic al spa]iului de r\cire/depozitare favorizeaz\ pierderile de greutate, din cauza umidit\]ii mai reduse a aerului de r\cire.

Având `n vedere cele men]ionate pân\ aici, este evident c\ rela]iile teoretice prezentate au mai mult o importan]\ calitativ\ decât cantitativ\, furnizând doar valori informative; `n realitate, fiecare spa]iu de r\cire/depozitare este caracterizat prin anumite valori ale pierderilor de greutate, valori care depind chiar [i de condi]iile exterioare de umiditate [i temperatur\, de anotimp etc.

Page 155: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

159

6. REFRIGERAREA 6.1. INTRODUCERE

Refrigerarea const\ `n r\cirea produselor pân\ `n apropierea temperaturii de congelare, f\r\ formarea de ghea]\ (0…+50C). Este un proces de transfer de c\ldur\ de la produs la mediul `n care are loc r\cirea, f\r\ schimbarea st\rii de agregare. Mediul `n care are loc r\cirea are o temperatur\ cu cel pu]in 3…50C mai coborât\ decât temperatura final\ a produselor.

~n func]ie de procedeul tehnologic utilizat, se deosebesc urm\toarele procedee de refrigerare:

• refrigerare cu aer; • refrigerare `n agen]i intermediari (ap\, solu]ii de clorur\ de sodiu); • refrigerare prin contact cu ghea]a; • refrigerare `n aparate cu perete desp\r]itor (schimb\toare de c\ldur\).

Refrigerarea se consider\ terminat\ atunci când temperatura medie a produselor supuse r\cirii a atins valoarea la care acestea trebuie depozitate sau prelucrate. ~nainte de refrigerare produselor li se aplic\ tratamente preliminare, care, `n func]ie de tipul produselor, pot fi: sp\larea, sortarea, dezinfectarea, pasteurizarea, sterilizarea, ambalarea etc. 6.2. VITEZA DE R|CIRE. DURATA R|CIRII [38, 39, 44] ~n principiu, viteza de r\cire caracterizeaz\ intensitatea r\cirii [i se define[te prin rela]ia:

[ ]sCddtw /0

τ= ,

`n care dt este varia]ia de temperatur\ `n intervalul de timp dτ, `ntr-un punct din corpul r\cit. Având `n vedere neomegenitatea specific\ produselor alimentare [i faptul c\ procesul de r\cire este unul nesta]ionar, `n diferite puncte ale produsului viteza de r\cire va avea valori diferite. O estimare a intensit\]ii r\cirii se poate ob]ine cu ajutorul vitezei de r\cire globale, exprimat\ prin raportul dintre sc\derea temperaturii medii a produsului [i timpul scurs. ~n practic\ se estimeaz\ viteza de r\cire cu ajutorul timpului de `njum\t\]ire, care reprezint\ timpul necesar pentru ca diferen]a dintre temperatura medie a produsului [i temperatura mediului `n care are loc refrigerarea s\ scad\ la jum\tate din valoarea ini]ial\ (fig. 6.1). Timpul de `njum\t\]ire depinde de natura, forma [i m\rimea produsului refrigerat, precum [i de procedeul de refrigerare utilizat.

Determinarea evolu]iei `n timp a temperaturii produsului supus refriger\rii [i a timpului de refrigerare se pot realiza pornindu-se de la urm\toarele ipoteze simplificatoare:

Page 156: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

160

• produsul este considerat omogen; • la un moment dat, temperatura este acea[i `n `ntreaga mas\ a produsului; • temperatura mediului `n care are loc r\cirea este constant\; • exist\ doar transfer de c\ldur\ de la produs la mediu (nu [i transfer de

mas\).

Fig. 6.1 – Timpul de `njum\t\]ire [38] ti – temperatura ini]ial\ a produsului; tf – temperatura final\ a produsului; t0 – temperatura mediului `n care are loc r\cirea; z – timpul de injum\t\]ire; ∆t2 = ∆t1/2, ∆t3 = ∆t2/2, ∆t4 = ∆t3/2.

~n aceste condi]ii cantitatea de c\ldur\ elementar\ dQ transferat\

mediului de r\cire produce varia]ia de temperatur\ dt [37, 38, 43], adic\: ( ) τα dttSdtcmdQ ⋅−⋅⋅−=⋅⋅= 0 ,

unde m este masa produsului, c este c\ldura specific\, S este suprafa]a exterioar\ de schimb de c\ldur\, α este coeficientul de transfer de c\ldur\ prin convec]ie de la produs la mediu, t este temperatura produsului, t0 este temperatura mediului de r\cire, iar dτ este intervalul de timp `n care are loc transferul cantit\]ii de c\ldur\ dQ. Considerând c\ c, m, α [i S sunt constante, aplicând metoda separ\rii variabilelor rezult\:

τα dcmS

ttdt

⋅⋅⋅

−=− 0

[i apoi:

( ) CcmStt +⋅

⋅⋅

−=− τα0ln ,

`n care C este constanta de integrare; aceasta se determin\ punând condi]ia ca la `nceputul perioadei de refrigerare (τ = 0), temperatura produsului s\ fie temperatura ini]ial\, adic\ t = ti. Rezult\ astfel C = ln(ti – t0); `nlocuind `n rela]ia anterioar\, rezult\:

( ) ( ) τα⋅

⋅⋅

−=−−−cmStttt i 00 lnln

[i `n final ob]inem legea de varia]ie `n timp a temperaturii:

( ) τα

⋅⋅⋅

−⋅−+= cm

S

i etttt 00

Page 157: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

161

Utilizând no]iunea de coeficient de refrigerare cmS

⋅⋅

=ασ , rezult\:

( ) τσ ⋅−⋅−+= etttt i 00 .

Se observ\ c\, `n conformitate cu aceste rela]ii, temperatura pe parcursul refriger\rii variaz\ exponen]ial (fig. 6.2) [i sc\derea de temperatur\ este cu atât mai rapid\ cu cât coeficientul de transfer de c\ldur\ prin convec]ie este mai mare. ~n tabelul 6.1 sunt prezentate unele rela]ii empirice pentru determinarea coeficientului de transfer de c\ldur\ prin convec]ie, `n func]ie de viteza de deplasare w a agentului de r\cire [37, 38].

0 2 .104 4 .104 6 .104 8 .1040

10

20

30

4035

4

t τ( )

6.895 104×0 τ

Fig. 6.2 – Varia]ia `n timp a temperaturii `n timpul refriger\rii

Tabelul 6.1 Rela]ii pentru calculul coeficientului de transfer de c\ldur\ prin convec]ie [38]

Agentul de r\cire sau procedeul de r\cire α [W/m2⋅K] Ap\ `n mi[care cu viteza w [m/s] 350+2088 w⋅ Aer `n convec]ie liber\ 5,8…11,6 Aer `n convec]ie for]at\, w < 5 m/s 5,8+4⋅w

Aer `n convec]ie for]at\, w > 5 m/s 2,32+1,6 w⋅

Evaporare sub vid (S ≈ 4⋅m; m – masa) ∼ 5800 Pornind de la ecua]ia de varia]ie a temperaturii:

( ) ( ) τσ ⋅−=−−− 00 lnln tttt i

rezult\:

τσ ⋅−=−−

0

0lntttt

i

.

Apelând la defini]ia timpului de `njum\t\]ire z, punem condi]ia ca pentru

Page 158: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

162

τ = z s\ avem 2

00

tttt i −

=− ; `nlocuind timpul [i diferen]a de temperatur\

ob]inem:

σ2ln

=z

sau:

( ) τ⋅−⋅−+= z

i etttt2ln

00

Pentru determinarea timpului total de refrigerare se aplic\ integrarea `ntre limite:

∫∫ ⋅−=−

⇒⋅−=−

rf

i

dtt

dtdtt

dtt

t

τ

τστσ000

,

de unde rezult\ timpul de refrigerare τr:

0

0ln1tttt

f

ir −

−⋅=

στ ,

`n care ti este temperatura ini]ial\ a produsului, iar tf este temperatura sa final\. Folosind metoda duratei de `njum\t\]ire [37, 38] [i notând:

• ∆t1 = ti – tf , • ∆tf = tf – t0 ,

• σ

2ln=z ,

cu nota]iile din fig. 6.1 putem scrie:

znpentruttt

zpentrutt

t

zpentrutt

nnn

n ⋅=∆

=∆

=∆

⋅=∆

=∆

=∆

=∆

=∆

− τ

τ

τ

22

..........................................................

222

2

11

2212

3

11

2

Se impune condi]ia ca ∆tn = ∆tf , din care rezult\:

2ln

ln 0

ftt

n∆∆

= ,

iar valoarea num\rului de intervale n se rotunje[te la valoarea `ntreag\ imediat superioar\.

Durata r\cirii rezult\ din rela]ia:

Page 159: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

163

n

nf

nnn

nf

nr t

ttz

tt

ttz

201 ∆

∆−∆⋅+=

∆−∆

∆−∆⋅+=

τττ .

Dac\ se ]ine cont [i de transferul de c\ldur\ prin conduc]ie, prin masa de produs, se utilizeaz\ coeficientul global de schimb de c\ldur\ k, definit prin rela]ia:

λα ⋅⋅

+=16311 D

k,

unde: • D - dimensiunea caracteristic\ a produsului [m]:

- grosimea la produse sub form\ de pl\ci; - diametrul la produse de form\ sferic\; - lungimea la produse de form\ cilindric\;

- 3047,0 mD ⋅= la carcase de carne (m – masa);

• λ - conductivitatea termic\ a produsului [W/m·K]. ~n acest caz, coeficientul de refrigerare va fi:

cmSk⋅⋅

=σ .

Exist\ [i rela]ii de calcul ale timpului de refrigerare stabilite pentru diferite forme specifice ale produsului (plac\, cilindru etc.). 6.3. METODE DE REFRIGERARE [28, 29, 40, 44] 6.3.1. Refrigerarea cu aer r\cit Este una din cele mai utilizate metode de refrigerare, fiind aplicat\ `n special produselor alimentare care au o structur\ solid\: carne, brâzeturi, legume, fructe etc. ~n principiu, un spa]iu de refrigerare cu aer este format dintr-o incint\ izolat\ termic, `n interiorul c\reia se g\sesc produsele ce trebuie r\cite, schimb\toarele de c\ldur\ (vaporizatoarele) instala]iei de r\cire a aerului [i un sistem de ventila]ie care asigur\ circula]ia aerului `n interiorul incintei. Procesul de refrigerare se poate realiza:

• discontinuu – spa]iul de r\cire este `nc\rcat cu produsele ce trebuie refrigerate, este `nchis [i apoi are loc refrigerarea; când produsele ating temperatura final\, acestea sunt scoase din spa]iul respectiv.

• continuu – spa]iul de refrigerare este `n mod continuu `nc\rcat pe la un cap\t cu produsele ce trebuie refrigerate; acestea str\bat incinta respectiv\, r\cindu-se, iar când ajung la cap\tul opus au temperatura final\ impus\ [i sunt evacuate.

• semicontinuu – la anumite intervale de timp produsele calde sunt introduse `n spa]iul de r\cire [i concomitent sunt evacuate produsele

Page 160: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

164

refrigerate. ~n cazul sistemelor de refrigerare cu func]ionare discontinu\ sau

semicontinu\, temperatura aerului variaz\ `n timpul procesului de r\cire, acesta fiind mai cald la `nceput, pentru ca la sfâr[itul procesului temperatura aerului s\ fie cu pân\ 4…100C mai mic\ decât temperatura final\ a produsului.

La sistemele cu func]ionare continu\ temperatura aerului este practic constant\, putând ajunge la valori de -10…-18 0C. Ca urmare a vitezei mari de r\cire, temperatura la suprafa]a produsului este mult mai mic\ decât `n interior; din aceast\ cauz\, sistemele cu func]ionare continu\ func]ioneaz\ de obicei `n dou\ faze: `n prima faz\ are loc refrigerarea (folosindu-se aer cu temperatur\ sc\zut\), iar `n cea de a doua faz\ are loc egalizarea temperaturii `n masa produsului, folosindu-se aer a c\rui temperatur\ este relativ apropiat\ de temperatura final\ a produselor (-1…+1 0C).

Viteza aerului influen]eaz\ durata procesului de refrigerare; astfel, cre[terea vitezei de circula]ie a aerului conduce la cre[terea vitezei de r\cire [i a coeficientului de transfer de c\ldur\. Pe de alt\ parte, o vitez\ mai mare a aerului va mic[ora temperatura la suprafa]a produsului; ca urmare, schimbul de c\ldur\ se va realiza la o diferen]\ de temperatur\ mai mic\, durata procesului de refrigerare crescând. Având `n vedere [i faptul c\ o vitez\ mare a aerului se realizeaz\ cu un consum relativ mare de energie, este ra]ional\ limitarea vitezei aerului la valori de pân\ la 0,3 m/s pentru refrigerarea lent\ [i de 2…3 m/s pentru refrigerarea rapid\. O aten]ie deosebit\ trebuie acordat\ modului de a[ezare al produselor, astfel `ncât aerul s\ fie distribuit uniform; `n caz contrar pot apare zone cu circula]ie redus\ a aerului, care se vor r\ci mai greu, ceea ce va conduce la cre[terea duratei refriger\rii.

Umiditatea aerului influen]eaz\ pierderile de greutate ale produselor; din acest motiv se prefer\ c\ umiditatea relativ\ s\ fie de 90…95%.

Spa]iile de refrigerare pot fi: • tunele de refrigerare; • camere de refrigerare;

Exist\ [i posibilitatea refriger\rii produselor alimentare `n mijloace de transport.

6.3.1.1. Tunele de refrigerare

Sunt utilizate pentru refrigerarea rapid\; au lungimi de 6….24 m, l\]imi de 3 sau 6 m [i `n\l]imi de 3,6…4,8 m. Capacitatea unui tunel depinde de dimensiunile acestuia [i de natura produselor refrigerate. Circula]ia aerului prin tunel se poate realiza longitudinal, transversal sau vertical.

~n fig, 6.3 este prezentat\ schema de principiu a unui tunel cu circula]ie longitudinal\ a aerului, cu func]ionare discontinu\. Produsele sunt a[ezate `n pale]ii (4); circula]ia longitudinal\ a aerului `n tunel este asigurat\ de ventilatorul (2). {icanele (5) au rolul de a distribui cât mai uniform curen]ii de aer asupra pale]ilor `n care se g\sesc produsele ce trebuie refrigerate, iar vaporizatorul (1) este cel ce asigur\ r\cirea aerului.

Page 161: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

165

Fig. 6.3 – Tunel cu circula]ie longitudinal\ [38] 1-vaporizator; 2-ventilator; 3-tavan fals; 4-palet; 5-[icane; 6-tav\ colectare condens.

Fig. 6.4 – Tunel cu circula]ie

transversal\ [38] 1-vaporizator; 2-c\rucior; 3-carenaj; 4-racord

evacuare ap\.

Fig. 6.5 – Tunel cu circula]ie vertical\ [38] 1-vaporizator cu ventilator; 2-ventilator suplimentar

~n fig. 6.4 este prezentat un tunel cu circula]ie transversal\ a aerului, de asemenea cu func]ionare discontinu\; solu]ia se aplic\ `n cazul tunelurilor cu lungimi mari, la care aplicarea schemei de circula]ie longitudinal\ ar fi neeconomic\ din punct de vedere al energiei consumate de c\tre ventilator; ca [i la schema precedent\, aerul este vehiculat de c\tre un ventilator peste vaporizatorul (1) [i apoi, prin intermediul carenajului (3), este dirijat c\tre c\rucioarele pe care se g\sesc produsele ce trebuie r\cite; umiditatea din aer, condensat\ pe suprafe]ele reci ale vaporizatorului, este evacuat\ prin racordul (4). Varianta din fig. 6.5 utilizeaz\ circula]ia pe vertical\ a aerului. Aerul rece care trece peste suprafe]ele vaporizatorului (1) este dirijat prin canale de aer asupra produselor ce trebuie r\cite; pentru produsele aflate la distan]\ mai mare de vaporizator se utilizeaz\ ventilatorul suplimentar (2). Se asigur\ astfel o r\cire mai uniform\ a produselor.

~n fig. 6.6 este prezentat\ schema unui tunel de refrigerare cu func]ionare continu\, cu refrigerare `n dou\ faze, `n spa]ii separate. ~n sec]iunea (I) a tunelului aerul are temperaturi de -10…-13 0C [i o vitez\ medie de circula]ie de 1 m/s; aici are loc, timp de 4…5 ore, refrigerarea rapid\ a produselor transportate cu ajutorul transportorului (6). ~n sec]iunea (II) a tunelului aerul are o temperatur\ medie de 00C [i o vitez\ de circula]ie de 0,3 m/s, aici având loc uniformizarea temperaturii `n masa produsului, faz\ ce dureaz\ 10…15 ore. ~n ambele zone ale tunelului, aerul este refulat de c\tre ventilatoare amplasate transversal fa]\ de direc]ia de deplasare a produselor. Produsele se deplaseaz\ continuu dinspre intrarea tunelului c\tre ie[ire, un ciclu complet de refrigerare durând 14…20 ore.

Page 162: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

166

Fig. 6.6 – Tunel de refrigerare `n dou\ faze, cu func]ionare continu\ [38] 1, 3-ventilatoare; 2, 4-vaporizatoare; 5-tav\ pentru colectarea apei; 6-transportor; 7-tavan fals; a-vedere lateral\; b-vedere de sus.

Fig. 6.7 – Tunel de refrigerare cu dou\ faze [i mai multe trepte [38] 1-prima treapt\ de refrigerare; 2-a doua treapt\ de refrigerare; 3-zon\ de uniformizare a temperaturii; 4-transportor; 5-baterii de r\cire montate `n plafon

~n cazul tunelului din fig. 6.7, prima faz\ de refrigerare este `mp\r]it\ `n

dou\ trepte: `n prima treapt\ (spa]iul 1) temperatura aerului este de -12 0C, asigurându-se astfel r\cirea rapid\; `n cea de a doua treapt\ (spa]iul 2), temperatura medie a aerului este de -5 0C. Cea de a doua faz\, de uniformizare a temperaturii, se desf\[oar\ `n spa]iul (3). Func]ionarea tunelului este de asemenea continu\, produsele (caracasele) fiind deplasate `n interiorul tunelului cu ajutorul transportorului (4). Fa]\ de refrigerarea `ntr-o singur\ faz\, refrigerarea `n dou\ faze asigur\ pierderi de greutate mai reduse, datorit\ sc\derii rapide a temperaturii la suprafa]\, precum [i o reducere a `nc\rc\turii microbiene, deci o durat\ de conservare mai `ndelungat\. Pe de alt\ parte, refrigerarea `n dou\ faze necesit\ puteri frigorifice mai mari. ~n cazul refriger\rii `n dou\ faze trebuie s\ se evite sc\derea temperaturii sub punctul de congelare deoarece decongelarea ulterioar\, care ar apare `n zona de uniformizare a temperaturii, va conduce la modific\ri ale calit\]ii produsului. Exist\ [i variante la care refrigerarea `n dou\ faze are loc `n acela[i spa]iu; `n acest caz tunelul func]ioneaz\ discontinuu sau semicontinuu. Spa]iul de refrigerare (gol) este r\cit cu aer la -10…-15 0C, dup\ care ventilatoarele sunt oprite [i sunt introduse produsele calde; pe parcursul acestui proces, temperatura

Page 163: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

167

urc\ pân\ la aproximativ -5 0C. Dup\ umplerea tunelului, ventilatoarele sunt din nou pornite [i `n 2…3 ore temperatura scade la aproximativ -12 0C. Uniformizarea temperaturii `n masa de produs se realizeaz\ oprind circula]ia for]at\ a aerului, produsele fiind l\sate `n tunel pân\ la 16 ore. La aplicarea acestei metode mai multe tuneluri sunt grupate `ntr-o cl\dire comun\; sistemul de r\cire este central (r\citorul 2, fig. 6.8) [i se conecteaz\ pe rând cu fiecare tunel de r\cire, prin intermediul canalelor de aer (3). R\citoarele individuale (5), cu putere frigorific\ mai mic\, asigur\ definitivarea procesului de refrigerare.

Fig. 6.8 – Sistem de refrigerare rapid\ `n dou\ faze, `n acela[i spa]iu, cu r\cire centralizat\ [38] 1-ventilator; 2-r\citor de aer; 3-canale pentru aer; 4-trap\; 5-r\citor de tavan; A, B, C, D-tunele de refrigerare.

6.3.1.2. Camere de refrigerare Camerele de refrigerare sunt spa]ii `n care r\cirea este mai lent\ decât `n tunelele de refrigerare; dup\ refrigerarea produselor, acestea se pot utiliza [i pentru depozitarea produselor r\cite. Dimensiunile acestora variaz\ `ntre 12x12 m2 [i 18x36 m2, având `n\l]imi de pân\ la 7…8 m (capacitate de 200…800 t). Viteza aerului `n interiorul camerei nu dep\[e[te 0,3 m/s, ceea ce face c\ r\cirea s\ fie mai lent\. Circula]ia aerului se realizeaz\ prin canale de aer; din acest punct de vedere, exist\ camere de refrigerare cu dou\ canale de aer sau cu un singur canal de aer.

~n fig. 6.9 este prezentat\ o camer\ de aer cu dou\ conducte de aer; acestea sunt situate de o parte [i de alta a stivei de produse; aerul rece refulat prin conducta (4) trece peste produsele ce trebuie r\cite [i este apoi preluat prin conducta (1); ventilatorul (2) trimite aerul `nc\lzit peste suprafe]ele reci ale bateriei de r\cire (3). Conducta de refulare are orificii pentru ie[irea aerului `n partea inferioar\, `n timp ce orificiile de aspira]ie din conducta (1) se g\sesc pe fa]a lateral\; se asigur\ astfel o circula]ie optim\ a aerului printre produsele ce trebuie r\cite.

Page 164: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

168

La camerele frigorifice cu un singur canal (fig. 6.10), distribu]ia aerului rece se realizeaz\ prin canalul ramificat (1), iar aerul `nc\lzit este aspirat prin gurile (2), executate `n pere]ii camerei [i prev\zute cu jaluzele pentru dirijarea curentului de aer.

Fig. 6.9 – Camer\ de refrigerare cu dou\ canale de aer 1-conduct\ aspira]ie; 2-ventilator; 3-baterie de r\cire; 4-conduct\ de refulare

Fig. 6.10 – Camere de refrigerare cu un canal de aer [38] 1-canal de refulare; 2-guri de aspira]ie a aerului; 3-baterie de r\cire [i ventilator; 4-produse.

La alte variante constructive, aerul este refulat prin canale efectuate `n

podea (5, fig. 6.11). La solu]ia din figur\ aerul poate fi par]ial recirculat, o parte din aerul din camer\ fiind refulat\ `n exterior, `n timp ce restul este amestecat cu aerul proasp\t aspirat prin racordul (3).

~n loc s\ se foloseasc\ o singur\ baterie de r\cire pentru `ntreaga camer\ de refrigerare, uneori se utilizeaz\ [i camere prevazute cu r\citoare multiple, carcasate [i prev\zute cu ventilatoare proprii (fig. 6.12); pentru a uniformiza distribu]ia aerului `n interiorul camerei, aceasta este prev\zut\ [i cu ventilatoarele auxiliare (3), care asigur\ circula]ia aerului din `nc\pere f\r\ ca acesta s\ fie trecut peste suprafe]ele de r\cire.

La camerele de refrigerare de dimensiuni mici, r\citoarele de aer sunt prev\zute cu ventilatoare centrifugale (4, fig. 6.13), care refuleaz\ aerul `n spa]iul de r\cire prin intermediul ajutajelor (5); distan]a maxim\ pân\ la care poate ajunge curentul de aer refulat de c\tre ventilatoare nu dep\[e[te 6…7 m.

Page 165: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

169

Fig. 6.11- Camer\ de refrigerare cu refularea aerului prin podea 1-comand\ ventilatoare; 2-admisie aer recirculat; 3- admisie aer proasp\t; 4-ventilator; 5-canale refulare aer; 6-duze decongelare; 7-vaporizator; 8-tav\ colectare condens; 9-termostate; 10-umidificator.

Fig. 6.12 – Camer\ de refrigerare cu r\citoare multiple [i ventilatoare

suplimentare [38] 1-r\citor; 2, 3-ventilatoare.

Fig. 6.13 - Camer\ de refrigerare cu ventilatoare centrifugale 1-carcasa r\citorului; 2-gur\ de aspira]ie a aerului; 3-vaporizator; 4-ventilator centrifugal; 5-ajutaj de refulare.

Page 166: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

170

6.3.2. Refrigerarea cu agen]i intermediari Agentul intermediar utilizat pentru r\cire poate fi:

• ap\ obi[nuit\, aflat\ la o temperatur\ de +0,5….2 0C; • ap\ de mare sau solu]ie ap\ - Na Cl, cu temperatura de -2…0 0C.

Metoda se utilizeaz\ `n special pentru refrigerarea pe[telui [i a p\s\rilor, dar [i a unor produse vegetale; r\cirea se poate realiza prin:

• imersie; • stropire; • mixt.

Instala]iile utilizate pot fi cu func]ionare continu\ sau discontinu\; `n apa de r\cire se adaug\ [i substan]e dezinfectante, iar atunci când r\cirea se realizeaz\ prin imersie, apa trebuie re`mprosp\tat\ periodic. Viteza de r\cire este mult mai mare decât `n cazul refriger\rii cu aer (durate de r\cire cuprinse `ntre 15 [i 135 min, `n func]ie de tipul produsului) [i se evit\ pierderile de greutate. Apa utilizat\ poate fi r\cit\ cu ajutorul unei instala]ii frigorifice sau cu ghea]\. ~n fig. 6.14 este prezentat\ schema unei instala]ii de r\cire prin imersie a c\rnii de pas\re; carnea este deplasat\ prin bazinul (5) cu ajutorul transportorului (3), prev\zut cu palete pentru antrenare. Viteza de deplasare a transportorului poate fi modificat\, astfel `ncât s\ se ob]in\ timpii necesari pentru refrigerarea carcaselor de pas\re. Elevatorul (4) asigur\ scoaterea produselor din bazin. Apa este r\cit\ cu ajutorul unei instala]ii frigorifice, iar temperatura este men]inut\ `n jurul valorii de 00C prin ad\ugarea de ghea]\ m\run]it\, din generatorul (1).

Fig. 6.14 – Refrigerarea p\s\rilor prin imersie, folosind ghea]\ pentru r\cire [38]

1-generator de fulgi de ghea]\; 2-palete; 3-transportor; 4-elevator; 5-bazin.

Fig. 6.15 - Instala]ie de r\cire a p\s\rilor prin imersie, cu instala]ie frigorific\[38] 1-canal de vehiculare a apei r\cite; 2-produse; 3-bazin pentru ap\; 4-transportor inclinat; 5-sistem de

ac]ionare a transportorului; 6-plan `nclinat; 7-transportor; 8-mas\ ambalare; 9-vaporizator; 10-izola]ie termic\; 11-pomp\; 12-conduct\.

Page 167: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

171

La schema din fig. 6.15, refrigerarea carcaselor de pas\re se realizeaz\ de asemenea prin imersie, dar deplasarea acestora prin canalul (1) este asigurat\ de curentul de ap\ creat de c\tre pompa (11). Apa este r\cit\ în bazinul (3), situat la cap\tul canalului pentru ap\, de c\tre vaporizatorul (9) al unei instala]ii frigorifice. Apa rece este apoi preluat\ de c\tre pompa (11) [i trimis\ prin conducta (12) c\tre cap\tul din stânga al jgheabului (1); curentul de ap\ rece creat realizeaz\ deplasarea produselor. Instala]ia din fig. 6.16 este utilizat\ pentru r\cirea pe[telui, fiind montat\ pe nava de pescuit oceanic. Refrigerarea se realizeaz\ cu ajutorul apei de mare r\cite la -2… -1 0C; r\cirea apei are loc `n bazinul (1, fig. 6.16a), `n care se g\se[te vaporizatorul instala]iei frigorifice. Apa rece este trimis\ de c\tre pompa (2) `n r\citorul tubular (3). R\citorul este prev\zut cu duze (2, fig. 6.16b), montate tangen]ial, care asigur\ o curgere turbulent\ a apei `n interiorul r\citorului; se realizeaz\ astfel intensificarea schimbului de c\ldur\, iar procesul de refrigerare dureaz\ 5…6 minute.

Fig. 6.16 – Refrigerarea pe[telui `n r\citoare tubulare [38] a-schema instala]iei; 1-bazin de r\cire a apei; 2-pomp\; 3-r\citor tubular; b-sec]iune prin r\citorul tubular; 1-spa]iu pentru pe[te; 2-duze; 3-camer\ inelar\.

Aparatul din fig. 6.17 este prev\zut cu un transportor cu racle]i (6), care are rolul de a asigura deplasarea pe[tilor `n interiorul bazinului (7), `n care se afl\ ap\ de mare r\cit\; prin modificarea vitezei transportorului, durata refriger\rii poate fi reglat\ `ntre 5 [i 7 minute, `n func]ie de specia de pe[ti [i de m\rimea acestora. ~nc\rcarea [i desc\rcarea pe[tilor se realizeaz\ prin ecluzele cu sertare rotative (5) [i respectiv (2). Apa de mare este vehiculat\ cu ajutorul pompei (1), iar vaporizatorul (3) asigur\ r\cirea acesteia. Instala]ia din fig. 6.18 realizeaz\ refrigerarea pe[tilor prin aspersiune, fiind format\ din benzile transportoare suprapuse (3), (7) [i (9). Pe[tii sunt `nc\rca]i `n gura de alimentare (4) [i, pe parcursul traseului c\tre transportorul de desc\rcare (2), sunt stropi]i prin duzele (6) cu ap\ r\cit\.

Apa este colectat\ `n tava (1), fiind apoi recirculat\ c\tre instala]ia de r\cire. 6.3.3. Refrigerarea cu ghea]\ de ap\ Metoda se utilizeaz\ `n special pentru refrigerarea pe[telui [i a unor legume, care impun ca suprafa]a lor s\ fie men]inut\ `n stare umed\ un timp mai `ndelungat.

Page 168: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

172

Fig. 6.17 – Instala]ie de refrigerare continu\ a pe[telui [38] 1-pomp\; 2-ecluz\ desc\rcare; 3-r\citor ap\; 4-conduct\; 5-ecluz\ `nc\rcare; 6-transportor; 7-bazin pentru apa de r\cire.

Fig. 6.18 – Instala]ie de refrigerare a pe[telui prin aspersiune [38] 1-tav\ de colectare a apei; 2-transportor pentru pe[ti refrigera]i; 3, 7, 9-benzi transportoare; 4-bunc\r alimentare; 5-conduct\; 6-duz\; 8-dispozitiv de ghidare.

Ghea]a utilizat\ `n aceste instala]ii se ob]ine: • `n ma[ini de produs ghea]\ sub form\ de solzi sau cilindri; • prin m\run]irea blocurilor de ghea]\; • prin brichetarea z\pezii.

Pentru intensificarea schimbului de c\ldur\ dintre produse [i ghea]\, buc\]ile de ghea]\ trebuie s\ aib\ dimensiuni cât mai mici.

~n fig. 6.19 este prezentat\ schema de func]ionare a unei ma[ini de produs ghea]\ sub form\ de solzi; aceasta este format\ dintr-un cilindru rotativ (1), prin interiorul c\ruia circul\ agentul intermediar r\cit. Partea inferioar\ a cilindrului este scufundat\ `n ap\; temperatura sc\zut\ a suprafe]ei cilindrului face ca apa s\

Page 169: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

173

`nghe]e pe suprafa]a exterioar\ a acestuia. Placa `nclinat\ (2) asigur\ desprinderea ghe]ii de pe suprafa]a cilindrului.

Fig. 6.19 – Schema instala]iei pentru producerea ghe]ii sub form\ de solzi 1-cilindru rotativ; 2-plac\ `nclinat\; 3-rol\; 4-ap\; 5-manta exterioar\; 6-strat de ghea]\.

Fig. 6.20 – Instala]ie pentru `nc\rcarea l\zilor cu ghea]\ sub form\ de fulgi 1-dispozitiv de alimentare cu fulgi de ghea]\; 2-co[ alimentare; 3-alimentator pentru ghea]\; 4-pâlnie de desc\rcare; 5-clapet\; 6, 8-transportoare; 7-l\zi cu legume.

Produsele refrigerate prin acest\ metod\ sunt preambalate `n l\zi de lemn,

`n care se adaug\ ghea]a; `n fig. 6.20 este prezentat\ o linie mecanizat\ pentru refrigerarea legumelor prin `nc\rcarea l\zilor cu fulgi de ghea]\. Refrigerarea cu ghea]\ a pe[tilor se realizeaz\ `n l\zi, bazine sau chiar direct `n cala vasului de pescuit; pe[tii [i ghea]a se a[eaz\ `n straturi succesive, primul [i ultimul strat con]inând ghea]\. 6.3.4. Refrigerarea `n aparate cu perete desp\r]itor (schimb\toare de c\ldur\) Aceast\ metod\ se aplic\ produselor alimentare `n stare lichid\ (lapte, smântân\, bere, vin, sucuri etc.). ~n principiu, peretele desp\r]itor separ\ materialul ce trebuie r\cit de agentul de r\cire; agentul de r\cire poate fi un agent frigorific sau un agent intermediar. Dup\ modul de func]ionare, aparatele cu perete desp\]itor pot fi cu func]ionare discontinu\ sau cu func]ionare continu\; ca urmare se utilizeaz\ urm\toarele tipuri de schimb\toare de c\ldur\: 1. Cu func]ionare discontinu\:

• rezervoare cu pere]i dubli, la care agentul de r\cire circul\ prin spa]iul dintre peretele exterior [i cel interior, `n timp ce materialul de r\cit se `ncarc\ `n spa]iul interior;

• rezervoare cu serpentin\, la care agentul de r\cire circul\ printr-o serpentin\ aflat\ `n interiorul rezervorului;

2. Cu func]ionare continu\:

Page 170: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

174

• schimb\toare de c\ldur\ cu pl\ci (vezi [i Anexa A3.5); • schimb\toare de c\ldur\ multitubulare; • schimb\toare de c\ldur\ cu ]evi coaxiale; • aparate cu stropire exterioar\.

Fig. 6.21 prezint\ construc]ia unui rezervor de refrigerare cu serpentin\ [53], folosit `n industria sucurilor, care asigur\ odat\ cu r\cirea [i introducerea bioxidului de carbon.

Sucul intr\ `n rezervorul (1) prin racordul (3); sepentina (5) este de fapt vaporizatorul instala]iei frigorifice ce asigur\ refrigerarea. Prin racordul (2) se introduce bioxid de carbon `n masa de suc aflat\ `n rezevor.

~n fig. 6.22 este prezentat\ construc]ia unui r\citor multitubular [33, 37]; produsul care trebuie r\cit circul\ prin interiorul ]evilor (6), `n timp ce agentul de r\cire (ap\ cu temperatura de 0…10C) circul\ prin spa]iul intertubular (4). ~ntregul schimb\tor de c\ldur\ este izolat termic fa]\ de exterior cu ajutorul izola]iei (5).

Schimb\torul de c\ldur\ din fig. 6.23 [47] este de tipul cu ]evi coaxiale, fiind utilizat pentru refrigerarea mustului sau a sucurilor. Produsul care trebuie r\cit circul\ prin interiorul ]evii (4), care la exterior este r\cit\ de agentul care circul\ prin ]evile (3). Schimb\torul are o construc]ie modular\, suprafa]a de schimb de c\ldur\ putând fi modificat\ prin ad\ugarea sau scoaterea modulelor.

Fig. 6.21 – Rezervor de r\cire cu serpentin\ 1-rezervor; 2-racord pentru introducerea CO2; 3-racord intrare suc; 4, 6-racorduri pentru agent frigorific; 5-serpentin\; 7-racord de ie[ire a sucului.

Fig. 6.22 – Schimb\tor de c\ldur\ multitubular [38] 1, 7-racorduri agent r\cire; 2-capac; 3, 8-racorduri produs refrigerat; 4-spa]iu intertubular; 5-izola]ie termic\; 6-]evi.

Page 171: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

175

Fig. 6.23 – Schimb\tor de c\ldur\ cu ]evi concentrice 1, 5-racorduri agent de r\cire; 2,6-racorduri produs de refrigerat; 3-]eav\ pentru agentul de r\cire; 4-]eav\ pentru produsul refrigerat.

6.4. DEPOZITAREA PRODUSELOR REFRIGERATE [38, 39] Refrigerarea produselor alimentare este urmat\ de depozitarea acestora, de obicei pe o perioad\ scurt\, `n acela[i spa]iu `n care a avut loc r\cirea sau `n alte spa]ii r\cite, special destinate p\str\rii. Durata maxim\ de depozitare depinde de natura produsului refrigerat [i de condi]iile `n care are loc stocarea, iar dep\[irea acestei durate conduce la degradare, ca urmare a ac]iunii microorgansimelor [i a reac]iilor biochimice. Principalii parametri ce influen]eaz\ produsul pe parcursul depozit\rii sunt:

• temperatura; • umiditatea aerului; • puritatea aerului; • modul de ventila]ie [i de distribuire a aerului; • modul de ambalare [i de a[ezare a produselor `n depozit.

6.4.1. Temperatura aerului din depozit Temperatura din depozitele de produse refrigerate depinde de tipul produsului; aceasta trebuie `ns\ s\ fie mai mic\ sau cel pu]in egal\ cu temperatura final\ a produsului refrigerat. ~n acela[i timp, durate mai `ndelungate de depozitare impun temperaturi mai mici; trebuie `ns\ ]inut cont c\ temperaturile sc\zute vor favoriza pierderile de greutate. Pentru majoritatea produselor alimentare, varia]ia admis\ a temperaturii fa]\ de valoarea optim\ este de ±1…±20C; pentru produse cum ar fi pe[tele sau ou\le, varia]ia de temperatur\ nu trebuie s\ dep\[easc\ ±0,5 0C. 6.4.2. Umiditatea aerului Umidit\]i ridicate ale aerului din depozitul de produse refrigerate favorizeaz\ dezvoltarea microorganismelor; astfel, pentru carne, la o temperatur\ a aerului de 0 0C [i o umiditate relativ\ de 75%, dup\ opt zile de depozitare num\rul de bacterii nu dep\[e[te 105/cm2, `n timp ce o cre[tere a umidit\]ii la 90% conduce la cre[terea num\rului de bacterii la 108/cm2. La alte tipuri de produse

Page 172: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

176

alimentare, umiditatea ridicat\ poate favoriza dezvoltarea unor mucegaiuri, care vor mic[ora valoarea comercial\ a produsului. ~n acela[i timp, o umiditate prea sc\zut\ va avea ca efect cre[terea pierderilor de greutate prin evaporarea apei. Ca urmare, `n depozitele de produse refrigerate se accept\ o umiditate relativ\ `n jurul valorii de 85…90%.

Tabelul 6.2. Condi]ii de p\strare a produselor alimentare refrigerate [55]

Produsul Temperatura [0C] Umiditatea relativ\ [%] Durata Mere 1…4 85…90 2…8 luni Lapte 0…1 95 2…4 luni Brânz\ 1…4 65…70 6…18 luni Ou\ -1….0 80…85 5…6 luni Struguri 0…1 90…95 2…5 luni Pe[te 1…2 90…95 5…15 zile Carne de vit\ -1…1 85…90 1…6 s\pt. Carne de porc 0…1 85…90 3…7 zile Carne de pui -1…0 85…90 1 s\pt. Carne de miel 0…1 85…90 5…14 zile Ciuperci 0 90 1…4 zile Pere -1…1 90…95 2…6 luni Prune 0…1 85…90 2…8 s\pt. Ceap\ 0…1 65…70 1…8 luni Cartofi 1…3 90….95 6…10 luni C\p[uni 0…1 90…95 5…7 zile

6.4.3. Puritatea, ventila]ia [i distribu]ia aerului

Poluarea aerului din interiorul depozitelor de produse refrigerate apare ca urmare a `nc\rc\turii microbiene [i chimice ini]iale a produselor, dar [i ca urmare a degaj\rilor de substan]e [i a dezvolt\rii microorganismelor. Mic[orarea polu\rii aerului presupune re`nprosp\tarea periodic\ a acestuia, prin aport de aer proasp\t din exteriorul depozitului. Aerul introdus din exterior trebuie filtrat [i tratat termic pentru a ajunge la temperatura din depozit; atunci când se utilizeaz\ debite mari de aer proasp\t, acesta trebuie s\ aib\ [i umiditatea egal\ cu cea a aerului din spa]iul `n care se g\sesc produsele refrigerate, pentru a se evita formarea condensului pe suprafa]a produselor. Debitul de aer proasp\t se determin\ `n func]ie de natura produselor depozitate, de durata de depozitare, de frecven]a introducerii [i scoaterii de materiale din depozit. Viteza aerului din depozit are valori cuprinse `ntre 0,3 [i 0,7 m/s la nivelul produselor, iar debitul pe care trebuie s\-l asigure instala]ia de ventilare este de aproximativ 1 m3/h pentru 1 kcal/h (aproximativ 1,2 W) sarcin\ frigorific\.

6.4.4. Ambalarea [i modul de a[ezare a produselor

~n principiu, ambalajele `n care se g\sesc produsele alimentare trebuie s\ asigure o etan[eitate cât mai bun\, iar materialul ambalajului nu trebuie s\ intre `n reac]ie cu produsul. La a[ezarea produselor trebuie respectat gradul de `nc\rcare

Page 173: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

177

recomandat de c\tre constructorul depozitului, ceea ce presupune respectarea anumitor distan]e minime `ntre produse [i pere]i, stâlpi sau tavan; produsele nu se a[eaz\ direct pe podea. Supra`nc\rcarea depozitului va avea ca efect cre[terea temperaturii, `n timp ce sub`nc\rcarea acestuia va conduce la cre[terea consumului de energie [i la intensificarea pierderilor de greutate.

6.5. PIERDERI DE GREUTATE LA PRODUSELE REFRIGERATE [38,39]

Produsele alimentare pierd din greutate atât `n timpul procesului de refrigerare, cât [i `n timpul depozit\rii.

Pentru perioada de refrigerare, pierderea de greutate se poate determina cu rela]ia (vezi [i fig. 6.24):

pap

vavp iCttpp

m ∆⋅⋅−

−=∆ ,

unde C este o constant\, iar ∆ip este varia]ia de entalpie a produsului `ntre starea ini]ial\ [i cea final\.

Presiunea par]ial\ a vaporilor din aerul de la suprafa]a produsului pvp se determin\ presupunând c\ umiditatea relativ\ `n aceast\ zon\ este ϕ = 1.

Fig. 6.24 – Determinarea presiunilor de satura]ie ale vaporilor de ap\ ta-temperatura aerului; tp-temperatura produselor; p-presiunea par]ial\ a vaporilor de ap\*; pvp-presiunea de satura]ie a vaporilor de ap\ la suprafa]a produsului; pva-presiunea par]ial\ a vaporilor de ap\ din aer; ϕa-umiditatea relativ\ a aerului.

Pentru perioada de depozitare, pierderea de greutate se poate calcula cu rela]ia:

( ) [ ]kgSppm vavp τβ ∆⋅⋅−⋅=∆ ,

unde: • β-coeficient de difuzie a vaporilor de ap\ din aerul de la suprafa]a

produsului: ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅⋅

⋅−

=mmHghm

kgcpp pavaB

2

622,0 αβ ;

• α-coeficient de transfer al c\ldurii prin convec]ie de la suprafa]a produsului c\tre aer [J/h⋅m2⋅K];

• cpa-c\ldura specific\ a aerului, la presiune constant\ [J/kg⋅K]; • S-aria suprafa]ei exterioare a produsului, aflat\ `n contact cu aerul [m2]; • ∆τ-durata depozit\rii [h].

Pierderile `n greutate depind de natura produsului, de procedeul tehnologic utilizat pentru refrigerare, de caracteristicile spa]iului de depozitare [i

*

ϕ⋅+⋅=

)622,0(xxpp B

, pB – presiunea barometric\ (vezi [i 4.1.2).

Page 174: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

178

de condi]iile de exploatare ale acestuia. ~n ceea ce prive[te natura produsului, pierderile `n greutate sunt mai

mari la ovine [i p\s\ri; urmeaz\ apoi carnea de bovine, de porcine [i pe[tii. Carnea provenind de la animale tinere are pierderi de greutate mai mari decât cea provenind de la animalele mature, din cauza con]inutului mai mare de ap\ [i mai mic de gr\sime. ~n mod similar, pierderile sunt mai mari la carnea provenind din animale slabe, deoarece ]esuturile grase con]in mai pu]in\ ap\. M\rimea animalului de la care provine carnea, exprimat\ prin raportul dintre suprafa]a carcasei [i greutate, influen]eaz\ pierderile de greutate: cu cât acest raport este mai mare (animal mai mic), cu atât pierderile vor fi mai mari. Carcasele sec]ionate `n mai multe buc\]i vor conduce la pierderi de greutate mai mari.

Referitor la influen]a procesului tehnologic asupra pierderilor, parametrii avu]i `n vedere sunt viteza de r\cire, temperatura, umiditatea [i viteza aerului, compozi]ia chimic\ a aerului din depozit. Astfel, cu cât viteza de refrigerare este mai mare, cu atât pierderile sunt mai reduse; la `nceputul procesului de refrigerare (când exist\ diferen]e mari `ntre temperatura produselor [i temperatura din spa]iul de r\cire) pierderile vor fi mai mari.

Influen]a temperaturii aerului din spa]iul de depozitare asupra pierderilor de greutate poate fi determinat\ cu ajutorul diagramei Mollier (fig. 6.25), având `n vedere c\ acestea depind de presiunile par]iale ale vaporilor de ap\.

a)

b)

c)

Fig. 6.25 – Influen]a temperaturii aerului asupra presiunilor par]iale de vapori ϕa-umiditatea relativ\ a aerului din spa]iul de depozitare; ϕp-umiditatea relativ\ a aerului la suprafa]a produsului; tp-temperatura produsului; ta-temperatura aerului.

Astfel, `n cazul `n care temperatura aerului din depozit este egal\ cu

temperatura produsului (fig. 6.25a), sc\derea temperaturii (t2 < t1) conduce la mic[orarea diferen]ei dintre presiunea par]ial\ a vaporilor de ap\ din aerul de la suprafa]a produsului [i cea a vaporilor de aer din depozit (∆p2 < ∆p1) [i astfel pierderile `n greutate scad (vezi rela]ia de calcul a pierderilor).

Page 175: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

179

Atunci când temperatura produsului este u[or mai mare decât cea a aerului din depozit (fig. 6.25b), mic[orarea temperaturii aerului (ta2 < ta1) conduce la diminuarea diferen]ei dintre presiunile par]iale ale vaporilor de ap\ (∆p2 < ∆p1) [i deci pierderile `n greutate se reduc. Dac\ temperatura produselor este mult mai mare decât temperatura aerului (fig. 6.25c), sc\derea temperaturii aerului (ta2 < ta1) are ca efect m\rirea diferen]ei dintre presiunile par]iale ale vaporilor de ap\ (∆p2 > ∆p1), iar pierderile `n greutate cresc. Pentru acela[i nivel al temperaturii aerului, cre[terea umidit\]ii conduce la mic[orarea pierderilor `n greutate, datorit\ diminu\rii diferen]ei dintre presiunile par]iale ale vaporilor de ap\. Viteza aerului influen]eaz\ diferit pierderile `n greutate `n timpul refriger\rii [i al depozit\rii. Astfel, viteze mari ale aerului `n timpul refriger\rii conduc la o sc\dere rapid\ a temperaturii la suprafa]a produsului (din cauza intensific\rii schimbului de c\ldur\); diferen]a de temperatur\ dintre produs [i mediu diminuându-se rapid, pierderile `n greutate scad. La depozitarea produselor refrigerate, vitezele mari ale aerului vor intensifica pierderile de greutate. Cre[terea cantit\]ii de bioxid de carbon din aerul existent `n depozitul de produse congelate va avea ca rezultat diminuarea pierderilor `n greutate, datorit\ mic[or\rii coeficientului de difuzie al vaporilor de ap\ de la suprafa]a produsului. ~n ceea ce prive[te caracteristicile spa]iului de depozitare, factorii ce pot influen]a pierderile de greutate sunt construc]ia spa]iului, eficien]a izola]iei termice, sistemul de distribu]ie a aerului, dimensiunile u[ilor, tipul sistemului de r\cire, pozi]ia r\citoarelor etc. Astfel, aporturile mari de c\ldur\ din exterior, cauzate de izola]ia termic\ necorespunz\toare, au tendin]a de a m\ri temperatura din depozit [i astfel pierderile `n greutate cresc. Dac\ puterea frigorific\ a instala]iei de r\cire este insuficient\, pierderile `n greutate cresc pe seama cre[terii timpului necesar r\cirii. Condi]iile de exploatare se refer\ la gradul de `nc\rcare al depozitului, starea produselor introduse, frecven]a introducerii sau scoaterii de produse din depozit etc. Pierderile de greutate vor minime atunci când depozitul frigorific este `nc\rcat la capacitatea nominal\, crescând pe m\sur\ ce gradul de `nc\rcare scade. Introducerea de produse calde sau incomplet refrigerate va avea ca efect cre[terea temperaturii din depozit [i deci m\rirea pierderilor `n greutate; acela[i efect `l va avea deschiderea frecvent\ a u[ilor depozitului pentru manipularea produselor refrigerate. 6.6. MANIPULAREA ŞI TRANSPORTUL PRODUSELOR REFRIGERATE

Modul de manipulare şi mijloacele utilizate în acest scop sunt în funcţie de natura produsului, mărimea unităţii respective şi gradul de dotare a acesteia din punct de vedere tehnic.

La manipularea şi transportul produselor refrigerate este necesar să se preveniă condensarea vaporilor de apă din aer pe suprafaţa rece a produselor. Condensarea se produce dacă temperatura suprafeţei exterioare a produselor

Page 176: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

180

refrigerate este sub punctul de rouă al aerului înconjurător. Pericolul condensării este mai mare vara (când temperatura aerului exterior este ridicată) şi este cu atât mai mare cu cât umiditatea aerului este mai ridicată. Fenomenul poate fi prevenit prin încălzirea parţială a produselor refrigerate înainte de a veni în contact cu aerul exterior (temperare), astfel ca temperatura suprafeţei lor să crească peste temperatura punctului de rouă al aerului exterior. În funcţie de durata în care produsele scoase din depozite vor sta în contact cu aerul exterior, de natura produselor, de dimensiunile acestora şi de intensitatea circulaţiei aerului exterior peste produse, temperarea se face până la o anumită temperatură peste cea a punctului de rouă al aerului exterior. În fig. 6.26 sunt redate temperaturile minime până la care trebuie încălzite produsele scoase din depozit pentru a se preveni condensarea, în funcţie de temperatura şi umiditatea relativă ale aerului exterior [34].

Pentru transportul produselor refrigerate se utilizează mijloace de

Fig 6.26 - Temperaturi minime de încălzire a produselor refrigerate la scoaterea din depozit în funcţie de parametrii aerului ambiant, în vederea evitării condensării

Page 177: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

181

transport auto, feroviare, navale sau aeriene, prevăzute cu instalaţii proprii de producere a frigului sau cu posibilităţi de menţinere a microclimatului interior fără instalaţii de producere a frigului 6.7. CALCULUL NECESARULUI DE FRIG [38, 39, 42, 44] Determinarea necesarului de frig pentru refrigerarea unui produs alimentar este necesar\ pentru dimensionarea instala]iei frigorifice. Necesarul de frig se determin\ cu ajutorul rela]iei:

[ ]JQQQQQQQQQQQQQQQ

APCPMME

IUIZRASACARBEALStot

.. ++++++++++++−+=

Cantitatea de c\ldur\ ce trebuie extras\ din produs pentru ca temperatura sa s\ scad\ de la valoarea ini]ial\ ti la valoarea final\ tf este:

( )fipmS ttcmQ −⋅⋅= ,

m fiind masa produsului, `n kg, iar cpm c\ldura specific\ medie. C\ldura latent\ de solidificare a gr\similor QL se calculeaz\ cu rela]ia:

ggL lmQ ⋅= ,

`n care mg este masa gr\simii, iar lg este c\ldura latent\ de solidificare. De obicei se prefer\ utilizarea rela]iei:

( )fiLS iimQQ −⋅=+ ,

`n care se utilizeaz\ varia]ia de entalpie a produsului. QEA reprezint\ cantitatea de c\ldur\ pierdut\ de produs prin evaporarea apei, fiind determinat\ cu ajutorul pierderii de greutate:

lmQEA ⋅∆= ,

unde ∆m este pierderea `n greutate, iar l este c\ldura latent\ de vaporizare a apei. De obicei cantitatea de c\ldur\ pierdut\ prin vaporizarea este egaleaz\ (`n valoare absolut\) cantitatea de c\ldur\ QCA rezultat\ prin condensarea apei pe suprafe]ele reci ale vaporizatoarelor:

CAEA QQ = .

Componenta QRB reprezint\ c\ldura rezultat\ din procesele ce au loc `n produsul refrigerat (procese postmortem din ]esuturile musculare, procese fermentative etc.). Având `n vedere c\ apa condensat\ pe suprafe]ele reci ale vaporizatorului `nghea]\, cantitatea de c\ldur\ QSA absorbit\ `n cadrul acestui proces va fi:

sSA lmQ ⋅∆= ,

`n care ls este c\ldura latent\ de solidificare a apei (335 kJ/kg). QIZ reprezint\ cantitatea de c\ldur\ p\truns\ `n spa]iul de refrigerare prin pere]ii, tavanul [i podeaua acestuia. Aceast\ cantitate de c\ldur\ se determin\ `nsumând c\ldurile p\trunse prin fiecare din pere]ii `nc\perii. Pentru fiecare perete, cantitatea de c\ldur\ se calculeaz\ cu rela]ia:

Page 178: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

182

τ∆⋅⋅

α+

λ

δ+

α

−=

∑=

S11

ttQ

n

1j ij

j

e

ieIZi

,

`n care: • αe, αi – coeficien]i de transfer prin convec]ie a c\ldurii de la perete la

aerul din exterior, respectiv din interior; • δ [i λ - grosimea [i respectiv conductivitatea termic\ pentru fiecare strat

ce formeaz\ peretele respectiv; • S-suprafa]a peretelui; • ∆τ - intervalul de timp; • te, ti – temperatura din exterior, respectiv din interior; diferen]a de

temperatur\ se determin\ `n func]ie de tipul peretelui respectiv, de amplasarea sa `n cadrul construc]iei etc. QU reprezint\ cantitatea de c\ldur\ p\truns\ la deschiderea u[ilor de

acces; calculul acesteia se realizeaz\ cu ajutorul rela]iei:

( ) ( ) ( )i

eieiU iihFtQ

ρρ

ρτη −⋅−⋅⋅⋅⋅⋅∆⋅+⋅−= 1004,048,01 ,

unde: • η-randamentul de etan[are al sistemului de protec]ie a golului u[ii (dac\

nu exist\ sisteme de protejare a u[ilor, η = 0); • ∆t – diferen]a de temperatur\ `ntre interior [i exterior; • τ - durata deschiderii u[ii [s]; • ρi, ρe – densit\]ile aerului din interior [i respectiv din exterior [kg/m3]; • F – sec]iunea golului u[ii [m2]; • h - `n\l]imea golului u[ii [m]; • ie, ii – entalpiiile specifice ale aerului din interior, respectiv din exterior.

C\ldura produs\ de instala]ia de iluminat Qi depinde de puterea Pi a corpurilor de iluminat:

iiI PQ τ∆⋅⋅= 3600 ,

`n care ∆τi este durata ilumin\rii, `n ore. C\ldura degajat\ de motoarele electrice ale ventilatoarelor din spa]iul r\cit se determin\ cu rela]ia:

jmjME PQ τ∆⋅⋅= ∑3600 ,

unde Pmj este puterea electric\ a unui motor, iar ∆τj reprezint\ durata de func]ionare. C\ldura degajat\ de personalul care intr\ `n spa]iul de r\cire QPM intervine `n calcul doar `n cazul spa]iilor de depozitare pentru produse refrigerate; pe durata refriger\rii propriu-zise, `n `nc\pere nu exist\ personal. Atunci când refrigerarea are loc `ntr-un spa]iu care nu a fost r\cit `n prealabil, componenta QC evalueaz\ sarcina frigorific\ necesar\ r\cirii elementelor interioare de construc]ie [i a celorlalte elemente metalice existente `n

Page 179: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

183

spa]iul respectiv. QAP ia `n calul cantitatea de c\ldur\ introdus\ prin intermediul aportului de aer proasp\t din exterior; dac\ acesta este complet tratat `naintea introducerii `n spa]iul de refrigerare, aceast\ component\ este nul\. De obicei se prefer\ ca pentru calculul necesarului de frig s\ se utilizeze o rela]ie simplificat\ [44]:

4321 QQQQQtot +++= ,

unde: • Q1 – cantitatea de c\ldur\ p\truns\ din exterior (`n principiu se determin\

similar cu QIZ); • Q2 este necesarul de frig tehnologic: Q2 = m∙[(ii – if) + 25*∙∆m] + Qc, m

fiind masa produselor, ∆m pierderea de greutate [%], iar Qc cantitatea de c\ldur\ produs\ `n urma proceselor biochimice din produse;

• ( )iei iiaVQ −⋅⋅⋅= ρ3 - cantitatea de c\ldur\ introdus\ de aportul de

aer proasp\t din exterior, care depinde de volumul V al spa]iului, de num\rul a de recircul\ri ale aerului `n timp de 24 de ore (2…4 pentru depozite de carne), de densitatea aerului din interior ρi [i de varia]ia de entalpie a aerului (determinat\ pentru o umiditate de 65% a aerului exterior [i de 85% pentru aerul interior);

• Q4 = (0,1…0,4) ∙ Q1 – alte aporturi de c\ldur\. Cantit\]ile de c\ldur\ se determin\ pentru o durat\ de 24 de ore, iar

puterea frigorific\ necesar\ va fi:

[ ]kWQ

r

tot

360005,10 ⋅

⋅=Φτ

,

considerându-se c\ instala]ia frigorific\ func]ioneaz\ τr = 18…20 de ore; necesarul de frig se majoreaz\ cu 5% pentru a se lua `n calcul pierderile de c\ldur\ pe conductele de leg\tur\ cu vaporizatoarele.

* 2500 kJ/Kg (c\ldura latent\ de vaporizare a apei)/100 (pierderea de greutate fiind `n %).

Page 180: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

184

7. CONGELAREA 7.1. INTRODUCERE Cre[terea perioadei de stocare a produselor alimentare se poate ob]ine prin congelarea acestora; congelarea presupune r\cirea produselor la temperaturi inferioare punctului de solidificare al apei (-0,5…-4 0C). Se asigur\ astfel o cre[tere de 5…50 de ori a duratei de depozitare. Cre[terea duratei de conservare apare ca urmare a `ncetinirii puternice sau chiar a inhib\rii dezvolt\rii microorganismelor (la temperaturi sub -10 0C activitatea microorganismelor este practic stopat\; activitatea drojdiilor [i mucegaiurilor este oprit\ începând de la temperatura de -18 °C), reducerii sau opririi proceselor metabolice, reducerii intensit\]ii proceselor biochimice. Procesul de congelare trebuie astfel condus `ncât produsul s\ treac\ `ntr-un interval de timp cât mai scurt prin domeniul de temperaturi corespunz\tor solidific\rii apei; temperatura final\ a produsului congelat atinge -18…-25 0C, temperatur\ la care 90…95% din apa con]inut\ de c\tre acesta trece `n stare solid\. Ob]inerea acestor temperaturi finale impune temperaturi ale mediului `n care are loc r\cirea de -30…-35 0C, ceea ce corespunde unor temperaturi ale vaporizatorului instala]iei de r\cire de -40…-45 0C.

Ca [i `n cazul refriger\rii, produsele supuse congel\rii trebuie s\ fie de calitate corespunz\toare, deoarece congelarea nu poate `mbun\t\]i calitatea ini]ial\. Produsele trebuie congelate cât mai rapid dup\ ob]inerea lor; `n cazul `n care congelarea nu are loc imediat, produsele trebuie refrigerate. ~n spa]iile `n care are loc congelarea trebuie asigurate condi]ii igienico-sanitare corespunz\toare, pentru a se evita contaminarea produsului.

Congelarea se consider\ terminat\ atunci când temperatura medie a produsului devine egal\ cu temperatura la care urmeaz\ s\ aib\ loc depozitarea. Datorit\ neomogenit\]ii câmpului termic `n masa de produs, este dificil de stabilit temperatura medie; ca urmare, stadiul r\cirii poate fi apreciat prin temperatura centrului termic. Centrul termic este punctul din masa de produs `n care, la un moment dat, temperatura este cea mai ridicat\; `n cazul unor produse omogene, centrul termic corespunde cu centrul de greutate. ~nainte de congelarea propriu-zis\, produsele alimentare sunt supuse unor tratamente preliminare, care depind de tipul produsului [i metoda de congelare; dintre aceste tramente se pot men]iona:

• `ndep\rtarea p\r]ilor necomestibile; • sp\larea; • op\rirea; • por]ionarea; • ambalarea.

Dac\ produsul nu este congelat imediat dup\ ob]inere, refrigerarea poate fi considerat\ tratament preliminar.

Page 181: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

185

7.2. VITEZA DE CONGELARE. DURATA CONGEL|RII [38, 39, 43] Procesul de congelare al unui produs alimentar poate fi `mp\r]it `n trei faze (fig. 7.1):

• r\cirea produsului de la temperatura ini]ial\ pân\ la temperatura tc la care are loc congelarea;

• congelarea propriu-zis\, care are loc la temperatura aproximativ constant\ tc;

• r\cirea produsului congelat pân\ la temperatura final\ tF .

Fig. 7.1 – Fazele procesului de congelare; ti-temperatura ini]ial\; tc-temperatura de congelare; tF-temperatura final\; tS-temperatura de subrăcire; t0-temperatura mediului; τc-durata congel\rii propriu-zise.

Procesul de congelare (formare a ghe]ii) `ncepe prin agregarea unui grup de molecule de ap\ `ntr-o particul\ denumit\ nucleu de cristal. Urmeaz\ apoi cre[terea nucleului, fenomen care are loc la temperaturi foarte apropiate de punctul de congelare. Viteza de cre[tere a cristalelor de ghea]\ depinde de temperatur\ [i de viteza de preluare a c\ldurii din produs: odat\ cu sc\derea temperaturii, viteza de cre[tere a cristalelor scade din cauza m\ririi vâscozit\]ii produsului. Sc\derea temperaturii la suprafa]a produsului m\re[te diferen]a de temperatur\ dintre suprafa]\ [i faza `nc\ necongelat\, iar viteza de cre[tere a cristalelor de ghea]\ se m\re[te. Se observă că, înainte de începerea congelării, temperatura poate scade sub nivelul temperaturii de congelare, în aşa-numitul fenomen de subrăcire. Pentru apa distilată, fără nici un fel de impurităţi, temperatura de subrăcire (tS) la care se declanşează formarea cristalelor de gheaţă poate atinge - 40 0C; pentru produsele alimentare, temperatura de subrăcire are valori mult mai mici. Viteza cu care avanseaz\ frontul de formare a cristalelor de ghea]\ de la suprafa]a produsului c\tre profunzime se nume[te vitez\ de congelare. Considerând un produs sub form\ de plac\, la care extragerea c\ldurii se face pe o singur\ fa]\ (fig. 7.2), viteza de congelare este:

τδ

ddwc = ,

unde dδ este distan]a pe care avanseaz\ frontul de cristale de ghea]\ `n intervalul de timp dτ.

Page 182: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

186

Fig. 7.2 – Schem\ pentru determinarea vitezei de congelare

Având `n vedere c\ procesul de congelare este unul nesta]ionar, `n timpul c\ruia temperatura variaz\ permanent, se utilizeaz\ viteza medie liniar\ de congelare:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

hm

hcmwm ,

0

0

τδ

,

`n care δ0 este distan]a cea mai mic\ dintre centrul termic [i suprafa]a produsului, iar τ0 este timpul necesar pentru ca temperatura `n centrul termic s\ scad\ de la 00C la -150C. ~n func]ie de viteza liniar\ medie de congelare, congelarea poate fi:

• foarte lent\ - wm < 0,1 cm/h; • lent\ - wm = 0,1…0,5 cm/h; • rapid\ - wm = 0,5…3 cm/h; • foarte rapid\ - wm = 5…10 cm/h; • ultrarapid\ - wm = 10…100 cm/h.

Congelarea lent\ conduce la formarea unui num\r mic de cristale de ghea]\, având dimensiuni mari, `n timp ce prin congelare rapid\ se formeaz\ un num\r mare de cristale de dimensiuni mici. Dimensiunile mari ale cristalelor rezultate `n urma congel\rii lente provoac\ deformarea, dislocarea [i perforarea pere]ilor celulari, iar la decongelarea acestor produse pierderile de suc sunt mari. ~n cazul congel\rii rapide, modific\rile ]esuturilor ca urmare a form\rii cristalelor de ghea]\ sunt mai pu]in v\t\m\toare, iar la decongelare pierderile de suc sunt mai reduse deoarece o mare parte din ap\ r\mâne `n celule. Pentru produsele conservate prin congelare se mai utilizeaz\ [i denumirile de:

• produse congelate; • produse congelate rapid (directiva UE 89/108).

Produsele congelate sunt ob]inute [i depozitate la temperaturi sub -100; viteza medie liniar\ de congelare este de 0,1…0,5 cm/h.

Produsele congelate rapid sunt ob]inute [i depozitate la temperaturi mai mici de -180C, viteza medie de congelare fiind de peste 0,5 cm/h. Fiecare produs congelat rapid este ambalat individual `ntr-un ambalaj impermeabil [i este interzis\ comercializarea acestui produs dac\ a suferit o decongelare par]ial\ sau total\ (chiar daca a fost ulterior recongelat). Pentru un produs sub form\ de plac\ la care c\ldura se extrage de pe o singur\ fa]\ (fig. 7.2), determinarea prin calcul a timpului de congelare rezult\ din condi]ia egalit\]ii `ntre cantitatea de c\ldur\ dQ1 ce trebuie extras\ pentru formarea stratului de grosime dδ [i cantitatea de c\ldur\ dQ2 transferat\ c\tre suprafa]a produsului prin stratul de ghea]\ deja format, de grosime δ:

• cpp ldSdQ ⋅⋅⋅= δρ1 , unde ρp este densitatea produsului, S este

Page 183: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

187

suprafa]a, iar lcp este c\ldura latent\ de solidificare; • ( ) τdttSkdQ p ⋅−⋅⋅= 02 , `n care k este coeficientul global de schimb

de c\ldur\, tp este temperatura produsului, iar to este temperatura mediului. Coeficientul global de schimb de c\ldur\ este dat de rela]ia:

pk λδ

α+=

11,

α fiind coeficientul de transfer de c\ldur\ prin convec]ie de la produs la mediu, iar λp conductivitatea termic\ a produsului. Cum dQ1 = dQ2, rezult\:

( ) τ

λδ

α

δρ dttdl p

p

cpp ⋅−+

=⋅⋅ 011

sau

( ) τδδλα

δρ dttddl pP

cpp ⋅−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅+⋅⋅ 0

1,

de unde, prin integrare:

( ) ∫∫∫ ⋅−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅+⋅⋅⋅

c

dttddl p

h

P

h

ocpp

τ

τδδλ

δα

ρ0

00

11

rezult\ timpul de congelare τc:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⋅+⋅

⋅=

pp

cppc

hhttl

λαρ

τ2

2

0

.

Aceast\ rela]ie a fost dedus\ presupunând c\ produsele sunt omogene [i izotrope, c\ temperatura mediului de r\cire este constant\ [i c\ produsele au fost `n prealabil r\cite pân\ `n apropierea temperaturii de congelare (deci tp este egal cu temperatura de congelare). ~n mod asem\n\tor se poate determina timpul de congelare pentru:

• produse sub form\ de cilindru, de raz\ r0 [i lungime infinit\:

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⋅+⋅

−⋅

⋅=

pp

cppc

rrtt

lλα

ρτ

22

200

0

;

• produse sub form\ de sfer\ cu raza r0:

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⋅+⋅

−⋅

⋅=

pp

cppc

rrtt

lλα

ρτ

23

200

0

;

• produse sub form\ de cub cu latura h, cu extragerea c\ldurii pe trei suprafe]e perpendiculare:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⋅+

⋅⋅

⋅=

pp

cppc

hhttl

λαρ

τ246

2

0

.

Page 184: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

188

Timpul necesar refriger\rii produsului pân\ la temperatura de congelare se poate determina conform celor prezentate `n subcapitolul 6.2 sau cu rela]ia aproximativ\:

( ) cpmir tt ττ ⋅−⋅= 0053,0 ,

`n care tmi este temperatura medie ini]ial\ a produsului. Durata total\ a congel\rii va fi deci:

cr τττ += .

Folosind rela]iile de mai sus, viteza de congelare pentru un produs sub form\ de plac\ va fi:

p

cpp

pc l

ttddw

λδ

αρτ

δ

+⋅

−==

110

.

Se observ\ c\ viteza de congelare este maxim\ atunci când grosimea δ stratului de ghea]\ este minim\ [i scade pe m\sur\ ce se formeaz\ stratul de ghea]\ (fig. 7.3).

0 0.05 0.1 0.15 0.20

0.5

1

1.5

m

cm/h

1.467

0.422

w δ( )

0.20.01 δ

Fig. 7.3 – Varia]ia vitezei de congelare

Coeficientul de transmitere a c\ldurii prin convec]ie se poate determina cu rela]ia:

[ ]KmWv ⋅⋅= 28,0 /162,1α ,

`n care v viteza mediului `n care are loc r\cirea [m/s]. ~n cazul `n care produsul este ambalat, coeficientul echivalent de transfer al c\ldurii prin convec]ie va fi:

∑+=a

a

e λδ

αα11

,

`n care α este coeficientul de transfer al c\ldurii prin convec]ie, de la produs la

mediul de r\cire, iar ∑a

a

λδ

reprezint\ rezisten]a termic\ a materialului din

ambalaj [i a aerului dintre produs [i ambalaj (tabelul 7.1).

Page 185: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

189

7.3. PROCEDEE DE CONGELARE [38, 39, 40, 42, 43, 44] Având `n vedere mediul de r\cire utilizat [i modul `n care se asigur\ preluarea c\ldurii de la produs, procedeele de congelare pot fi clasificate astfel:

• procedee de congelare `n curent de aer rece: - `n aparate de congelare a produselor `n strat fix; - `n aparate de congelare a produselor `n strat fluidizat;

• procedee de congelare prin contact cu suprafe]e metalice reci; • procedee de congelare prin contact direct cu agen]i intermediari; • procedee de congelare prin contact direct cu agentul frigorific.

Tabelul 7.1

Modul de ambalare ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ ⋅∑ WKm

a

a2

λδ

Hârtie pergamentat\, parafinat\ sau cerat\ 0,0043 Celofan, polietilen\ 0,0034 Tav\ din metal c\ptu[it\ cu polietilen\ 0,0129 Cutie din carton cu capac + hârtie parafinat\ 0,0150 Lad\ din carton, f\r\ capac 0,0150 Lad\ din carton, f\r\ capac, c\ptu[it\ cu polietilen\ 0,0365 Lad\ din carton ondulat, cu capac 0,1307

Ca [i `n cazul refriger\rii, aparatele pentru congelare pot avea o func]ionare discontinu\, semicontinu\ sau continu\.

Sistemele cu func]ionare discontinu\ func]ioneaz\ cu [arje de produse; procesul de lucru presupune `nc\rcarea cu produse, congelarea [i scoaterea produselor. ~n timpul `nc\rc\rii [i desc\rc\rii instala]iei, sistemul de r\cire este oprit pentru a se reduce consumurile energetice.

La aparatele cu func]ionare semicontinu\ spa]iul `n care are loc congelarea este permanent plin cu produse; `nc\rcarea produselor proaspete [i evacuarea celor congelate au loc simultan, iar instala]ia frigorific\ func]ioneaz\ permanent.

~n cazul sistemelor cu func]ionare continu\ produsele trec `n mod continuu prin spa]iul de r\cire, fiind `nc\rcate pe la un cap\t [i desc\rcate pe la cel\lalt cap\t. 7.3.1. Congelarea `n curent de aer rece Este unul din cele mai utilizate procedee, fiind utilizat pentru congelarea c\rnii `n carcase, a p\s\rilor preambalate, a pe[telui de dimensiuni mari, a fructelor [i legumelor. Congelarea are loc `n spa]ii izolate termic, echipate cu baterii pentru r\cirea aerului [i ventilatoare care asigur\ circula]ia aerului. Temperatura aerului este cuprins\ `ntre -250C [i -40 0C; pentru temperaturi sub -40 0C, procedeul este

Page 186: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

190

neeconomic. 7.3.1.1. Aparate cu func]ionare discontinu\ Congelarea cu aer `n aparate cu func]ionare discontinu\ se realizeaz\ `n celule de congelare [i tunele de congelare. Celulele de congelare (fig. 7.4) sunt prev\zute cu instala]ii frigorifice proprii, fiind destinate congel\rii produselor de dimensiuni reduse, a[ezate `n rastele mobile. Circula]ia aerului se realizeaz\ cu ventilatoare, al c\ror debit asigur\ 150…200 recircul\ri/h; temperatura aerului este de -30…-35 0C. Celulele din fig. 7.4 au 6 m lungime, 3 m l\]ime [i 3,6 m `n\l]ime, aerul circulând pe direc]ie longitudinal\. Congelarea este relativ rapid\, durata unui ciclu de congelare fiind de câteva ore.

Tunelele de congelare au lungimi de 9,12, 15 sau 18 m [i l\]imi de 3 sau 6 m, fiind destinate congel\rii a pân\ la câteva zeci de tone pe [arj\. Sunt folosite pentru congelarea carcaselor de carne, păsărilor preambalate etc.

Fig. 7.4 – Celule de congelare [38] 1-r\citoare de aer; 2-spa]ii de congelare.

Ca [i `n cazul tunelelor de refrigerare, circulaţia aerului în tunelele de refrigerare poate să fie:

• longitudinală; • transversală; • mixtă.

La varianta constructiv\ din fig. 7.5a [38], aerul rece este refulat de c\tre ventilatorul (3) prin r\citorul de aer (2), circula]ia prin spa]iul r\cit realizându-se pe direc]ie longitudinal\; recircularea aerului (aspirarea de c\tre ventilator) se face prin canalul (6), realizat cu ajutorul plafonului fals (4). ~n varianta din fig. 7.5b, aerul circul\ de asemenea pe direc]ie longitudinal\, dar canalul de recirculare a aerului este realizat cu ajutorul peretelui lateral (5), `n timp ce la solu]ia din fig. 7.5c, aerul rece este dirijat c\tre spa]iul de r\cire cu ajutorul deflectorului (7). Viteza de circula]ie a aerului prin spa]iul de r\cire (ne`nc\rcat cu produse) este de 1,5…2 m/s, ceea ce corespunde unei viteze reale, peste produsele de congelat, de 3…4 m/s.

Amplasarea produselor `n tunelul de congelare se face astfel `ncât suprafa]a de produs sp\lat\ de curentul de aer s\ fie maxim\, iar rezisten]ele opuse la curgerea aerului s\ fie minime. Astfel, atunci când circula]ia aerului se realizeaz\ pe direc]ie longitudinal\, carcasele de carne sunt dispuse pe linii

Page 187: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

191

aeriene amplasate pe lungimea tunelului (fig. 7.6a), `n timp ce `n cazul circula]iei transversale, carcasele sunt dispuse pe linii aeriene amplasate transversal (fig. 7.6b).

~n cazul congel\rii animalelor mici sub form\ de carcase congelate, de multe ori se prefer\ circula]ia vertical\ a aerului (fig. 7.7), asigurându-se astfel o distribu]ie mai uniform\ a aerului rece asupra produselor de congelat. Aerul refulat de c\tre ventilatorul (3) trece prin fantele executate `n plafonul fals (4), ajungând apoi `n spa]iul de congelare (1).

Fig. 7.5 – Tunele de congelare a-tunel cu circula]ie longitudinal\ a aerului, cu plafon fals; b- tunel cu circula]ie longitudinal\ a aerului, cu perete desp\r]itor; c- tunel cu circula]ie longitudinal\ a aerului, cu deflector; 1-spa]iu de congelare; 2-r\citor de aer; 3-ventilator; 4-plafon fals; 5-perete lateral; 6-canal pentru aer recirculat; 7-deflector.

a)

b)

Fig. 7.6 – Amplasarea produselor `n tunelul de congelare [38] a-pe linii aeriene dispuse longitudinal; b-pe linii aeriene dispuse transversal.

Varianta din fig. 7.8 presupune existen]a a dou\ tunele de congelare

al\turate, fiecare cu propriul s\u sistem de r\cire, format din r\citorul (2) [i ventilatorul (3); fiecare tunel are rol de canal de recirculare a aerului pentru cel\lalt tunel; astfel, aerul asigur\ r\cirea produselor pe parcursul `ntregului s\u circuit. Circula]ia transversal\ a aerului se utilizeaz\ `n cazul unor tunele de congelare de lungimi mari; r\citoarele sunt montate fie pe un `ntreg perete lateral, fie dup\ un plafon fals, iar produsele (p\s\ri,vânat m\runt, dar [i semicarcase de porc) sunt suspendate sau a[ezate pe rastele.

Page 188: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

192

Fig. 7.7 – Tunel de congelare cu circula]ie vertical\ a aerului [38] 1-spa]iu de congelare; 2-r\citor; 3-ventilator; 4-plafon fals; 5-canal de refulare a aerului.

Fig. 7.8 – Tunele de congelare al\turate [38] 1-spa]ii de congelare; 2-r\citoare de aer; 3-ventilatoare.

Fig. 7.9 – Tunel de congelare cu circula]ie mixt\ a aerului [38] 1-spa]iu de congelare; 2-r\citor

~n fig. 7.9 este prezentat\ construc]ia unui tunel cu circula]ie mixt\ a aerului; r\citoarele de aer (2) sunt dispuse pe direc]ie longitudinal\, pe pere]i opu[i. ~n zona central\ a spa]iului de congelare (1), acolo unde cei doi curen]i de aer longitudinali se `ntâlnesc, apare o circula]ie vertical\ a aerului, de sus `n jos. Durata congel\rii `ntr-un tunel de congelare depinde de tipul produsului:

• 2 ore pentru produse mărunte preambalate; • 12…18 ore pentru semicarcase de carne; • 24…40 ore pentru păsări preambalate în cutii de carton.

Pentru eficien]a exploat\rii, capacitatea tunelului se alege astfel `ncât s\ se realizeze o durat\ de `nc\rcare de maximum 2…3 ore.

7.3.1.2. Aparate cu func]ionare semicontinu\

Dup\ cum s-a men]ionat, `n cazul sistemelor cu func]ionare

Page 189: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

193

semicontinu\, `nc\rcarea [i desc\rcarea produselor au loc simultan. ~n fig. 7.10 este prezentat\ o instala]ie de congelare cu func]ionare semicontinu\, la care produsele sunt a[ezate `n t\vi pe c\rucioarele (3). ~n momentul `n care pe u[a din stânga se introduce `n spa]iul de congelare un nou c\rucior, pe u[a din dreapta este scos un c\rucior cu produse congelate. Cele dou\ u[i se `nchid apoi [i urmeaz\ procesul de congelare. Deplasarea c\rucioarelor se realizeaz\ mecanizat, utilizându-se fie un sistem cu cablu (ca `n figur\), antrenat de motorul electric (9), fie un sistem hidraulic.

Fig. 7.10 – Instala]ie de congelare cu func]ionare semicontinu\ [38]

1-r\citor; 2-deflector; 3-c\rucior cu produse de congelat; 4-ventilator; 5-sistem de deplasare a c\rucioarelor; 6-canal de aer; 7-u[\; 8-dispozitiv de prindere a c\ruciorului; 9-motor de antrenare.

Temperatura aerului este de -35…-400C, iar viteza de 1…2,5 m/s; durata procesului de congelare este cuprins\ `ntre 4…6 ore pentru carcase de g\ini ag\]ate [i 15…20 ore dac\ acestea sunt ambalate `n cutii de carton. 7.3.1.3. Aparate cu func]ionare continu\ ~n cazul acestor instala]ii, procesul de refrigerare decurge `n mod continuu; `n mod permanent pe la un cap\t al instala]iei se introduc produsele proaspete, iar pe la cel\lalt cap\t sunt preluate produsele congelate. Pentru scurtarea duratei de congelare, se utilizeaz\ viteze ale aerului mai mari decât la aparatele cu func]ionare discontinu\ sau semicontinu\; vitezele de deplasare ale produselor sunt relativ mici. ~n fig. 7.11 este prezentat\ schema de principiu a unui tunel de congelare cu func]ionare continu\, cu deplasarea longitudinal\ a aerului, destinat congel\rii carcaselor de carne.

Carcasele sunt ag\]ate `n cârlige de lan]ul transportor (5); dispunerea `n zig-zag a lan]ului asigur\ lungirea traseului parcurs de c\tre produs (fa]\ de cazul `n care lan]ul ar fi fost dispus pe direc]ie longitudinal\), cea ce asigur\ m\rirea timpului disponibil pentru congelare. Aerul este vehiculat de c\tre ventilatorul (3), iar canalul format cu ajutorul plafonului fals (4) asigur\ dirijarea curentului de aer. Pentru congelarea unor produse de dimensiuni mici (carne por]ionat\, fileuri de pe[te etc.) se utilizeaz\ aparate cu func]ionare continu\, cu band\

Page 190: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

194

transportoare. Pentru reducerea gabaritului instala]iei, banda transportoare se dispune sub form\ de spiral\, pe mai multe niveluri; `n fig. 7.12 este prezentat un astfel de aparat de congelare, realizat de c\tre FRIGOSCANDIA. Banda transportoare este `mpletit\ din o]el inoxidabil, putând fi astfel curbat\ pentru a urm\ri profilul circular al tamburului (3).

Fig. 7.11 – Tunel de congelare cu func]ionare continu\, cu circula]ie longitudinal\ a aerului 1-spa]iu de congelare; 2-r\citor; 3-ventilator; 4-plafon fals; 5-lan] de transport.

Fig. 7.12 – Aparat de congelare cu aer r\cit, de tip Gyrofreeze-FRIGOSCANDIA 1-cap\tul de alimentare al benzii; 2-gur\ de evacuare; 3- tambur; 4-dispozitiv de `ntindere a benzii; 5-ventilator; 6- r\citor de aer; 7-tavan fals; 8-sistem de ac]ionare; 9-panou electric; 10-sistem de sp\lare a benzii; 11-ventilator pentru uscarea benzii.

Page 191: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

195

Produsele de congelat sunt a[ezate la cap\tul (1) al benzii; mi[carea de rota]ie a tamburului asigur\ antrenarea benzii, iar produsele sunt evacuate prin gura de evacuare (2).

Aerul circul\ pe direc]ie vertical\ peste tambur, fiind introdus pe la partea superioar\ [i aspirat de c\tre ventilatorul (5) de la partea inferioar\ a tamburului. Cele dou\ fluxuri de aer sunt separate de c\tre tavanul fals (7); r\cirea este asigurat\ de c\tre vaporizatorul (6).

Igienizarea benzii este realizat\ `nainte ca aceasta s\ ajung\ `n zona de `nc\rcare (1), cu ajutorul sistemului de sp\lare (10) [i a ventilatorului (11). Durata procesului de congelare se regleaz\ prin modificarea tura]iei tamburului de antrenare; aceasta este cuprins\ `ntre 17 minute pentru fileuri de pe[te [i 130 de minute pentru preparatele culinare a[ezate `n t\vi. 7.3.1.3. Aparate de congelare `n strat fluidizat Acest procedeu de congelare se utilizeaz\ pentru produse alimentare de dimensiuni reduse (fructe, legume). Principiul stratului fluidizat rezult\ din fig. 7.13; astfel, dac\ un material sub form\ de particule este supus ac]iunii unui curent de aer ascendent, pe m\sur\ ce viteza curentului de aer cre[te stratul de material `ncepe s\ se fluidizeze (fig. 7.13b). ~n momentul `n care viteza aerului atinge valoarea optim\ (fig. 7.13d), `ntreaga mas\ de particule se va g\si suspendat\ `n curentul de aer, sub ac]iunea for]elor aerodinamice ce ac]ioneaz\ asupra particulelor. Cre[terea vitezei aerului peste valoarea optim\ va conduce la str\pungerea stratului de material [i la antrenarea particulelor de c\tre curentul de aer (fig. 7.13e) `n momentul `n care se dep\[e[te viteza de plutire a particulelor.

Fig. 7.13 – Principiul form\rii stratului fluidizat

a-strat fix (faz\ preliminar\); b-afânarea stratului de material; c-`nceperea fluidiz\rii (strat prefluidizat); d-strat fluidizat; e-strat str\puns.

Asupra unei particule aflate `ntr-un curent de aer ascendent ac]ioneaz\ dou\ for]e:

• for]a portant\ a aerului: ρ⋅⋅= 22ea dvF , unde:

- v- viteza curentului de aer [m/s]; - de – diametrul echivalent (determinat ca raport `ntre volumul [i suprafa]a

particulei) [m];

Page 192: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

196

- ρ - densitatea particulei [kg/m2]; • greutatea: ρ⋅⋅= 3

edgG , `n care g = 9,81 m/s2.

Raportul dintre cele dou\ for]e se nume[te num\rul Froude:

e

2

dgvFr⋅

= .

Fluidizarea produselor are loc `n condi]ii optime pentru Fr = 40…120. ~n cazul congel\rii `n strat fluidizat, produsele (2, fig. 7.14) sunt a[ezate

pe suprafa]a unei site mobile (1), aflate deasupra sitei fixe (3). Curentul de aer rece trece prin orificiile sitelor [i antreneaz\ produsele, astfel formându-se stratul fluidizat. Pentru a se u[ura fluidizarea stratului de produse, sita superioar\ oscileaz\ pe direc]ie orizontal\. Durata congel\rii este cuprins\ `ntre 3…5 minute [i 9…15 minute, `n func]ie de tipul produsului.

Fig. 7.14 – Principiul congel\rii `n strat fluidizat 1-sit\ mobil\; 2-strat de produse; 3-sit\ fix\.

~n func]ie de solu]ia constructiv\ adoptat\, aparatele de congelare `n strat fluidizat pot fi cu jgheab sau cu band\ transportoare. ~n fig. 7.15 este prezentat un aparat de congelare `n strat fluidizat, cu jgheab perforat; alimentarea cu produse de congelat se realizeaz\ cu ajutorul rampei de alimentare (2), iar produsele cad `n jgheabul (4). Acesta este perforat la partea inferioar\, pentru a permite trecerea curentului de aer [i are o mi[care de oscila]ie pe direc]ie longitudinal\ pentru a favoriza formarea stratului fluidizat.

Fig. 7.15 – Aparat de congelare `n strat fluidizat, cu jgheab [38]

1-carcas\; 2-ramp\ de alimentare; 3-strat fluidizat de produse; 4-jgheab; 5-ventilatoare; 6-separator de pic\turi; 7-duze pentru decongelare; 8-r\citor de aer; 9-tav\ de colectare a apei. Curentul de aer ascendent este produs de c\tre ventilatoarele (5),

amplasate sub jgheabul (4); aerul este r\cit prin contact cu r\citoarele (8). ~nl\turarea ghe]ii formate pe vaporizatoarele (8) se realizeaz\ prin oprirea instala]iei frigorifice [i stropirea acestora cu ap\ pulverizat\ prin duzele de decongelare (7). Apa este apoi colectat\ `n tava (9), iar curentul de aer usuc\ r\citoarele; separatorul de pic\turi (6) `mpiedic\ antrenarea pic\turilor de ap\ de c\tre curentul de aer. Pentru aceste aparate, num\rul Froude are valori de

Page 193: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

197

100…120; pentru produse sensibile (c\p[uni) se accept\ valori mai reduse, pentru a se evita deterioararea acestora.

Construc]ia unui aparat de congelare `n strat fluidizat cu band\ transportoare este prezentat\ `n fig. 7.16. Acesta este prev\zut cu dou\ benzi transportoare realizate prin `mpletire, din o]el inoxidabil. ~n camera (2) sunt amplasate ventilatoarele care aspir\ aerul peste vaporizatorul (1) [i `l dirijeaz\ c\tre partea inferioar\ a benzilor transportoare. Aerul este apoi trimis prin canalele (6) [i (9) c\tre vaporizator. Degivrarea vaporizatorului se realizeaz\ combinat, cu ap\ (rampele 10 sunt echipate cu duze de pulverizare) [i aer cald insuflat prin rampa (8). Dac\ se renun]\ la vibrarea benzilor [i se reduce debitul de aer, aparatul se poate folosi [i pentru congelarea `n strat fix.

Prin modificarea vitezei de deplasare a benzilor transportoare se regleaz\ durata procesului de congelare, `n func]ie de produs.

Fig. 7.16 – Congelator `n strat fluidizat, cu band\ transportoare (FloFREEZE,

FRIGOSCANDIA) 1-vaporizator; 2-camera ventilatoarelor; 3-gur\ de desc\rcare; 4-podea izolat\ termic; 5-benzi

transportoare; 6, 9-canale de aer; 7-curentul de aer; 8, 10-sistem de degivrare cu ap\ [i aer. 7.3.2. Congelarea prin contact cu suprafe]e metalice Procedeul presupune punerea `n contact direct a produselor de congelat (fileuri de pe[te, carne tran[at\ [i dezosat\ etc.), ambalate sub form\ de pachete paralelipipedice, cu suprafe]e metalice r\cite. Suprafe]ele metalice pot fi pl\ci, benzi transportoare metalice sau cilindri.

Congelarea prin contact cu suprafeţe metalice reci permite realizarea transferului termic prin conducţie între produse şi suprafeţele metalice; acestea din urm\ pot fi răcite direct sau cu agenţi intermediari. Prin eliminarea aerului ca

Page 194: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

198

mediu intermediar se `mbun\t\]e[te procesul de preluare a c\ldurii [i astfel durata procesului de congelare se reduce.

~n fig. 7.17 sunt prezentate câteva variante constructive de realizare pentru pl\cile de r\cire [12]; `n principiu, acestea sunt formate din pl\cile metalice (2), `ntre care se g\sesc ]evile (1) ale vaporizatorului instala]iei frigorifice. Exist\ [i variante la care pl\cile metalice sunt ondulate, iar agentul frigorific circul\ prin spa]iile interioare astfel formate (fig. 7.18).

Fig. 7.17 – Pl\ci metalice pentru congelare prin contact a-cu ]evi cu sec]iune dreptunghiular\; b-cu ]evi cu sec]iune circular\; c-cu ]evi cu sec]iune eliptic\; 1-]evi; 2-plac\ metalic\; 3-spa]iu vidat.

Fig. 7.18 – Vaporizatoare pentru r\cire prin contact a, b-foi din tabl\ sudate; c-extrudate.

Pentru asigurarea contactului dintre produse [i pl\cile de r\cire, acestea se

pot deplasa, realizând o u[oar\ presare a produselor de congelat; deplasarea pl\cilor se realizeaz\ cu ajutorul unui sistem hidraulic sau pneumatic. Aparatele de congelare pot fi:

• cu pl\ci orizontale; • cu pl\ci verticale; • cu pl\ci rotative.

Func]ionarea acestor aparate poate fi discontinu\ sau continu\. ~n fig. 7.19 este prezentat\ construc]ia unui aparat de congelare cu pl\ci

orizontale. Produsele se introduc `n spa]iile (4) dintre pl\cile de r\cire; fiecare plac\ de r\cire este conectat\ prin furtunurile (2) la colectoarele de agent frigorific (1). Dup\ introducerea produselor, cilindrul hidraulic asigur\ presarea produselor `ntre pl\ci. Temperatura de vaporizare a agentului frigorific `n interiorul pl\cilor de r\cire este de -38…-40 0C; `n func]ie de tipul produselor [i de grosimea acestora, iar timpul de congelare este cuprins `ntre 25…30 minute [i 150…240 minute. Aparatul este cu func]ionare discontinu\, procesul de

Page 195: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

199

refrigerare presupunând parcurgerea celor trei etape specifice (`nc\rcare, congelare, desc\rcare).

Aparatele de congelare cu pl\ci verticale (fig. 7.20) au o construc]ie asem\n\toare celei a aparatelor cu pl\ci orizontale.

Fig. 7.19- Aparate de congelare prin contact, cu pl\ci orizontale 1-colector pentru agent frigorific; 2-furtun; 3-plac\ metalic\ r\cit\; 4-spa]iu pentru produse; 5-u[\; 6-cilindru hidraulic.

Fig. 7.20 – Congelator cu pl\ci verticale

Page 196: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

200

Aparatele de congelare cu band\ metalic\ r\cit\ au un proces de func]ionare continuu [i utilizeaz\ un agent intermediar de r\cire, aflat la temperaturi de -35…-40 0C, care este pulverizat, prin intermediul unei rampe cu duze (10, fig. 7.21), pe suprafa]a inferioar\ a unei benzi transportoare metalice (4), pe care o r\cesc. Produsele de congelat (3) intr\ prin gura de alimentare (12) [i ajung `n contact cu fa]a superioar\ a benzii. Partea superioar\ a produselor, care nu se g\se[te `n contact cu banda metalic\ r\cit\, este congelat\ cu ajutorul aerului rece produs de r\citoarele (2). Dup\ desc\rcarea produselor prin gura de desc\rcare (5), banda este sp\lat\ de c\tre sistemul de sp\lare (7).

Fig. 7.21 – Aparat de congelare cu band\ metalic\ r\cit\ 1-carcas\; 2-r\citoare de aer; 3-produse; 4-band\ transportoare metalic\; 5-ie[ire produse congelate;

6-sistem de antrenare a benzii; 7-sistem de sp\lare; 8-tav\ de colectare a agentului intermediar; 9, 11-racorduri agent intermediar; 10-duze de pulverizare; 12-gur\ de alimentare.

Aparatele de congelare cu cilindri metalici r\ci]i sunt utilizate pentru

congelarea produselor alimentare lichide sau semilichide; acestea vin `n contact cu suprafa]a exterioar\ sau interioar\ a unui cilindru metalic, r\cit cu agent frigorific. Produsul congelat pe suprafa]a cilindrului este desprins apoi prin raclare.

~n fig. 7.22 este prezentat principiul de func]ionare al unui aparat de congelare prin contact cu suprafa]a exterioar\ a unui cilindru metalic. Cilindrul metalic (2), aflat `n mi[care de rota]ie, este r\cit `n interior cu agent intermediar. Produsul de congelat, sub form\ lichid\, ajunge `n rezervorul (6) prin racordul de alimentare (1); cilindrul metalic este par]ial scufundat `n materialul de congelat [i acesta `nghea]\ pe suprafa]a cilindrului, formând stratul (3). Sistemul de raclare (5) desprinde materialul congelat de pe suprafa]a cilindrului.

Fig. 7.22 – Congelarea prin contact cu suprafa]a exterioar\ a unui cilindru metalic 1-alimentare cu produs lichid; 2-cilindru metalic r\cit; 3-strat de produs congelat; 4-produs congelat raclat; 5-sistem de raclare; 6-rezervor.

~n fig. 7.23 este prezentat\ schema de principiu a unui sistem de congelare a `nghe]atei [53, 57], prin contactul acesteia cu suprafa]a interioar\ a

Page 197: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

201

cilindrului metalic (6). ~nghe]ata `n stare lichid\ intr\ prin racordul (2); `n masa de `nghe]at\ se injecteaz\ aer (50% aer [i 50% `nghe]at\), produs de c\tre compresorul (1).

~n spa]iul (5), exterior cilindrului (6), are loc evaporarea agentului frigorific, la temperaturi de -35…-30 0C. Cilindrul (6) având mi[care de rota]ie, desprinderea `nghe]atei se realizeaz\ cu ajutorul unui sistem de raclare (7). ~nghe]at\ este evacuat\ prin racordul (8), la o temperatur\ de aproximativ -50C, fiind supus\ ulterior unui proces de c\lire (depozitare timp de câteva ore la o temperatur\ de -25 0C).

Fig. 7.23 – Instala]ie pentru congelarea `nghe]atei [57] 1-compresor pentru aer; 2-racord intrare `nghe]at\; 3-manometru; 4-supap\ de siguran]\; 5-spa]iu agent frigorific; 6-cilindru metalic; 7-sistem de raclare; 8-racord ie[ire `nghe]at\.

7.3.3. Congelarea prin contact cu agen]i intermediari

Metoda prezint\ avantajul unor durate de congelare mai mici decât `n cazul r\cirii cu aer deoarece coeficientul de transfer de c\ldur\ de la produs la lichid este de cel pu]in zece ori mai mare decât cel corespunz\tor transferului de c\ldur\ c\tre aer; ca urmare, la produsele de dimensiuni mici, timpul de congelare se scurteaz\ semnificativ. La produsele de dimensiuni mari, mic[orarea duratei congel\rii este mai pu]in important\. Din aceste motive, procedeul se aplic\ pentru congelarea p\s\rilor preambalate `n pungi impermeabile sau a pe[tilor. Ca agen]i intermediari se utilizeaz\ `n special solu]iile de clorur\ de calciu sau de clorur\ de potasiu `n ap\; mai rar utilizate sunt solu]iile alcoolice. Pentru a se evita contactul direct al agentului intermediar cu produsul de congelat, acesta din urm\ se ambaleaz\ `n pelicule impermeabile sau `n cutii metalice etan[e. Aparatele utilizate pentru congelarea prin contact cu agen]i intermediari sunt cu func]ionare continu\; contactul dintre produs [i agent se realizeaz\ prin imersie, stropire sau mixt. 7.3.4. Congelarea prin contact cu agen]i frigorifici Metoda presupune utilizarea c\ldurii latente de vaporizare a agentului frigorific, la presiune atmosferic\, pentru congelarea produselor. Agen]ii frigorifici trebuie s\ `ndeplineasc\ urm\toarele condi]ii:

• s\ fie iner]i fa]\ de produsele alimentare; • s\ nu fie toxici, inflamabili sau explozibili;

Page 198: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

202

• s\ nu polueze mediul; • s\ aib\ costuri reduse.

Având `n vedere aceste cerin]e, agen]ii frigorifici ce pot fi utiliza]i pentru congelare sunt azotul lichid [i bioxidul de carbon lichid; se mai utilizeaz\ protoxidul de azot [i aerul, de asemenea `n stare lichid\.

Aparatele de congelare sunt cu func]ionare discontinu\ sau continu\.

7.3.4.1. Congelarea cu azot lichid Congelarea cu azot lichid se poate realiza `ntr-un proces discontinuu sau continuu. Aparatele cu func]ionare discontinu\ sunt realizate sub form\ de dulapuri sau celule de congelare, având capacit\]i relativ mici (100…500 kg produse/h). ~n fig. 7.24. este prezentat\ schema de principiu a unui dulap de congelare cu azot lichid. Produsele sunt introduse `n incinta (1), fiind a[ezate `n t\vi; prin rampele cu duze (4) `n incint\ se introduce azot lichid, care este pulverizat asupra produselor de congelat. Ventilatoarele (6) asigur\ circula]ia [i reparti]ia pic\turilor de azot [i a vaporilor.

Schema unei instala]ii de congelare cu azot lichid, cu func]ionare continu\, este prezentat\ `n fig. 7.25. ~n principiu aceasta este format\ din incinta (3), `n interiorul c\reia se deplaseaz\ banda transportoare (4), realizat\ din plas\ de o]el inoxidabil. Produsele sunt introduse prin gura de `nc\rcare (1) [i sunt congelate prin pulverizare de azot lichid din rampa (6). Vaporii de azot din incint\ sunt vehicula]i de c\tre ventilatoarele (2) [i `n zona de prer\cire, iar ventilatorul (7) asigur\ circula]ia vaporilor `n zona de uniformizare a temperaturii. Pic\turile de azot lichid sunt colectate `n tava (10) pentru a se folosi [i efectul lor de r\cire. Ventilatorul (9) realizeaz\ evacuarea vaporilor de azot din incint\. ~n func]ie de dimensiunile instala]iei [i natura produselor de congelat, capacitatea acesteia poate fi cuprins\ `ntre 90…230 kg/h [i 680…1800 kg/h. Durata total\ a congel\rii este de aproximativ 8 minute, din care prer\cirea dureaz\ 5…6 minute, iar congelarea propriu-zis\ dureaz\ un minut.

Instala]ia din fig. 7.26 realizeaz\ congelarea produselor prin imersarea acestora `ntr-o baie de azot lichid, timp de 1…10 secunde; acest proces are loc `n incinta (3), `n care se g\se[te o baie cu azot lichid. Produsele introduse prin gura de alimentare (1) ajung pe banda (2), par]ial imersat\ `n azot lichid, iar apoi sunt desc\rcate pe banda transportoare (7), aflat\ `n tunelul de uniformizare a temperaturii (11); aici are loc r\cirea prin convec]ie [i uniformizarea temperaturii, ventilatoarele (5) [i (6) asigurând circula]ia vaporilor reci de azot peste produse. 7.3.4.2. Congelarea cu bioxid de carbon lichid Aparatele ce realizeaz\ congelarea cu ajutorul bioxidului de carbon lichid au o construc]ie asem\n\toare celor care utilizeaz\ azot lichid, putând fi cu func]ionare discontinu\ sau continu\. Ca exemplu, `n fig. 7.27 este prezentat un aparat cu band\ spiral\; construc]ia acestuia este `n principiu asem\n\toare cu cea aparatelor cu aer r\cit. Bioxidul de carbon lichid este pulverizat asupra produselor

Page 199: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

203

ce trebuie congelate, având o temperatur\ de -790C. Bioxidul de carbon `n stare gazoas\ este preluat de ventilatoare [i evacuat `n atmosfer\, consumul de bioxid de carbon lichid fiind de 1…2 kg/kg produs. ~n unele cazuri (aparate având capacit\]i foarte mari) se utilizeaz\ o instala]ie de recuperare [i comprimare a bioxidului de carbon.

Fig. 7.24 – Dulap de congelare cu azot lichid, cu func]ionare discontinu\ [38] 1-incint\ izolat\ termic; 2-termostat; 3-traductor de temperatur\; 4-rampe pulverizare azot lichid; 5-electrovalv\; 6-ventilatoare.

a)

b)

c)

Fig. 7.25 – Instala]ie de congelare cu azot lichid, cu func]ionare continu\ a-schema de principiu; b-vedere general\; c-band\ transportoare metalic\; 1-gur\ de alimentare; 2, 7, 9-

ventilatoare; 3-incint\ izolat\ termic; 4-band\ transportoare; 5-conduct\ de alimentare cu azot lichid; 6-ramp\ de pulverizare; 8-gur\ de evacuare a produselor; 10-tav\.

Page 200: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

204

Fig. 7.26 – Instala]ie de congelare prin imersare `n azot lichid;

1-gur\ de alimentare; 2, 7-benzi transportoare; 3-baie cu azot lichid; 4-racord alimentare cu azot lichid; 5, 6-ventilatoare; 8-racord evacuare azot; 9-gur\ de evacuare produse congelate; 10, 12-mecanismele de antrenare

ale benzilor transportoare; 11-tunel de uniformizare a temperaturii.

Fig. 7.27 - Instala]ii de congelare cu CO2, cu band\ transportoare `n spiral\

7.4. DEPOZITAREA PRODUSELOR CONGELATE [38, 39, 40, 43] Având `n vedere c\ scopul principal al congel\rii `l constituie m\rirea duratei de conservare, este necesar ca `n spa]iile frigorifice `n care se depoziteaz\ produsele congelate s\ se asigure anumite condi]ii de microclimat.

Depozitarea produselor congelate se realizeaz\, de regul\, `n alte spa]ii decât cele `n care a avut loc congelarea; condi]iile de depozitare depind de tipul produsului, iar prelungirea depozit\rii peste durata limit\ poate conduce la modific\ri ale calit\]ii. Evident, temperatura din spa]iul de depozitare trebuie s\ fie cel pu]in egal\ cu temperatura final\ de congelare; cu cât temperatura este mai sc\zut\, cu atât durata de depozitare cre[te (fig. 7.28). Trebuie `ns\ ]inut cont de faptul c\ temperaturile sc\zute presupun consumuri energetice mari; ca urmare, temperaturi de -25…-30 0C sunt uzuale pentru depozitele de produse congelate. Al]i parametri care influen]eaz\ durata depozit\rii sunt:

Page 201: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

205

• umiditatea relativ\ a aerului, ventila]ia [i modul de distribu]ie a aerului; • gradul de `nc\rcare cu produse a depozitului, ambalarea [i modul de

amplasare a produselor; • parametrii [i modul de exploatare a instala]iei frigorifice.

Fig. 7.28 – Durate admisibile de p\strare pentru produse alimentare congelate [38] 1-pe[te gras (hering); 2-pe[te slab (cod); 3-carne slab\ de vit\; 4-carne de porc; 5-carne de curcan; 6-pe[te (norme norvegiene); 7-carne gras\ de vit\; 8-p\s\ri ambalate; 9-carne de pas\re `n ambalaje speciale; 10-untur\ de pe[te; 11-pe[te slab afumat; 12-heringi s\ra]i [i afuma]i; 13-pateu de curcan.

7.4.1. Parametrii aerului din depozitul de produse congelate Spre deosebire de situa]ia existent\ `n depozitele de produse refrigerate, `n depozitele de produse congelate se recomand\ ca umiditatea relativ\ a aerului s\ fie cât mai mare posibil, mergându-se cât mai aproape de 100%; acest lucru este posibil datorit\ temperaturilor sc\zute la care se afl\ produsele, care nu favorizeaz\ dezvoltarea microorganismelor. ~n acela[i timp, umiditatea relativ\ ridicat\ reduce pierderile de greutate ale produselor congelate. Orientativ, debitul de aer din depozitul frigorific, necesar pentru men]inerea temperaturii produselor congelate se poate determina cu rela]ia:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅∆⋅

Φ=

sm

tcQ

pv

30

ρ,

`n care: • Φ0 - sarcina frigorific\ [W]; • cp – c\ldura specific\ a aerului [J/kg⋅K]; • ∆t – cre[terea de temperatur\ a aerului din depozit [0C];

ρ - densitatea aerului [kg/m3]. Pentru o temperatur\ a produselor de -20 0C, densitatea aerului este de

1,395 kg/m3, iar c\ldura specific\ este de 965 J/kg⋅K; admi]ând o variaţie de temperatur\ a aerului ∆t = 3 0C, rezult\ un debit de aer de 0,25 m3/s pentru 1 kW sarcin\ frigorific\. De obicei depozitele de produse congelate nu sunt prev\zute cu sisteme speciale de introducere a aerului din exterior, re`mprosp\tarea realizându-se prin

Page 202: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

206

deschiderea u[ilor de acces.

7.4.2. ~nc\rcarea cu produse a depozitului

{i la depozitarea produselor congelate este necesar s\ se asigure o `nc\rcare a depozitului la capacitatea nominal\; `n caz contrar se m\resc consumurile energetice [i pierderile de greutate, iar calitatea produselor conservate este afectat\. ~n acela[i timp, la amplasarea produselor trebuie respectate recomand\rile referitoare la distan]ele minime dintre stivele de produse, precum [i dintre stive [i pere]ii depozitului, astfel `ncât s\ se asigure spa]iile necesare circula]iei aerului [i manipul\rii produselor. ~n tabelele 7.2 [i 7.3 sunt prezentate unele date referitoare la `nc\rcarea spa]iilor de depozitare.

Tabelul 7.2 Volumul necesar depozit\rii unor produse alimentare

Produsul Volumul necesar [t/m3] Observa]ii Carne de vit\ 0,4 sferturi de carcas\ Carne de vit\ 0,35 jum\t\]i de carcas\ Carne de porc 0,45 - Carne de oaie 0,30 - P\s\ri 0,38 `n l\zi din lemn Pe[te congelat `n bloc 0,4 cutii din carton ondulat Pe[te congelat file 0,5 - Unt 0,65…0,7 -

De obicei produsele sunt depozitate `n sistem paletizat, metod\ care ofer\ avantaje referitoare la transportul, manipularea [i stocarea acestora. Pale]ii au dimensiuni standardizate (0,8x1,2 m sau 1x1,2 m) [i pot fi `nc\rca]i pe `n\l]imi cuprinse `ntre 1,2 [i 2 m. Pale]ii se stivuiesc unul peste altul, `n num\r de 4…5, `n func]ie de `n\l]imea depozitului.

Tabelul 7.3 Distan]e minime la depozitarea produselor congelate

Zona Distan]a [m] `ntre stivele de pale]i 0,1…0,3 `ntre stive [i pardosea 0,1…0,15

`ntre stive [i tavan 0,4…1,0 `ntre stive [i canalele de aer 0,15…0,30

`ntre stive [i pere]i 0,3…0,6 Se prefer\ ca produsele congelate s\ fie depozitate `n stare ambalat\, pentru a se reduce pierderile de greutate [i a se evita contaminarea lor. Ambalarea produselor congelate se poate face `nainte sau dup\ congelarea lor; ambalajele se `mpart `n:

• ambalaje primare, care vin `n contact direct cu produsele congelate; • ambalaje de transport, care con]in mai multe produse ambalate `n

ambalaje primare. Ambalajele primare trebuie s\ `ndeplineasc\ o serie de cerin]e, dintre care

se pot men]iona urm\toarele:

Page 203: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

207

• s\ fie inerte fa]\ de produsul ambalat [i s\ nu degaje `n timp mirosuri sau substan]e toxice;

• s\ fie impermeabile la lichide, gr\simi, vapori de ap\, substan]e volatile etc.;

• s\ nu permit\ trecerea luminii (`n special a radia]iilor albastre) [i a radia]iilor ultraviolete;

• s\ aib\ rezisten]\ mecanic\ ridicat\ la temperaturi sc\zute. Ca materiale pentru ambalajele primare se folosesc polietilena,

polipropilena, policlorura de vinil, hârtia având compozi]ie special\, folia de aluminiu etc.

7.4.3. Parametrii instala]iei frigorifice [i modul de exploatare Puterea frigorific\ a instala]iei de r\cire trebuie corelat\ cu necesarul de frig al depozitului de produse congelate; o putere frigorific\ mai mic\ decât cea necesar\ (din cauza utiliz\rii unui num\r insuficient de compresoare) va conduce la realizarea unei temperaturi mai ridicate decât cea impus\. Acumularea z\pezii pe suprafe]ele vaporizatoarelor va avea ca efect reducerea puterii frigorifice [i deci cre[terea temperaturii; ca urmare, este necesar\ decongelarea periodic\ a r\citoarelor de aer. Pentru a se evita p\trunderile de c\ldur\ prin u[ile deschise, acestea trebuie s\ fie men]inute deschise cât mai pu]in timp posibil [i trebuie s\ fie prev\zute cu sisteme automate de `nchidere. Men]inerea u[ilor `n stare deschis\ conduce la m\rirea temperaturii din spa]iul de depozitare [i la cre[terea pierderilor de greutate. 7.5. CALCULUL NECESARULUI DE FRIG Determinarea necesarului de frig pentru congelarea unui produs alimentar se face cu ajutorul unei rela]ii asem\n\toare celei utilizate `n cazul refriger\rii (vezi [i 6.6):

[ ]JQQQQQQQQQQQQQQQQ

SLPCPMME

IUIZRASACARBEALStot

,. 2

1

+++++++++++++−+=

`n care: • c\ldura ce trebuie extras\ pentru sc\derea temperaturii pân\ la punctul

de congelare este: ( )cpipS ttcmQ −⋅⋅= 11 ;

• c\ldura ce trebuie extras\ pentru sc\derea temperaturii de punctul de congelare pân\ la temperatura final\ este:

( )fcppS ttcmQ −⋅⋅= 22 ;

• c\ldura ce trebuie extras\ pentru solidificarea produsului este:

spLP lmQ ⋅= ;

• m – masa produsului; • cp1, cp2 – c\ldurile specifice pentru produsul necongelat, respectiv `n stare

Page 204: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

208

congelat\; • ti – temperatura ini]ial\ a produsului; • tf – temperatura final\ a produsului; • tcp – punctul de congelare; • lsp – c\ldura latent\ de solidificare a produsului.

Cele trei cantit\]i de c\ldur\ men]ionate se pot calcula [i cu ajutorul entalpiilor produsului:

( )fiLPSS iimQQQ −⋅=++ 21 ,

`n care ii [i if sunt entalpia ini]ial\ [i respectiv final\ a produsului, care se g\sesc tabelate `n func]ie de tipul de produs [i temperatur\.

Celelalte cantit\]i de c\ldur\ ce apar `n rela]ia de calcul au acelea[i semnifica]ii ca [i `n cazul refriger\rii.

Necesarul de frig se poate determina [i cu rela]ia prezentat\ pentru refrigerare:

4321 QQQQQtot +++= ,

`n care Q2 = m∙[(ii – if) + 28,35∙∆m], m fiind masa produselor, iar ∆m pierderea de greutate [%]; celelalte cantit\]i de c\ldur\ se calculeaz\ la fel ca [i pentru refrigerare.

Cantit\]ile de c\ldur\ se determin\ pentru o durat\ de 24 de ore, iar puterea frigorific\ necesar\ va fi:

[ ]kWQ

r

tot

360005,1

⋅⋅=Φτ

,

considerându-se c\ instala]ia frigorific\ func]ioneaz\ τr = 20…22 de ore; necesarul de frig se majoreaz\ cu 5% pentru a se lua `n calcul pierderile de c\ldur\ pe conductele de leg\tur\ cu vaporizatoarele. 7.6. DECONGELAREA PRODUSELOR PRODUSELOR ALIMENTARE CONGELATE Decongelarea produselor alimentare se realizeaz\ `n scopul consumului acestora sau a utiliz\rii `n diverse procese de prelucrare. ~n func]ie de metoda prin care se asigur\ aportul de c\ldur\ c\tre produs, decongelarea se poate realiza:

• `n aer; • `n ap\; • cu abur; • prin contact cu suprafe]e metalice calde; • cu microunde.

Decongelarea se poate realiza [i `n cadrul unor faze tehnologice cum ar fi tocarea, `n timpul c\rora c\ldura degajat\ prin ac]iunea mecanic\ asupra produsului asigur\ decongelarea.

Decongelarea `n aer este metoda cea mai simpl\, dar implic\ durate mari ale procesului [i pierderi de greutate semnificative; pot apare [i fenomene de oxidare ale straturilor superficiale ale produselor. Este de preferat decongelarea `n

Page 205: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

209

spa]ii `n care parametrii aerului (temperatur\, vitez\, umiditate) pot fi controla]i; astfel, temperatura trebuie s\ fie de 4…6 0C şi viteza de 0,3…3 m/s; umiditatea relativă trebuie să fie de aproximativ 70% la începutul procesului de decongelare (pentru a se evita condensarea umidităţii din aer pe suprafaţa rece a produsului), ajungând către 90…95%. la sfârşitul procesului, pentru a se evita pierderile de greutate. Temperaturi mai mari de 20 0C pot provoca modific\ri ale culorii produsului, `n timp ce viteze mici ale aerului conduc la cre[terea duratei procesului de decongelare. În aceste condiţii, durata decongelării este de până la 5 zile pentru carcasele de vită şi de 1...3 zile pentru alte produse. Decongelarea se consideră terminată atunci când temperatura în centru termic atinge -1...0 0C.

Decongelarea `n ap\ permite reducerea duratei procesului [i a pierderilor `n greutate; pe de alt\ parte este posibil s\ apar\ pierderi de substan]e nutritive, motiv pentru care `n ap\ se adaug\ sare `n propor]ie de 1…4% . Apa utilizat\ are o temperatur\ de aproximativ 20 0C.

Decongelarea cu abur utilizeaz\ c\ldura latent\ de condensare a aburului; unele variante tehnologice presupun desf\[urarea procesului la presiuni sc\zute (20 mm Hg [i 21 0C; fig. 7.29) [40]. Procedeul permite scurtarea duratei decongel\rii.

Fig. 7.29 – Instala]ie pentru decongelare `n vid [40] 1-robinet pentru golire; 2-robinet pentru abur; 3-pomp\ de vacuum; 4-supap\ de reglare a nivelului; 5-senzor depresiune; 6-robinet circuit de sp\lare; 7-produse supuse decongel\rii

Decongelarea prin contact cu suprafe]e metalice se realizeaz\ `n aparate asem\n\toare constructiv cu cele utilizate pentru congelare; temperatura agentului pulverizat pe suprafa]a inferioar\ a benzii transportoare metalice este cuprins\ `ntre 20 0C [i 40…50 0C, `n func]ie de tipul produsului.

Decongelarea în cuptorul cu microunde se recomandă doar în cazul alimentelor ce urmează a fi preparate, fiind contraindicată păstrarea acestora în stare decongelată o perioadă mai lungă de timp. Unele normative internaţionale limitează temperatura din timpul decongelării la maximum 12 0C şi temperatura produsului decongelat la maximum 3 0C. 7.7. EVALUAREA DURATEI MAXIME DE DEPOZITARE A PRODUSELOR CONGELATE Calitatea produselor alimentare scade pe măsură ce creşte perioada de stocare a acestora şi din acest motiv trebuie cunoscută durata maximă de depozitare. Ca definiţie a noţiunii durată maximă de depozitare se poate spune că

Page 206: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

210

aceasta reprezintă intervalul de timp pe parcursul căreia caracteristicile principale ale produsului sunt acceptabile pentru consum. Durata de păstrare nu trebuie confundată cu data de expirare a produsului; primul termen se referă la calităţile organoleptice ale produsului, în timp ce al doilea este legat de securitatea alimentară. Un produs a cărui durată de stocare (shelf life) a fost depăşită poate fi încă sigur din punct de vedere alimentar, dar calitatea sa nu mai este garantată.

Durata de păstrare a produselor congelate este greu de evaluat, din cauza multiplelor mecanisme de deteriorare, în tabelul 7.4 fiind prezentate principalele efecte ale degradării produselor congelate.

Tabelul 7.4 Efecte ale degradării produselor congelate

Produsul Mod de degradare Produse congelate din carne (porc, vită, pasăre, peşte)

Râncezire Întărire Decolorare Arsură de congelare

Fructe şi legume congelate Pierderi de nutrienţi (vitamine) Modificarea texturii Pierdere de aromă Desicare Decolorare

Sucuri concentrate congelate Pierderi de nutrienţi (vitamine) Decolorare Pierdere de aromă Pierdere de turbiditate Formare de drojdii

Produse lactate congelate Modificarea texturii (recristalizare) Textură nisipoasă (cristalizarea lactozei) Destabilizarea emulsiei Pierdere de aromă

Alimente industriale* Râncezirea cărnii Decolorare Pierdere de aromă Închegarea sosurilor

* Alimentele industriale (Convenience Food) au apărut din dorinţa de a economisi timp şi efort la prepararea mâncărurilor. Alimentele industriale prezintă un anumit grad de prelucrare; este vorba de produse deshidratate sau uscate (pentru supe, sosuri), produse congelate, produse instant, semiconserve şi conserve. Convenience food sunt considerate şi delicatesele, produse care destinate satisfacerii celor mai rafinate preferinţe şi gusturi. Sortimentul cuprinde salate fine, sosuri, alimente preţioase (homar, caviar), specialităţi din crustacee, peşte, vânat, conserve de legume (castraveciori, porumb zaharat), muştar de Dijon, oţet Balsamico etc. Remarcabilă este preocuparea pentru ambalarea acestor produse, forma de prezentare (de la pungi speciale pentru fiert orez, la tuburi pentru sosuri, de diferite forme şi capacităţi, la închizători de siguranţă, folii de acoperire etc.) constituind o adevarată revoluţie în comercializarea lor. http://naturafarm.ro/Cum+se+clasifica+azi+alimentele___52_articol.html

Page 207: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

211

În principiu se consideră că există trei factori ce influenţează durata de stocare: calitatea iniţială a produsului, tehnologia de procesare şi modul de ambalare, temperatura din timpul depozitării. Odată ce un produs congelat a părăsit depozitul producătorului şi a intrat în lanţul de distribuţie, calitatea acestuia începe să scadă, viteza de degradare fiind în principal dependentă de temperatură (fig. 7.30).

Fig. 7.30 – Evoluţia temperaturii produselor congelate

În decursul timpului au fost dezvoltate diverse concepte pentru evaluarea

fenomenului de degradare al produselor congelate. Astfel, în anii '60 a fost intodus conceptul toleranţă timp –temperatură

(time – temperature – tolerance TTT), ca urmare a unor programe de cercetare ce s-au desfăşurat în Statele Unite. Baza teoretică a acestui concept porneşte de la ideea că pentru fiecare tip de produs congelat există o legătură între temperatura de stocare şi timpul necesar pentru ca acesta să sufere o anumită degradare. Ca urmare a acestor cercetări s-au elaborat curbe TTT pentru diverse produse (fig. 7.32), dar s-a ajuns şi la concluzia că unul dintre factorii cei mai importanţi ce afectează calitatea produselor congelate o reprezintă fluctuaţiile de temperatură din spaţiul de depozitare.

Institutul Internaţional pentru Refrigerare (IIR – International Institute of Refrigeration) recomandă utilizarea altor două concepte:

• PSL (Practical Storage Life – durata practică de stocare), ce reprezintă intervalul de timp pe parcursul căruia produsul congelat poate fi depozitat, păstrându-şi caracteristicile de calitate şi putând fi consumat. PSL nu depinde doar de temperatura de stocare, ci şi de natura produsului, procedeul de răcire şi modul de ambalare. PSL este determinat de către un panel de evaluatori neantrenaţi (consumatori obişnuiţi).

• HQL (High Quality Life – durata de viaţă la calitate înaltă), care este un parametru de tip TTT, dar care utilizează şi calităţile senzoriale; această durată maximă de stocare se consideră atinsă atunci când 70% din membrii unui grup de experţi evaluatori consideră că există diferenţe

Page 208: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

212

senzoriale apreciabile între produsul testat şi probele martor, păstrate la temperaturi de -40 0C. Pentru modelarea matematică a duratei de stocare se consideră diferite

legi de variaţie a calităţii produsului congelat: tkPP 0 ⋅−= sau tk

0 ePP ⋅−⋅= , în care P0 este calitatea iniţială, k este constanta de deteriorare, iar P este calitatea produsului după un timp t. Constanta de deteriorare k depinde de temperatură, fiind descrisă de o ecuaţie de tip Arrhenius:

TRE

0

a

ek)T(k ⋅−

⋅= , unde k0 este o constantă, Ea este energia de activare, R este constanta universală a gazelor, iar T este temperatura.

Fig. 7.31 – Arsură de congelare Fig. 7.32 – Curbe TTT De multe ori pentru evaluarea degradării produselor congelate se foloseşte parametrul Q10, care reprezintă raportul dintre durata de stocare la o temperatură θ şi durata de stocare la temperatura θ + 10 0C. Pentru produse congelate Q10 are valori cuprinse între 2 şi 20 pentru carne de vită congelată, 4 pentru cârnaţi de porc, 9 pentru peşte gras, 3,2 pentru carne de pasăre prăjită etc. Folosind constanta de deteriorare k putem scrie:

)10T(k)T(kQ10 +

= ,

iar între energia de activare şi Q10 există relaţia:

)10T(TRE10

10

a

eQ +⋅⋅⋅

= .

Page 209: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

213

8. LIOFILIZAREA 8.1. INTRODUCERE [38, 39, 43] Liofilizarea sau criodesicarea este un procedeu de conservare care presupune eliminarea apei dintr-un produs congelat `n prealabil, prin sublimare `n vid, cu aport controlat de c\ldur\. Din diagrama curbelor de satura]ie pentru ap\ (fig. 8.1) se observ\ c\ sublimarea apei (trecerea din starea solid\ `n starea de vapori) are loc doar dac\ presiunea este sub cea corespunz\toare punctului triplu (PT), fiind deci mai mic\ de 4,579 mm Hg (0,006 bar); din fig. 8.1 mai rezult\ c\, la presiune constant\, sublimarea are loc prin cre[terea temperaturii, deci cu aport de c\ldur\. Se justific\ astfel defini]ia liofiliz\rii, ca fiind un proces de sublimare `n vid (presiune mult mai mic\ decât presiunea atmosferic\ normal\), cu aport de c\ldur\ (pentru cre[terea temperaturii produsului). Trebuie remarcat c\ procesul de sublimare al ghe]ii are loc [i la presiune atmosferic\ normal\: la o temperatur\ de -5 0C [i o umiditate relativ\ de 20%, presiunea par]ial\ a vaporilor de ap\ din aer este de 0,6 mm Hg (fiind deci mai mic\ decât presiunea punctului triplu), ghea]a sublimând pân\ la saturarea cu vapori a mediului `nconjur\tor.

Fig. 8.1 – Diagrama curbelor de satura]ie pentru ap\ PT – punct triplu; C – punct critic.

Liofilizarea asigur\ o calitate superioar\ a produselor alimentare (prin p\strarea propriet\]ilor produsului proasp\t) comparativ cu alte metode de conservare, ceea ce permite stocarea acestora o perioad\ `ndelungat\. Produsele liofilizate nu impun realizarea unor temperaturi sc\zute pentru depozitare [i transport. Prin liofilizare, masa produselor scade la 1/4….1/10 din valoarea ini]ial\, fenomen `nso]it [i de reducerea volumului. Principalele dezavantaje ale procedeului sunt:

• costuri ridicate ale investi]iilor, instala]iile fiind de aproximativ trei ori mai scumpe decât `n cazul altor metode;

• tehnic\ de lucru relativ complicat\ [i durat\ mare a procesului (aproximativ 24 de ore);

Page 210: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

214

• consumuri energetice mari. Tratarea prin liofilizare a unui produs implic\ parcurgerea urm\toarelor etape (fig. 8.2):

• executarea unor tratamente preliminare; • congelarea; • sublimarea (uscarea primar\); • uscarea secundar\; • condi]ionarea [i ambalarea produsului liofilizat; • depozitarea.

Fig. 8.2 – Schema procesului de liofilizare [38]

8.1.1. Tratamentele preliminare Orice produs care urmeaz\ a fi liofilizat trebuie s\ fie de calitate superioar\, s\ aib\ un con]inut ridicat de substan]\ uscat\ [i un con]inut mic de gr\simi [i ap\ legat\.

Produsul trebuie s\ aib\ un raport suprafa]\/volum cât mai mare, pentru ca sublimarea s\ fie favorizat\. ~n produsele având grosime mic\ [i suprafa]\ mare frontul de sublimare va avansa mai repede c\tre centru [i ca urmare durata sublim\rii va fi mic\; la produsele având grosime mare, pe m\sur\ ce frontul de sublimare avanseaz\, vaporii din interior vor p\r\si mai greu produsul.

Produsele trebuie repartizate cât mai uniform `n incinta `n care are loc sublimarea, pentru ca procesul de sublimare s\ se desf\[oare pe cât posibil identic pentru fiecare produs `n parte.

~n func]ie de natura produsului, acesta poate s\ fie supus unor tratamente preliminare `nainte de liofilizare; aceste tratamente pot fi:

• de natur\ mecanic\ (dezosare, `nl\turarea gr\simii, tran[are, pentru carne; m\cinare [i uniformizare pentru sosuri etc.);

• de natur\ fizic\ (fierberea sau frigerea pentru carne); • de natur\ chimic\ (ad\ugarea unor substan]e pentru protejarea produsului

sau pentru ob]inerea anumitor calit\]i specifice).

Page 211: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

215

8.1.2. Congelarea Dup\ cum s-a men]ionat anterior, congelarea produce efecte mecanice [i chimice; efectele mecanice se refer\ la spargerea celulelor, rupturi de ]esuturi, perforarea pere]ilor celulari, `n timp ce efectele chimice sunt date de concentrarea solu]iilor din produs din cauza solidific\rii apei. Diminuarea acestor efecte este posibil\ printr-o congelare cât mai rapid\ a produselor ce urmeaz\ a fi liofilizate. Vitezele mari de congelare duc la formarea de cristale de ghea]\ cu dimensiuni mici, repartizate uniform, iar fenomenul de concentrare a solu]iilor are mai pu]in timp disponibil pentru a afecta calitatea produsului.

Temperatura final\ a produsului, dup\ congelare, trebuie s\ fie suficient de sc\zut\ pentru ca `ntreaga cantitate de ap\ s\ fie solidificat\; temperaturile finale recomandate pot atinge valori de -40…-60 0C.

~n cazul produselor alimentare lichide, acestea sunt congelate sub form\ de blocuri, care sunt apoi sf\râmate, rezultând un produs sub form\ de pudr\. 8.1.3. Sublimarea (uscarea primar\) ~n faza de uscare primar\ se elimin\ din produs apa liber\ [i de constitu]ie. Pentru realizarea sublim\rii, produsul este introdus `ntr-o incint\ (1, fig. 8.3) care se `nchide ermetic; cu ajutorul unei pompe de vacuum (5), presiunea din incint\ este sc\zut\ pân\ la valori de 0,3…1 mm Hg. Presiunea este mai mic\ decât cea corespunz\toare punctului triplu al apei deoarece apa con]inut\ de produsele alimentare nu este chimic pur\.

Pentru sublimarea ghe]ii, rafturile (2) pe care sunt a[ezate produsele pot fi `nc\lzite controlat, cu ajutorul unor pl\ci de `nc\lzire; prin cre[terea temperaturii are loc procesul de transformare a st\rii solide `n stare lichid\. Fluxul de c\ldur\ trebuie controlat permanent pentru a se evita decongelarea par]ial\ a produselor. Pentru ca sublimarea s\ aib\ loc `n mod continuu este necesar\ evacuarea vaporilor din incint\. Având `n vedere c\ volumul mare de vapori rezultat nu poate fi evacuat de c\tre pompa de vid, vaporii de ap\ rezulta]i din sublimare sunt condensa]i pe suprafa]a rece a vaporizatorului (3), aflat `n incinta de condensare (6).

Fig. 8.3 – Schema de principiu a instala]iei pentru criodesicare 1-incint\; 2-poli]e; 3-vaporizatorul instala]iei frigorifice; 4-ansamblu compresor-condensator; 5-pomp\ de vacuum; 6-incint\ pentru condensarea vaporilor de ap\.

~n timpul acestui proces temperatura pl\cilor de `nc\lzire atinge 120…1400C, iar temperatura produselor este de -25…0 0C (fig. 8.4).

Page 212: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

216

La sfâr[itul fazei de uscare primar\, produsul mai con]ine până la 10% ap\, care se afl\ sub form\ lichid\ adsorbit\ [i `n stare de vapori. Aceast\ cantitate de ap\ are efecte negative asupra comport\rii produsului pe perioada de stocare. Pentru eliminarea acestei cantit\]i de ap\ se aplic\ faza de uscare secundar\. 8.1.4. Uscarea secundar\ Faza are ca scop eliminarea apei r\mase din faza precedent\; la sfâr[itul usc\rii secundare, cantitatea de ap\ din produs scade sub 6% putând ajunge chiar pân\ la 1…3%, `n func]ie de tipul produsului. Pentru eliminarea apei, presiunea `n incint\ trebuie s\ fie sub 1 mm Hg; temperatura la suprafa]a produselor se ridic\ la 20…40 0C pentru produse sensibile sau la 600C pentru carne de vit\, porc, pas\re, pe[te (fig. 8.4). Trecerea de la temperatura de sublimare la temperatura corespunz\toare desorb]iei apei se face mai rapid sau mai lent, durata usc\rii secundare fiind cuprins\ `ntre o or\ [i [ase ore. Uscarea primar\ [i cea secundar\ pot dura `n total `ntre 6 [i 20 de ore. Dup\ terminarea usc\rii secundare, incinta de uscare este presurizat\ (de obicei cu un gaz neutru – argon sau bioxid de carbon) pân\ la o valoare u[or superioar\ presiunii barometrice. Se `mpiedic\ astfel intrarea de aer din exterior la deschiderea u[ii camerei de uscare.

Fig. 8.4 – Evolu]ia parametrilor procesului de criodesicare [38]

a-temperatura produsului; b-temperatura pl\cilor de `nc\lzire; c-presiunea `n incinta de uscare. 8.1.5. Condi]ionarea [i ambalarea produselor liofilizate ~n urma celor dou\ faze de uscare, produsul liofilizat este poros [i higroscopic; contactul cu vaporii de ap\ din aer poate conduce la `mbibarea rapid\ a porilor cu vapori de ap\, fenomen care anuleaz\ efectul usc\rii secundare. O umiditate rezidual\ a produselor mai mare de 2…6% va avea efecte negative asupra calit\]ii lor (apar reac]ii enzimatice, se dezvolt\ flora microbian\, produsul

Page 213: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

217

se decoloreaz\ etc.). Din acest motiv se recomand\ ca imediat dup\ scoaterea produselor din incinta `n care a avut loc liofilizarea acestea s\ fie depozitate timp de 2…3 zile `n containere vacuumate de capacit\]i mari, pentru omogenizarea umidit\]ii reziduale; dup\ aceast\ etap\ se efectueaz\ condi]ionarea definitiv\ `n ambalaje de dimensiuni mici.

Condi]ionarea [i ambalarea produselor liofilizate se fac cu scopul reducerii la maximum a cauzelor ce determin\ modific\ri ale calit\]ii produselor `n timpul stoc\rii. Ambalarea produselor liofilizate se realizeaz\ `n vid sau `n atmosfer\ controlat\ (azot, bioxid de carbon sau aer uscat pentru produsele mai pu]in sensibile); materialele pentru ambalaje trebuie s\ fie impermeabile la gr\simi, gaze, vapori de ap\, iar ambalajele trebuie s\ fie etan[e. Ambalarea produselor liofilizate se face `n:

• cutii din tabl\ de o]el sau aluminiu, cu sistem de `nchidere care s\ permit\ ambalarea sub vid sau `n atmosfer\ controlat\;

• ambalaje din sticl\, mai rar utilizate din cauza greut\]ii mai mari, a dificult\]ii asigur\rii etan[eit\]ii [i a transparen]ei lor;

• amabalaje din materiale multistrat, formate din folii din plastic [i metalice.

8.1.6. Depozitarea produselor liofilizate

Temperatura de depozitare influen]eaz\ durata de p\strare a produselor liofilizate; marea majoritate a produselor pot fi depozitate la temperaturi de pân\ la 30 0C f\r\ efecte negative. Durata maxim\ de p\strare variaz\ `ntre un an [i cinci ani; astfel, la o temperatur\ de stocare de 25 0C, carnea gras\ [i pe[tele pot fi stocate de la [ase luni la un an, iar carnea slab\ [i carnea de pas\re pot fi depozitate `ntre 1,5 ani [i 2 ani. 8.1.7. Rehidratarea produsului liofilizat Unele produse liofilizate (ceaiul, cafeaua, sucurile de fructe etc.) se rehidrateaz\ instantaneu, prin ad\ugare de ap\; produsele de origine animal\ se rehidrateaz\ cu respectarea anumitor condi]ii, referitoare la cantitatea de ap\, temperatura acesteia, duritatea apei etc. Pentru produse cum ar fi carnea, pe[tele etc., viteza de rehidratare cre[te odat\ cu sc\derea temperaturii, recomandându-se rehidratarea la temperatura de 00C. Pentru preparatele culinare liofilizate rehidratarea se face cu ap\ cald\, pentru a se favoriza dispersia gr\similor, dup\ care urmeaz\ r\cirea produsului. 8.2. INFLUEN}A LIOFILIZ|RII ASUPRA PRODUSELOR [38, 39, 43] Influen]ele liofiliz\rii asupra produselor se manifest\ prin modific\ri de natur\ fizic\, chimic\ [i biochimic\. 8.2.1. Modific\ri fizice

~n func]ie de produs, de modul de congelare [i de parametrii procesului de

Page 214: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

218

liofilizare, criodesicarea conduce la o mic[orare cu 2…10% a volumului fa]\ de produsul proasp\t; `n acela[i timp, greutatea se reduce la 50…90% din valoarea ini]ial\. Liofilizarea poate produce modific\ri de culoare ale produsului, care sunt puse pe seama `ndep\rt\rii apei [i a unor reac]ii chimice [i biochimice, dar care pot apare [i din cauza unor deficen]e `n procesul tehnologic de liofilizare. De cele mai multe ori culoarea mai `nchis\ a produselor liofilizate nu influen]eaz\ `ns\ calitatea produselor. ~n urma rehidrat\rii, textura produsului se modific\ fa]\ de situa]ia ini]ial\; `n principiu, cu cât congelarea are loc mai lent, cu atât produsul rehidratat va avea o textur\ mai moale, care poate fi accentuat\ `n cazul suprarehidrat\rii. La produsele lichide, vâscozitatea acestora scade dup\ rehidratare. Dup\ rehidratarea produsului este posibil s\ apar\ [i modific\ri ale gustului [i mirosului fa]\ de situa]ia ini]ial\. 8.2.2. Modific\ri chimice [i biochimice Modific\rile chimice [i biochimice apar ca urmare a unor reac]ii de substitu]ie, oxidare etc. ce fac ca unii dintre constituien]ii ini]iali s\ dispar\ la rehidratare [i s\ apar\ `n schimb constituien]i noi. Radia]iile ultraviolete pot cataliza unele reac]ii. Lipidele se modific\ cel mai u[or, formând `n produs substan]e oxidate [i conducând la apari]ia gustului de râncezire; glucidele pot intra `n reac]ie cu aminoacizii sau proteinele. 8.2.3. Modific\ri ale valorii nutritive P\strarea valorii nutritive a produselor liofilizate, dup\ rehidratare, depinde de tipul de produs [i de parametrii procesului. Astfel, o vitez\ de congelare mic\ va conduce la distrugeri ale pere]ilor celulari; ca urmare, principiile active sunt eliberate [i se produc reac]ii care diminueaz\ valoarea nutritiv\. Pierderile de proteine prin liofilizare sunt relativ mici (1,21% pentru carnea de vi]el, 3,17% pentru carnea de vit\ etc.). Glucidele sunt bine conservate prin liofilizare, `n timp ce lipidele, fiind sensibile la oxidare, pot contribui la sc\derea valorii nutritive. 8.3. INSTALA}II DE LIOFILIZARE [38, 39, 43] Pentru produsele cu textur\ (carne, de exemplu), liofilizarea se poate realiza `n instala]ii cu func]ionare discontinu\, semicontinu\ sau continu\. ~n fig. 8.5 este prezentat\ schema de principiu a unei instala]ii de liofilizare cu func]ionare discontinu\, la care pl\cile (7) asigur\ ini]ial congelarea prin contact, fiind alimentate cu agent frigorific de c\tre instala]ia (4).

Dup\ congelarea produselor a[ezate pe pl\ci, `n incint\ se creaz\ vid, iar pl\cile (7) sunt `nc\lzite cu ajutorul sistemului de `nc\lzire (9), pentru

Page 215: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

219

desf\[urarea usc\rii primare [i a celei secundare. Vaporii de ap\ elimina]i de produs se condenseaz\ pe vaporizatorul (11). Dup\ scoaterea produselor din incinta de liofilizare, prin robinetul (3) se trimite ap\ peste vaporizator, pentru degivrare; apa este apoi eliminat\ din incinta (1) prin deschiderea robinetului (10).

Fig. 8.5 – Instala]ie de liofilizare cu func]ionare discontinu\, de capacitate mic\ 1-incint\ pentru condensarea vaporilor; 2, 3, 10-robinete; 4-instala]ie frigorific\; 5-incint\ de liofilizare; 6-u[\; 7-pl\ci de `nc\lzire; 8-vacuumetru; 9-sistem de `nc\lzire; 11-vaporizatorul instala]iei frigorifice; 12- pomp\ de vacuum.

Fig. 8.6 – Instala]ie de liofilizare cu func]ionare semicontinu\ 1-alimentare cu produse; 2-tunel de congelare; 3-depozit de produse congelate; 4-incint\ de liofilizare; 5-camer\ de comand\; 6-camera agregatelor; 7-desc\rcarea produselor liofilizate.

~n fig. 8.6 este prezentat\ o instala]ie de liofilizare cu func]ionare semicontinu\; produsele intr\ `n instala]ie prin gura de alimentare (1) [i trec `n tunelul de congelare (2); produsele congelate sunt depozitate `n depozitul (3) [i apoi sunt introduse `n una din cele dou\ incinte de liofilizare (4), pe m\sur\ ce acestea sunt golite de [arja precedent\

Instala]ia din fig. 8.7 este de tipul cu func]ionare continu\, `nc\rcarea [i

Page 216: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

220

desc\rcarea produselor realizându-se prin sasurile (4) [i (5), care permit `nchiderea etan[\ a tunelului `n care are loc liofilizarea. Tunelul con]ine unit\]i de liofilizare cuplate `n linie; fiecare unitate este separat\ de precedenta [i de cea urm\toare [i este deservit\ de incinte de condensare exterioare, care pot fi izolate prin robinete [i degivrate f\r\ ca procesul de liofilizare s\ fie oprit. Produsele congelate sunt `nc\rcate prin sasul de intrare [i trec prin unit\]ile de liofilizare pân\ la sasul de ie[ire; `n momentul `n care un c\rucior cu produse intr\ `n tunel, un altul, cu produse liofilizate, iese pe la cap\tul opus.

Fig. 8.7 - Instala]ie pentru liofilizare continu\

1-tav\; 2- sistem `nc\rcare; 3, 6-elevatoare; 4-sas `nc\rcare; 5-sas desc\rcare; 7-sistem desc\rcare produse.

a)

b)

Fig. 8.8 – Instala]ie de liofilizare a-`nc\rcarea produselor; b-liofilizarea.

~nc\lzirea produselor `n vederea sublim\rii [i usc\rii secundare se poate

realiza prin intermediul unor pl\ci prin interiorul c\rora circul\ un fluid cald, cu rezisten]e electrice, folosind curen]i de `nalt\ frecven]\ sau cu radia]ii infraro[ii. Temperaturile de vaporizare la vaporizatorul din incinta de condensare sunt cuprinse `ntre -40 0C [i -60 0C. Pentru realizarea vidului se utilizeaz\ pompe rotative cu lamele culisante `n rotor (vezi 2.3.2.2), pompe cu rotor profilat etc.

Pentru produsele alimentare lichide procesul tehnologic presupune congelarea acestora, urmat\ de m\run]ire (pentru m\rirea suprafe]ei) [i apoi de o

Page 217: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

221

criodesicare continu\. Produsul m\run]it sub form\ de particule se deplaseaz\ `n incinta de liofilizare sub ac]iunea vibra]iilor, cu ajutorul unei benzi transportoare sau ca urmare a mi[c\rii de rota]ie a incintei. Durata procesului de liofilizare este de 20…30 minute, iar capacitatea mic\ de `nc\rcare a aparatului conduce la pierderi tehnologice reduse `n cazul `n care se produc accidente tehnologice.

Page 218: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

222

9. PARTICULARIT|}I ALE CONSERV|RII PRIN FRIG PENTRU UNELE PRODUSE ALIMENTARE [6, 34, 38]

9.1. CARNE {I PRODUSE DIN CARNE

Din punct de vedere tehnologic, prin termenul de „carne” se înţelege carcasa mamiferelor în condiţiile în care rezultă după sacrificarea animalelor, adică după îndepărtarea subproduselor comestibile şi necomestibile şi a părţilor utilizabile în alte domenii de activitate decât industria alimentară. În mod curent, în alimentaţia umană este folosită carnea de porcine, de bovine şi de ovine [38].

Comercializarea către consumator a cărnii se face, în funcţie de tipul acesteia, sub formă tranşată, dezosată, porţionată, ambalată; frigul artificial are un rol esenţial în conservarea cărnii, pe tot traseul de la sacrificare până la consum.

Din punct de vedere tehnologic şi comercial, carnea se clasifică în funcţie de vârsta animalului la sacrificare, starea de îngrăşare, greutate. În cazul porcinelor, există reglementări de încadrare în grupe de greutate în viu, cărora le corespund anumite grupe de greutăţi şi anumite caracteristici ale carcaselor rezultate după abatorizare, iar în cazul bovinelor şi ovinelor există clasificări ale cărnii în funcţie de vârsta animalelor în momentul sacrificării.

Din punct de vedere morfologic, carnea este formată din ţesuturi musculare, conjunctive, cartilaginoase, adipoase şi osoase, iar ponderea fiecărei categorii de ţesut în ansamblul carcasei depinde de specie, rasă, sex, stare de îngrăşare, mod de furajare şi întreţinere, determinînd, în final, calitatea şi valoarea alimentară a cărnii.

În tabelul 9.1 se prezintă proporţia diferitelor ţesuturi, în procente din greutatea totală a carcasei, pentru diferite tipuri de carne şi în funcţie de starea de îngrăşare a animalelor înainte de tăiere. 9.1.1. Carne în carcase

Tehnologia generală de abatorizare cuprinde următoarele faze mai importante [38]: pregătirea pentru sacrificare, asomarea animalelor, sângerarea, îndepărtarea capului, pielii şi a părţilor inferioare al membrelor, eviscerarea, secţionarea carcaselor în două jumătăţi simetrice (la porcine şi bovine), toaletarea, duşarea.

În cadrul fazei de pregătire a animalelor trebuie asigurată odihna acestora deoarece, dacă animalele sunt stresate şi obosite, sângerarea va fi incompletă şi apare posibilitatea trecerii în sânge şi apoi în carne a unor microorganisme. După sacrificare viscerele trebuie scoase în cel mult 30-40.

Toaletarea uscată şi umedă a semicarcaselor sau carcaselor are rolul de a asigura îndepărtarea cheagurilor de sânge, a părţilor contuzionate, nivelarea marginilor la locul de înjunghiere etc. Toaletarea se face cu apă având o temperatură de aproximativ 43 °C.

Page 219: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

223

Tabelul 9.1. Proporţia diferitelor ţesuturi în carnea animalelor [38]

Nr. crt.

Calitatea cărnii şi specia

Ţesut muscular

[%]

Ţesut conjunctiv

[%]

Ţesut osos şi cartilaginos

%

Ţesut adipos

[%] 1 Carne grasă de bovine 56,6 11,6 15,7 16,1 2 Carne slabă de bovine 60,6 14,0 21,9 3,5 3 Carne grasă de mânzat 55,4 11,2 15,2 18,2 4 Carne slabă de mânzat 57,4 16,2 21,9 4,5 5 Carne grasă de ovine 56,9 10,9 15,3 15,8 6 Carne slabă de bovine 57,4 15,7 21,9 4,5 7 Carne de porc 48,0...73,0 7,0...12,0 20,0...40,0

În final, carcasele se cântăresc şi se duşează cu apă rece, eliminându-se

astfel resturile de sânge şi impurităţile ce pot grăbi alterarea; operaţia contribuie şi la reducerea pierderilor de greutate prin evaporare şi contribuie la o răcire mai rapidă a carcaselor, acestea urmând ca apoi să fie introduse în spaţiile de refrigerare.

Carcasele trebuiesc introduse în spaţiile de refrigerare cât mai repede posibil, urmând ca temperatura acestora să scadă sub 7 °C în mai puţin de 12 ore pentru carnea de ovine, sub 10 °C în mai puţin 15 ore pentru carnea de porcine şi sub 15 °C în maximum 20 ore, pentru carnea de bovine; refrigerarea se consideră terminată în momentul în care temperatura în centrul termic este de maximum 7 °C, temperatură considerată ca limită inferioară de dezvoltare a unor agenţi patogeni care contaminează frecvent carnea de porc [38].

Pierderile de suc după tranşare sunt reduse dacă intervalul dintre tăiere şi introducerea la refrigerare scade şi dacă procesul de răcire este mai rapid. Refrigerarea rapidă va avea ca efect reducerea pierderilor de greutate prin evaporarea apei datorită micşorării diferenţei de presiune parţială faţă de presiunea vaporilor de apă din aerul incintei răcite; refrigerarea lentă va conduce la pierderi de greutate mai mari, dar şi la creşterea consumului de energie. Refrigerarea poate influenţa decisiv însuşirile organoleptice ale cărnii şi produselor de carne (frăgezime, suculenţă, aspect etc.)

Refrigerarea carcaselor se desfăşoară în spaţii frigorifice prevăzute cu linii aeriene. Pentru a asigura o răcire uniformă şi rapidă a cărnii este necesară circulaţia aerului la parametrii corespunzători peste întreaga suprafaţă a carcaselor. În acest sens, de o deosebită importanţă este alegerea sistemului de distribuţie a aerului răcit, astfel încât aerul să circule peste o suprafaţă cât mai mare a produselor. În cazul răcirii rapide se recomandă ca viteza aerului în zonele dintre produse să fie de 5...6 m/s, ceea ce corespunde unor viteze de circulaţie de 2...3 m/s atunci când spaţiul de răcire este gol. În cazul refrigerării în două faze, temperatura aerului din prima fază este limitată la -8...-10 0C pentru carnea de porc şi la aproximativ -5 0C pentru carnea de vită; în cea de a doua fază de refrigerare, temperatura aerului trebuie să fie de aproximativ 0 0C.

Page 220: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

224

Pentru congelarea cărnii în carcase viteza de circulaţie a aerului trebuie să fie de 3...4,5 m/s, iar temperatura aerului la sfârşitul congelării atinge -30...-35 0C. Se recomandă ca procesul de congelare să aibă loc după o depozitare de 2...3 zile în stare refrigerată. Carnea congelată poate fi depozitată pentru o perioadă cuprinsă între 2 şi 24 luni, în funcţie de tipul cărnii şi de temperatura din depozit. Decongelarea carcaselor de carne se realizează cu aer (doar încălzit sau la care se reglează temperatura, umiditatea relativă şi viteza de circulaţie). Atunci când decongelarea se face prin a doua metodă, calităţile organoleptice ale carcaselor sunt mai bune decât la utilizarea primei variante; de asemenea scad pierderile în greutate.

Prin aplicarea asupra carcaselor de carne refrigerată sau decongelată a operaţiilor de tranşare, dezosare şi sortare a cărnii pe calităţi, rezultă carne porţionată pe specialităţi, carne dezosată, oase şi slănină sau carne tranşată în porţiuni anatomice mari.

Operaţiile de tranşare, dezosare şi sortare se realizează în spaţii special amenajate, prevăzute cu instalaţii de condiţionare a aerului în care trebuie să se asigure [38]: • o temperatură a aerului de 8...10 °C; • o umiditate relativă a aerului care să asigure evitarea condensării vaporilor de

apă pe suprafaţa cărnii, adică temperatura punctului de rouă al aerului să fie sub temperatura suprafeţei cărnii (de exemplu, dacă temperatura aerului este de 8 °C, iar temperatura la suprafaţă este de 4°C, umiditatea relativă a aerului trebuie să fie de maximum 75%);

• viteze ale aerului de maximum 0,25 m/s la nivelul de lucru al personalului muncitor;

• un debit de aer proaspăt de 8... 16 m3/h⋅persoană. Secţiile de tranşare a carcaselor de carne cuprind, pe lângă sălile de

tranşare (în care se asigură condiţiile de mai sus) şi alte spaţii tehnologice: • spaţii tampon pentru depozitarea cărnii în carcase refrigerate, în care

temperatura aerului este -1...+1 °C; • spaţii pentru sortare, porţionare, ambalare, cu temperatura aerului de 0 °C; • spaţii de congelare (tunele de congelare sau aparate de congelare cu

plăci); • depozite tampon pentru produse finite refrigerate, cu temperatura aerului

de 0 °C; • depozite tampon pentru produse finite congelate, cu temperatura aerului de

-18...-20 °C. Carnea tranşată refrigerată se ambalează în folii transparente, care au şi rolul

de a împiedica pierderile de apă prin evaporare, reducând astfel pierderile de greutate. Permeabilitatea la oxigen a foliei împiedică modificarea culorii cărnii; pentru perioade de depozitare scurte (1...2 zile) se pot folosi ambalaje cu o oarecare permeabilitate la oxigen, în timp ce depozitarea pentru perioade mai îndelungate impune utilizarea unei folii impermeabile la oxigen şi ambalarea sub vid. Păstrarea cărnii tranşate la temperaturi

Page 221: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

225

scăzute (aproximativ -1 0C) reduce activitatea enzimelor oxidative. În gazul cărnii tranşate conservate prin congelare, folia în care se face

ambalarea trebuie să aibă rezistenţă mecanică la temperaturile scăzute la care se găseşte produsul şi, de asemenea, să fie impermeabilă la vaporii de apă, oxigen şi grăsimi.

Arsura de congelare (vezi fig. 9.54) este un defect ce apare ca urmare a deshidratării şi oxidării; acesta afectează în special aspectul produsului, fără ca acesta să devină impropriu pentru consum.

Durata de păstrare a cărnii preambalate congelate, la temperaturi de -18...-23 0C, este de până la 12 luni, în timp ce carnea tocată poate fi păstrată 4...8 luni.

Fig. 9.1 – Suspendarea carcaselor pentru reducerea scurtării la rece.

9.1.2. Grăsimi

Grăsimile sunt prelucrate prin sărare sau topire, fiind apoi conservate prin refrigerare sau congelare. Pentru sărarea slăninii temperatura aerului din spaţiile în care are loc această operaţiune trebuie să fie de 8 °C. În tabelul 9.2 sunt prezentate principalele cerinţe tehnologice pentru depozitarea grăsimilor refrigerate sau congelate.

9.1.3. Produse din carne

Frigul artificial este utlizat în cadrul tehnologiilor de realizare a preparatelor din carne în următoarele etape: scurgerea şi zvântarea cărnii tocate sau mărunţite, prepararea şi maturarea semifabricatelor pentru mezeluri (bradt şi şrot), sărarea cărnii, uscarea şi maturarea salamurilor crude şi

depozitarea produselor finite. Principalele cerinţe impuse la depozitarea produselor din carne sunt prezentate în tabelul 9.3 [38].

9.1.4. Transformările post sacrificare şi efectul frigului

Imediat după sacrificarea animalului se declanşează un proces de rigidizare a muşchilor (rigor mortis), care durează 6...12 ore pentru carnea de vită şi 1...6 ore pentru carnea de porc.

Influenţa congelării aplicate după scurgerea perioadei de rigidizare este neglijabilă din punct de vedere al frăgezimii şi suculenţei cărnii. Din acest punct de vedere, congelarea după desfăşurarea fazei de rigiditate asigură o frăgezime mai mare a cărnii, probabil ca urmare a efectului mecanic al cristalelor de gheaţă. Parcugerea unei perioade de maturare după terminarea rigidităţii poate de

Page 222: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

226

asemenea îmbunătăţi frăgezimea; durata maturării depinde de temperatura de păstrare (4...5 ore la 29 0C, 5 zile la 15 0C etc.). Trebuie însă menţionat că procesul de maturare reduce durata maximă de depozitare a produsului final.

Tabelul 9.2.

Caracteristici tehnologice la depozitarea grăsimilor [38] Depozitare în stare refrigerată Depozitare în stare congelată

Produsul

Temperatura aerului [°C]

Durata maximă de

păstrare [luni]

Temperatura aerului [°C]

Durata maximă de păstrare [luni]

3... 5 2 Slănină sărată 0 3

-10...-18 6

Grăsimi topite -1...0 4... 8 -18 9... 12

Tabelul 9.3 Caracteristici tehnologice la depozitarea produselor din carne [38]

Grupa de produse Temperatura aerului [°C]

Umiditatea relativă a aerului

[%]

Durata maximă de

păstrare [zile]

Încărcarea specifică cu

produse [kg/m2]

Preparate din carne proaspete 0...4 75... 85 3 50... 100

(90...180 kg pe 1 Preparate din carne semiafumate 12 75 10 150

Preparate din carne afumate şi uscate

12

75

15

150

Preparate din carne crudă (salamuri crude, cârnaţi cruzi, produse crude uscate)

10...12

max.80

180

-

Dacă răcirea produsului are loc astfel încât acesta ajunge la o temperatură

mai mică de 15 0C înainte de instalarea rigidităţii, acest fenomen se va manifesta la decongelare (rigiditate de decongelare - thaw rigor), carnea devenind tare.

Răcirea rapidă, înainte de instalarea rigidităţii, conduce şi la aşa-numita „contracţie la rece” (cold shortening), cauzată de scurtarea fibrelor musculare, efectul fiind de asemenea obţinerea unui produs mai puţin fraged.

Acelaşi efect (contracţia fibrelor musculare) îl are şi menţinerea carcasei la temperaturi de peste 20 0C pe durata instalării rigidităţii; în acest caz influenţa asupra frăgezimii este mai redusă decât la temperaturi scăzute.

Stimularea electrică a carcasei imediat după sacrificarea animalului are ca efect scurtarea perioadei de timp necesară instalării rigidităţii, permiţând congelarea mai repede după sacrificare.

Page 223: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

227

Menţinerea cărnii, congelate înainte de instaurarea rigidităţii, la o temperatură de -2...-5 0C timp de aproximativ 3 zile permite evitarea rigidităţii de decongelare; acelaşi efect îl are şi adăugare de sare.

Suspendarea carcaselor (de miel, porc sau vită) de şold şi nu de tendonul lui Ahile (fig. 9.1) asigură tensionarea muşchilor mai importanţi din punct de vedere economic, reducând astfel intensitatea fenomenului de scurtare la rece. 9.2. CARNE DE PASĂRE

Cele mai utilizate specii de păsări, în alimentaţia omului, sunt găinile, curcanii, raţele şi gâştele, ponderea cea mai importantă fiind deţinută de către găini. Cea mai mare parte a producţiei de păsări conservate prin frig o reprezintă puii, în special cei de 9...12 săptămâni [38].

Proprietăţile şi compoziţia chimică ale cărnii de pasăre depind de specie, vârstă, gradul de îngrăşare, de porţiunea anatomică etc. (carnea de pe piept este de culoare mai deschisă decât cea de pe restul corpului şi are un conţinut mai mare de substanţe proteice şi mai mic de grăsimi) [38].

În tabelul 9.4 este prezentat conţinutul de apă şi de grăsime pentru carnea provenind de la cele mai importante specii de păsări.

Calitatea cărnii de pasăre este dată de conformaţia carcasei, aspectul şi culoarea pielii, conţinutul de grăsime, defectele de penaj ş.a. Hrana administrată păsărilor nu afectează în mod important calitatea cărnii, cu excepţia situaţiei în care se utilizează făina de peşte în alimentaţie; în acest caz, acizii graşi nesaturaţi din untura de peşte vor afecta negativ gustul şi aroma cărnii de pasăre (în special la carnea de curcan), conducând la obţinerea unui pronunţat gust de „peşte” al cărnii. Acest defect poate fi prevenit prin eliminarea făinii de peşte din alimentaţia păsărilor cu ceva timp înainte de sacrificare (două săptămâni pentru puii de găină şi circa patru săptămâni pentru curcani).

Tabelul 9.4 Conţinutul cărmii de pasăre [38]

Specia Conţinut de apă [%] Conţinut de grăsime [%] Pui de găină 68 ... 72 4... 12 Găini 66 ... 71 7 ... 14 Curcani 60... 72 6... 19 Raţe 50... 59 23 ... 37 Gâşte 44 ... 59 23 ... 38

9.2.1. Refrigerarea cărnii de pasăre

Pentru obţinerea unei calităţi corespunzătoare a cărnii de pasăre refrigerate, aceasta trebuie în prealabil suspusă unor operaţiuni preliminare. Tratamentele tehnologice preliminare cuprind următoarele operaţii [38]:

• aplicarea unui şoc electric înainte de tăiere, pentru reducerea gradului de excitare şi de activitate musculară; aplicarea unui şoc electric prea

Page 224: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

228

puternic poate conduce ulterior la o sângerare incompletă sau defectuoasă, cu efecte negative asupra calităţii;

• tăierea arterei şi venei jugulare, asigurându-se astfel o îndepărtare cât mai completă a sângelui (o sângerare incompletă poate conduce la o pigmentare roşiatică nedorită a pielii, mai ales în zona aripilor şi bazinului);

• opărirea, pentru îndepărtarea penelor; • duşarea; • îndepărtarea penelor (deplumarea); • pârlirea; • duşarea; • tăierea şi îndepărtarea părţii inferioare a picioarelor; • eviscerarea; • controlul sanitar-veterinar; • tăierea şi îndepărtarea capului şi gâtului; • îndepărtarea traheii şi esofagului; • duşarea finală; • curăţirea separată a măruntaielor (ficat, pipotă şi inimă), spălarea

acestora, ambalarea şi, eventual, reintroducerea lor în interiorul carcasei răcite;

• pregătirea carcaselor în vederea refrigerării. Operaţiile din cadrul tratamentelor preliminare răcirii pot fi diferite,

depinzând de specie, categorie de vârstă, greutate, stare de îngrăşare şi destinaţie ulterioară (de exemplu, în cazul raţelor şi gâştelor, îndepărtarea penelor se poate realiza şi prin ceruire).

Aplicarea corectă a operaţiei de opărire, în strânsă corelaţie cu metoda de refrigerare sau congelare, are o influenţă hotărâtoare asupra calităţii finale (după refrigerare sau congelare). Există trei metode principale de opărire:

• opărirea uşoară, ce constă în menţinerea păsărilor pe o durată de 60...180 secunde la o temperatură de 51...54 °C;

• opărirea moderată, ce presupune menţinerea păsărilor pe o durată de 40...100 secunde la o temperatură de 56...60 °C;

• opărirea puternică, caz în care păsările sunt menţinute pe o durată de câteva secunde la o temperatură de 66...80 °C (pentru raţe şi gâşte). Opărirea uşoară conduce la obţinerea unei suprafeţe complet intacte a

pielii, dar implică manoperă suplimentară pentru operaţiile de finisare, precum şi costuri suplimentare pentru echipamentul de deplumare a păsărilor. În acest caz, răcirea ulterioară cu aer rece nu are ca efect decolorări ale pielii. În urma opăririi moderate şi prin utilizarea echipamentelor obişnuite se obţin carcase complet deplumate, epiderma fiind, de obicei, afectată. Răcirea acestor carcase necesită exces de umiditate, iar temperatura trebuie să fie suficient de scăzută, pentru a se evita apariţia unor pete specifice şi a unor rupturi ale epidermei.

Carnea de pasăre este comercializată sub formă de carcase întregi sau sub

Page 225: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

229

formă tranşată (piept, pulpe, măruntaie ş.a.). Refrigerarea cărnii de pasăre trebuie să aibă loc cât mai repede după

terminarea operaţiilor preliminare pentru a se evita dezvoltarea microorganismelor, oxidarea grăsimilor, pierderea de arome specifice, ţinându-se cont şi de efectele temperaturilor scăzute asupra frăgezimii, evitându-se însă vitezele de răcire exagerat de mari, care pot conduce la apariţia fenomenului de rigiditate la rece.

Refrigerarea se consideră terminată atunci când temperatura medie a carcasei ajunge la 4 °C.

Refrigerarea cu aer răcit este una din cele mai utilizate pentru refrigerarea păsărilor; răcirea cu apă răcită (prin imersie) se realizează într-un timp mai scurt, iar suprafaţa va avea o culoare mai deschisă. În cazul acestui ultim procedeu de refrigerare există riscul de infectare a carcaselor de pasăre de la apa de răcire recirculată.

Utilizarea refrigerării în aer necesită luarea în considerare a următoarelor aspecte [38]:

• opărirea la temperaturi ridicate poate avea ca efect înrăutăţirea calităţii suprafeţei pielii în timpul răcirii în aer, fenomen cu atât mai accentuat cu cât viteza de răcire este mai mică; pe de altă parte, temperaturile mai mici din timpul operaţiei de opărire vor conduce la o deplumare mai anevoioasă, fiind necesare echipamente speciale;

• pielii carcaselor trebuie hidratată înainte de răcire; • refrigerarea în flux continuu impune necesitatea realizării unor viteze

ridicate de răcire; vitezele ridicate de răcire vor avea ca efect şi reducerea pierderilor în greutate şi obţinerea unei calităţi corespunzătoare a suprafeţei pielii. Refrigerarea cu aer răcit se realizează în mod continuu, iar procesul

presupune parcurgerea următoarelor faze: • eliminarea excesului de umiditate, folosind aer uscat, cu o temperatură

de 15°C. Durata acestei faze este de aproximativ 15 minute, timp în care se obţine şi o prerăcire datorită evaporării apei de la suprafaţa carcaselor;

• prima fază de răcire, care utilizează aer cu temperatura 0...-1 °C. Durata acestei faze este de cca. 75 minute, timp în care carcasele ajung la o temperatură medie de 10 °C sau chiar mai mică.

• faza de ambalare; • faza de răcire finală, în aparate cu funcţionare semicontinuă, în care

păsările ambalate şi dispuse în tăvi aşezate pe cărucioare sunt răcite cu aer având -2 °C, timp de aproximativ 3 ore. La sfârşitul acestei faze, păsările sunt complet refrigerate.

9.2.2. Congelarea cărnii de pasăre

Congelarea cărnii de pasăre se impune atunci când depozitarea trebuie făcută pentru o perioadă mai mare de 10 zile; principalele metode utilizate pentru congelare sunt:

Page 226: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

230

• cu aer răcit; • prin contact cu agenţi intermediari răciţi.

Congelarea cu aer răcit este probabil cea mai utilizată metodă de congelare a păsărilor, realizându-se în tunele de congelare în care temperatura aerului este de -35...-40 0C, iar viteza de circulaţie este de 2...2,5 m/s. În cazul curcanilor sau a păsărilor mari uneori se utilizează o metodă combinată de congelare: contact cu agenţi intermediari răciţi, urmat de răcirea cu aer. Se utilizează şi congelarea cu azot lichid, urmată de răcirea cu aer, pentru uniformizarea temperaturii în masa de produs, metodă care prezintă dezavantajul unor costuri specifice mai ridicate în raport cu celelalte metode de congelare [38].

Calitatea carcaselor de carne de pasăre congelate depinde de viteza de congelare şi de modul în care au fost aplicate tratamentele preliminare congelării. Tratamentele preliminare congelării sunt aceleaşi cu cele utilizate în cazul refrigerării, la care se adaugă operaţia de refrigerare; de regulă, carnea de pasăre se congelează numai după ce a fost răcită până la o temperatură de 8 °C sau mai scăzută. Congelarea directă, din stare caldă, poate conduce la apariţia rigidităţii de decongelare (ca urmare a neterminării proceselor aferente fazei de rigor mortis) şi din acest motiv nu este utilizată; această metodă ar implica şi costuri mai ridicate de exploatare a instalaţiilor frigorifice aferente. Intervalele de timp necesare desfăşurării complete a fazei de rigor mortis şi care asigură frăgezimea cărnii sunt de aproximativ 12 ore pentru puii de găină, 12...16 ore pentru curcanii tineri şi 4 ore pentru găini şi curcani maturi.

Congelarea cărnii de pasăre se face cu o viteză mai mare decât cea utilizată pentru carnea mamiferelor; practica comercială consideră drept suficientă o viteză de 0,5 cm/h, dar obţinerea unei culori albicioase a carcaselor necesită viteze de congelare de peste 2 cm/h.

Congelarea rapidă, care determină culoarea albicioasă a carcaselor congelate, este esenţială mai ales pentru păsările opărite la temperaturi foarte ridicate şi pentru păsările cu puţină grăsime sub piele; utilizarea unei viteze mici de congelare în aceste cazuri conduce la formarea, în straturile superficiale ale carcaselor, de cristale mari de gheaţă, care nu mai reflectă lumina incidentă, făcând vizibile straturile superficiale ale muşchilor, de culoare roşu-întunecat [38].

Viteza de congelare poate avea următoarele efecte asupra culorii suprafeţei carcaselor de pasăre [38]:

• la congelarea prin contact cu agenţi intermediari având temperaturi cuprinse între -15 şi -30 °C sau la congelarea în aer având temperatura de -70°C, prin convecţie forţată, se obţine o culoare alb foarte deschis, asemănătoare albului de calcar;

• la congelarea prin contact cu agenţi intermediari având temperaturi de -15...-30 °C sau la congelarea în aer cu temperaturi de -40 °C şi viteze ale aerului la nivelul carcaselor mai mari de 3 m/s se obţine o culoare albicioasă;

• la congelarea în aer cu temperaturi de cca -20 °C, prin convecţie forţată se obţine o culoare roz, apropiată de culoarea carcaselor refrigerate;

• la congelarea în aer cu temperaturi mai mari de -30 °C, prin convecţie

Page 227: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

231

naturală se obţine o culoare maron-întunecată. Congelarea rapidă asigură şi reducerea pierderilor de suc la decongelarea

cărnii. Congelarea se face prin contact cu agenţi intermediari se realizează

prin imersie în soluţii de NaCl, CaCl2, propilenglicol etc. Temperatura soluţiei poate atinge -29 0C (-20 0C pentru soluţia de NaCl). Se utilizează şi instalaţii cu imersie în azot lichid, metodă care asigură viteze de răcire de peste 5 cm/h. Congelarea se face prin contact cu agenţi intermediari impune ambalarea păsărilorm; şi în cazul congelării în aer, mai ales dacă operaţia de opărire se face la temperatură ridicată, ambalarea joacă un rol de o deosebită importanţă în asigurarea calităţii după congelare. Materialele de ambalare trebuie să fie transparente, să îmbrace cât mai fidel produsul, să fie suficient de rezistente, să fie impermeabile la vaporii de apă şi la oxigen. Cele mai bune rezultate se obţin prin ambalare sub vid în pungi contractibile, dar costul acestui tip de ambalare este ridicat.

Polietilena sub formă de pungi este unul dintre cele mai utilizate materiale de ambalare; pungile se vacuumează şi se închid după introducerea produsului. Alte materiale utilizate pentru ambalare sunt: poliamida, polipropilena sau celofanul impermeabil. 9.3. PEŞTE ŞI FRUCTE DE MARE 9.3.1. Materia primă, structura şi proprietăţile termo-fizice [38]

Peştii prezintă o mare importanţă în alimentaţia umană. La nivel mondial, peştele reprezintă peste 15% din totalul proteinelor consumate. Din cele peste 20.000 de specii de peşte, în Europa se pescuiesc doar câteva sute, dintre care mai puţin de 100 de specii prezintă importanţă economică deosebită.

În ţara noastră, în apele dulci şi Marea Neagră, din cele aproape 200 de specii existente sunt valorificate în prezent cca. 25 de specii.

Sub denumirea de fructe de mare sunt valorificate şi utilizate în alimentaţia umană vieţuitoarele acvatice reprezentate de specii de crustacee sau de moluşte.

Crustaceele reprezintă o clasă de artropode, în general acvatice, cu respiraţie branhială, a căror carapace este formată din chitină impregnată în calcar, cuprinzând şase subclase. Dintre acestea, subclasa reprezentată de crabi, creveţi, homari, languste ş.a. prezintă importanţă alimentară.

Crabii sunt crustacee decapode, care trăiesc în mări, oceane, în apropierea coastelor sau în ape dulci. Au abdomenul scurt şi o pereche de cleşti mari. Dintre cele peste 2000 de specii de crab, cele care sunt comestibile trăiesc, de regulă, în apropierea litoralului.

Creveţii sunt crustacee decapode marine care trăiesc aproape de suprafaţa apei. Cele mai multe specii de creveţi sunt comestibile.

Homarul este un crustaceu decapod marin, al cărui corp poate atinge lungimi de până la 50 cm, este prevăzut cu doi cleşti foarte mari şi are o culoare cu nuanţe albastre şi galbene. Trăieşte pe fundul apei la adâncimi de până la 50 de

Page 228: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

232

metri. Langusta este un crustaceu marin decapod, cu antene puternice, fără

cleşti, ajungând la o lungime de până la 40 cm. Este foarte apreciată pentru carnea sa gustoasă.

Racul este un crustaceu de apă dulce, cu corp alungit, prevăzut cu doi cleşti, cu lungimi de până la 10 cm. El poate fi crescut şi în cultură. Este comestibil, are o carne gustoasă, iar după preparare culinară se pigmentează în roşu.

Moluştele sunt animale nevertebrate, acvatice sau de medii umede, cu un corp moale şi purtând la partea dorsală o cochilie. Ele cuprind trei clase principale: gastropode (melci), lamelobranhiate (stridii, midii) şi cefalopode (calamarul ş.a.). Dintre speciile de melci cu cochilii, o bună parte sunt comestibili. Dintre acestea, cel mai utilizat în alimentaţie este melcul de mare, foarte răspândit în mările europene, cu o lungime de 1...3 cm.

Stridiile sunt moluşte bivalve, comestibile, care trăiesc fixate pe rocile marine. Ele sunt mai puţin digestibile în perioada de reproducţie (lunile mai-august), ceea ce implică pescuirea lor în lunile septembrie-aprilie.

Midiile sunt moluşte bivalve, comestibile, de culoare închisă, care trăiesc fixate pe roci, în mări sau estuare. Există şi se practică cultura de midii pe coastele mărilor şi oceanelor.

Calamarul este o moluscă marină înrudită cu sepia, cu cochilie internă, cu o lungime de 8...50 cm, foarte răspândită în apele coastelor mediteraneene. Calamarul este foarte căutat pentru carnea sa foarte gustoasă.

Peştii sunt constituiţi în principal din schelet interior, piele şi muşchi. Scheletul interior are o pondere mică şi este incomplet osificat, având o slabă rezistenţă la zdrobire. La peştii din subclasa Teleosteeni, care cuprinde majoritatea peştilor de consum curent, scheletul este mai osificat în raport cu ceilalţi peşti.

Pielea este constituită din dermă şi epidermă şi deseori este acoperită de formaţii externe (solzi la Teleosteeni). Pielea secretă abundent un mucus, care izolează peştele de mediul ambiant şi a cărui compoziţie variază în funcţie de specie.

Din punct de vedere alimentar muşchii reprezintă partea cea mai importantă a peştelui, aceştia conţinând 12...24% proteine. În funcţie de specie, anotimp şi sex, muşchii trunchiului (din care se fac fileuri) reprezintă 35...65% din greutatea totală a peştelui.

Compoziţia chimică a peştilor depinde de particularităţile lor morfologice, dar, din punct de vedere al constituienţilor chimici, peştii se aseamănă cu mamiferele şi păsările. Principalele diferenţe se manifestă prin caracteristicile lipidelor şi proteinelor; lipidele sunt lichide la temperaturile ambiante obişnuite, datorită ponderii acizilor graşi nesaturaţi pe care-i conţin şi care le fac foarte oxidabile. Compoziţia lipidelor din peşte este mult mai variabilă decât în cazul mamiferelor, depinzând de modul de hrană, ciclul sexual şi anotimp. Proteinele din muşchii peştelui cuprind proteine extracelulare, care sunt insolubile în soluţii saline (colagen, elastină, keratină), proteine fibrilare (actină, miozină, tropomiozină) şi proteine globulare (globuline şi albumine).

După procentul de lipide pe care îl conţin, peştii pot fi împărţiţi în mod convenţional în următoarele categorii:

Page 229: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

233

• peşti slabi, cu un conţinut de grăsime de 5%; • peşti moderaţi, cu un conţinut de grăsime de 5...15%; • peşti graşi, cu peste 15% grăsime.

Variaţiile foarte mari ale compoziţiei chimice conduc şi la mari variaţii ale proprietăţilor termo-fizice ale peştilor. Ca valori orientative ale unor proprietăţi termo-fizice ale peştilor pot fi considerate următoarele:

- densitatea, în stare neeviscerată, este puţin mai mică de 1000 kg/m3, putând ajunge, după eviscerare, la 1050... 1070 kg/m3;

- conductibilitatea termică este de aproximativ 0,5 W/m⋅K la temperaturi peste 0 °C şi de 1,2...1,6 W/m⋅K la temperaturi mai mici de -20 °C;

- temperatura de congelare este cuprinsă între -0,6 °C şi -1,8 °C; - căldura latentă de congelare este cuprinsă între 200 kJ/kg şi 285 kJ/kg.

9.3.2. Refrigerarea peştelui

Peştii sunt vieţuitoare poikiloterme, nefiind dotaţi cu sisteme de termoreglare, spre deosebire de mamifere şi păsări. Din acest motiv temperatura lor interioară este apropiată de cea a mediului ambiant în care se găsesc. Temperaturile apelor din oceane şi mări, precum şi ale râurilor, în zonele în care trăiesc peştii, sunt, în general, inferioare valorii de +5 °C. Prin urmare, temperaturile uzuale pentru refrigerarea cărnii de mamifere sau de păsări se află în domeniul de temperatură în care enzimele şi microorganismele specifice peştilor sunt active în mod obişnuit; fac excepţie de la această regulă peştii de suprafaţă şi mai ales cei din zonele tropicale şi ecuatoriale. Ca urmare se impune ca refrigerarea peştelui să se facă la temperaturi apropiate de 0 °C, pentru a reduce activitatea microorganismelor, deşi multe dintre bacteriile specifice peştilor încă se pot dezvolta rapid la această temperatură.

Diferitele forme de manifestăre ale alterării peştelui sunt încetinite în mod inegal de temperaturile scăzute: formarea de indol, histamină şi acid sulfhidric în scrumbii şi heringi este rapidă în intervalul 25...30 °C, dar devine neglijabilă la 0°C, în timp ce, dimpotrivă, peroxidarea grăsimilor, care nu este semnificativă la 25°C, se produce, împreună cu alterarea microbiană sau proteoliza, la 0...-1°C. La hering procentul de aminoacizi liberi creşte la 0 °C faţă de 2,5 °C, proteoliza adăugându-se efectului de sinteză bacteriană. Proteoliza şi formarea de trimetilamină sau acizi graşi volatili evoluează în mod comparabil pe întreg intervalul -2°C...+30°C, atât timp cât peştele rămâne consumabil [38].

Având în vedere aceste aspecte, este evident că o contaminare bacteriană iniţială redusă va asigura prelungirea duratei de conservare a peştelui refrigerat, în timp ce o încărcătură bacteriană iniţială mare va reduce durata admisibilă de păstrare a peştelui refrigerat. Din acest motiv se impune refrigerarea peştelui imediat după pescuire. Durata de conservare va depinde şi de viteza de răcire, de eventuala existenţă a unor riscuri de contaminare, de posibilitatea apariţiei unor deteriorări fizice, de caracteristicile peştelui. Ca exemplu, în fig. 9.2 sunt prezentate unele valori informative referitoare la duratele maxime acceptabile de depozitare pentru peştii slabi (fig. 9.2a) şi pentru peştii graşi (fig. 9.b), în funcţie de temperatură.

Page 230: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

234

a) b)

Fig. 9.2. Durate maxime acceptabile de depozitare a peştelui în funcţie de temperatură [38]

Refrigerarea peştelui se poate realiza fie înaintea aplicării unor operaţii

pregătitoare (prerefrigerare, prerăcire), fie după aplicarea tratamentelor preliminare.

Tratamentele preliminare la care este supus peştele între pescuire şi refrigerare pot fi mecanice şi fizico-chimice.

Tratamentele mecanice cuprind: spălarea, sortarea, eviscerarea, decapitarea, tranşarea, filetarea etc.

Filetarea este operaţia prin care se prelevează porţiuni musculare paralel cu coloana vertebrală, cu sau fără piele; operaţia are ca scop de a reduce încărcătura bacterienă şi de a mări durata de conservare a acestuia. Filetarea mecanizată are avantajul de a reduce riscurile contaminării.

Tratamentele fizico-chimice presupun utilizarea substanţelor antiseptice, antibioticelor şi a radiaţiilor ionizante. În funcţie de modul în care are loc pescuitul (în larg sau pe lângă coastă), refrigerarea peştilor se poate realiza la bordul navei sau la ţărm.

Refrigerarea la bordul navelor de pescuit se realizează cu ajutorul apei de mare răcite (în care se adaugă clorură de sodiu) sau cu gheaţă de apă.

În cazul procesului discontinuu de refrigerare cu apă de mare, peştii sunt introduşi într-un bazin prin care se vehiculează apa de mare, răcită la -4…-5 °C; peştele este răcit de la o temperatură iniţială de 10…15 °C până la 0…1 °C, în aproximativ 45 de minute.

În cazul refrigerării continue peştii trec printr-un răcitor tubular şi sunt stropiţi cu apă de mare răcită la -1…-2 °C (vezi fig. 6.16); durata refrigerării este de aproximativ 5 minute.

Refrigerarea cu apă de mare este recomandată pentru speciile cu rezistenţă mai mică la solicitările mecanice produse de gheaţa utilizată ca agent de răcire [58]. Calitatea refrigerării în gheaţă de apă este influenţată de gradul de mărunţire al gheţii şi de modul de repartizare a acesteia: dacă bucăţile de gheaţă sunt prea mari, suprafaţa de contact cu peştele va fi mică, iar refrigerarea va dura mai mult timp. Pe de altă parte, bucăţile de gheaţă cu dimensiuni foarte mici vor

Page 231: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

235

conduce la obţinerea unei mari cantităţi de apă prin topire, crescând astfel riscul ca peştele să se găsească într-un mediu contaminat bacteriologic; bucăţile de gheaţă cu vârfuri sau muchii ascuţie pot conduce la deteriorări mecanice ale peştilor. În spaţiile destinate refrigerării gheaţa se va aşeza astfel încât să asigure izolarea peştilor de pereţi; primul strat de gheaţă, depus pe fundul bazinului, trebuie să aibă 250…300 mm grosime; aşezarea peştilor în straturi de 80 mm grosime, între care se găsesc straturi de gheaţă de 40 mm grosime, va conduce la răcirea peştelui până la 0 °C în aproximativ şapte ore. Proporţia gheaţă/peşte este cuprinsă între 1:3 şi 1:1, în funcţie de anotimp, încărcarea specifică a spaţiului de răcire fiind de 150…250 kg/m3 [58].

Deoarece durata de păstrare a peştelui refrigerat în gheaţă depinde de încărcătura bacteriologică a acesteia, utilizarea unor antiseptice încorporate în gheaţă permite păstrarea o perioadă mai îndelungată. Pentru obţinerea gheţii antiseptice se poate utiliza hipoclorit de calciu, dar se poate utiliza şi apă în care se adaugă apă oxigenată, aldehidă formică, azotit de sodiu; în apă se pot încorpora şi antibiotice (2…10 µg la un gram de gheaţă). Refrigerarea la ţărm presupune prerefrigerarea sau refrigerarea peştelui la bordul navei, prin contact cu gheaţa. Ajuns la ţărm, peştele trebuie descărcat cât mai rapid şi refrigerat la cherhana printr-una din metodele descrise mai înainte.

9.3.3. Congelarea peştelui

Congelarea peştelui se poate realiza atât la bordul navei de pescuit, cât şi la ţărm, însă este recomandabilă congelarea imediat după pescuire. În funcţie de modul de prelucrare şi de prezentare, grupele de sortimentele de peşte supuse congelării sunt peştele întreg, fileurile şi batoanele. Peştele întreg, peştele eviscerat şi peştele eviscerat şi decapitat trebuie în prealabil spălat şi sortat pe specii şi mărimi. Se poate renunţa la spălare dacă peştele este congelat imediat după prindere şi nu este eviscerat şi decapitat. Decapitarea şi eviscerarea pot fi realizate manual sau mecanizat. La unele specii de peşte după eviscerare şi decapitare este necesară o sângerare, care se realizează în aer, în apă de mare răcită sau în apă de mare răcită conţinând 2...3% clorură de sodiu. Peştele întreg poate fi congelat (suspendat sau pe grătare), în lăzi sau blocuri de 10...55 kg. Fileul reprezintă porţiunile musculare prelevate paralel cu coloana vertebrală; acesta poate fi congelat fie în pachete mici (de aproximativ 400 g), fie în blocuri mari (3...28 kg). Pachetele mici sunt ambalate înainte de congelare, în timp ce blocurile sunt ambalate după congelare. [34] După spălare şi sortare şi înainte de congelare, peştele este supus următoarelor operaţii:

• spintecare; • eviscerare; • scoaterea coloanei vertebrale; • separarea fileului;

Page 232: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

236

• zvântarea; • porţionarea; • introducerea în ambalajul sau tava în care urmează a avea loc congelarea.

În cazul unor specii de peşti, înainte de congelare se mai aplică o operaţie de fixare, care constă în tratarea fileurilor cu o soluţie de clorură de sodiu sau de tripolifosfat; această operaţie are ca scop reducerea pierderilor de suc, mărirea capacităţii de reţinere a apei, evitarea fenomenului de contractare.

Batoanele (fish sticks, fish fingers) sunt decupate din fileu şi se supun operaţiilor de acoperire cu pesmet, prăjire, răcire, ambalare şi congelare.

Congelarea directă a peştelui, în faza anterigor, pe nave de pescuit echipate cu instalaţii adecvate, are următoarele avantaje: însuşiri organoleptice superioare, pierderi de suc mai reduse, rezistenţă mai mare la acţiunea microorganismelor după decongelare. Pe de altă parte peştele întreg, depozitat mai puţin de două luni la -29 °C şi decongelat rapid poate prezenta pierderi importante de suc, întărirea consistenţei din cauza rigidităţii de decongelare, înrăutăţirea unor proprietăţi organoleptice.

La fileurile de peşte sunt posibile următoarele variante: • dacă peştele intră în rigor mortis înainte de realizarea fileurilor,

încovoierea şi torsionarea ce însoţesc acest fenomen îngreunează funcţionarea maşinilor de filetat;

• dacă rigiditatea se instalează după formarea fileurilor, dar înainte de congelare, se produc contractări puternice, pierderi de suc abundente etc., fenomene accentuate de congelare, care scad calitatea produsului faţă de cazul filetării după instalarea rigidităţii;

• dacă fileul obţinut şi congelat înainte de instalarea rigor mortis este depozitat mai puţin de două luni şi decongelat rapid, apare rigiditatea de decongelare, care este mai accentuată decât în cazul peştelui întreg deoarece lipseşte suportul osos. Ca urmare este indicată congelarea inaintea instalării rigidităţii; la speciile

de peşte la care rigiditatea se instalează foarte rapid trebuie luate măsuri care să asigure grăbirea şi apoi încetarea fazei de rigiditate. Vitezele minime admisibile pentru congelarea peştelui sunt de 0,6 cm/h; procedeele cele mai des utilizate sunt congelarea în aer răcit şi congelarea în aparate cu plăci, dar se utilizează şi metoda prin contact cu azot lichid. La congelarea cu aer, temperatura aerului este de -30…-40 °C, iar viteza are valori cuprinse între 2,5 şi 7 m/s, în funcţie de grosimea produselor şi de tipul de aparat. Congelarea se poate desfăşura discontinuu, semicontinuu sau continuu. Congelarea discontinuuă se realizează în celule su tunele de congelare, în timp ce pentru congelarea continuă se pot utiliza aparate cu benzi transportoare (fig. 7.16) sau aparate de tip Gyrofreeeze (fig. 7.12). Congelarea în aparate cu plăci metalice se aplică peştelui bloc sau fileu, plăcile de răcire fiind amplasate orizontal sau vertical; aparatele cu plăci verticale se folosesc mai ales pentru congelarea blocurilor mari de peşte întreg, neambalate (până la 50 kg greutate şi 100 mm grosime).

Page 233: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

237

Congelarea prin contact cu azot lichid (IQF - Individually Quick Frozen) are avantajul de a produce modificări organoleptice nesemnificative ale produsului, iar durata procesului este mult redusă. Congelarea prin contact cu agenţi intermediari (de obicei soluţie de clorură de sodiu şi apă) se poate aplica doar acelor specii de peşte la care este acceptată penetrarea agentului în straturile superficiale (ton), fără ca acest lucru să conducă la modificări importante ale calităţii. În vederea evitării râncezirii şi deshidratării, peştelui congelat i se poate aplica operaţiunea de glasare, care poate fi realizată prin imersie sau stropire cu apă [38]. În cazul glasării prin imersie, peştele (sau blocul de peşti congelaţi) se introduce de 2...3 ori în apă având temperatura de 20C, timp de 3...6 secunde, intervalul de timp dintre imersările succesive fiind de 15...25 secunde. Ca urmare a operaţiunii de glasare la suprafaţă se formează un strat de gheaţă de 1...3 mm grosime. Durata maximă de depozitare a peştilor şi fructelor de mare, în stare congelată, este cuprinsă între 4 şi 24 de luni (sau chiar mai mult), depinzând de specie şi temperatura de depozitare. Decongelarea peştelui se poate realiza cu aer saturat, cu apă, cu abur (în vid) sau cu microunde. La decongelarea cu aer saturat se utilizează aer la aproximatov 20 0C, cu o viteză de circulaţie de 5...7 m/s. Decongelarea cu apă se poate realiza prin imersie sau stropire, temperatura apei fiind de aproximativ 21 0C. Indiferent de metoda de decongelare adoptată, trebuie să fie evitată apariţia fenomenului de rigididate de decongelare; astfel, atunci când congelarea a avut loc înainte de instalarea rigidităţii, durata de depozitare trebuie să fie suficient de mare pentru a se asigura desfăşurarea completă a proceselor biochimice. În acelaşi scop se poate realiza creşterea temperaturii de depozitare înainte de începerea decongelării. 9.4. LAPTE ŞI PRODUSE LACTATE

Laptele este utilizat ca materie primă pentru obţinerea industrială a laptelui de consum, a produselor lactate acide (iaurt, lapte bătut, lapte acidofil, chefir), a smântânii, a untului, a brânzeturilor şi a conservelor de lapte (produse lactate concentrate şi produse lactate uscate).

Din punct de vedere juridic şi sanitar-veterinar, noţiunea de lapte s-a îmbogăţit în decursul timpului. Prima definire s-a realizat după Congresul Internaţional de Represiune a Fraudelor, care a avut loc la Geneva în anul 1909, laptele fiind definit ca produsul integral al mulsului total şi neîntrerupt al unei femele sănătoase, bine hrănită şi nesurmenată. După 1924 s-a stabilit că denumirea generică de „lapte” este rezervată laptelui de vacă, atunci când este vorba de laptele altor animale indicându-se şi specia respectivă. Codul FAO/OMS dă următoare definiţie a laptelui: „produsul de secreţie mamară normală, obţinut prin una sau mai multe mulsori, fără nici o adiţie sau sustragere”.

Page 234: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

238

Se apreciază că aproximativ 90% din producţia mondială de lapte este reprezentată de laptele de vacă.

Laptele are o compoziţie complexă, conţinând 87,0...87,8% apă, 3,5...4% grăsime, 4,4...4,9% lactoză, 3,0....3,5% proteine şi 0,7...0,9% săruri minerale. Substanţele solide negrase (lactoza, proteinele şi substanţele minerale) reprezintă în medie 9,1%, iar totalul substanţelor solide aproximativ 12,8% [38].

Smântâna conţine între 20% şi 55% grăsime; un conţinut de peste 55% grăsime determină o vâscozitate mare a smântânii, care poate afecta în sens negativ unele faze tehnologice ale procesului de fabricaţie [38].

Grăsimea din lapte conţine 97 până la 98% trigliceride şi o serie întreagă de componenţi, cum ar fi mono şi digliceridele, fosfolipidele şi steridele [38].

Conţinutul de acizi graşi în lapte depinde de rasă, modul de furajare şi anotimp.

Proteinele din lapte sunt reprezentate de cazeină, care ajunge până la 85% din totalul proteinelor la laptele smântânit, lactalbumină (10... 12%) şi lactoglobulină (5...8%) [38].

Lactoza reprezintă un dizaharid constând din D-glucoză şi D-galactoză, având o slabă solubilitate.

Substanţele minerale din lapte cuprind săruri de calciu, potasiu, magneziu, sodiu.

Laptele integral este un complex dispersă, format dintr-o fază dispersă, ce conţine globule sferice de grăsime şi particule de cazeină, şi o fază continuă, reprezentată de zer. Aspectul opalescent al laptelui este dat de particulele de cazeinat şi globulele de grăsime dispersate; globulele de grăsime au diametre de 1...10 µm, dimensiunile globulelor fiind influenţate de rasă şi de stadiul lactaţiei. Particulele de cazeinat sunt de formă sferică şi au diametre cuprinse între 40 µm şi 300 µm [38].

În tabelul 9.5 sunt prezentate principalele proprietăţi termofizice ale laptelui şi altor produselor lactate.

9.4.1. Laptele de consum

9.4.2.1. Aspecte generale

Laptele iese din uger la o temperatură de aproximativ 370C; laptele proaspăt, provenit de la o vacă sănătoasă, practic nu conţine bacterii, dar trebuie protejat contra infecţiei imediat ce este recoltat deoarece este un produs care oferă un mediu favorabil pentru dezvoltarea germenilor, temperaturile de 32…350C fiind deosebit de favorabile dezvoltării microorganismelor. Acestea pot proveni de pe uger, de pe mâinile mulgătorului, din particulele de praf şi picăturile de apă din aer, din paie, sol etc. Dezvoltarea bacteriilor înrăutăţeşte calitatea laptelui prin acidifiere.

Laptele proaspăt extras conţine conţine substanţe bactericide care îl protejează împotriva acţiunii microorganismelor pentru o anumită durată de timp; răcirea laptelui asigură prelungirea fazei bactericide, dezvoltarea bacteriilor fiind astfel împiedicată. Durata acestei perioade, denumite fază bactericidă, depinde de

Page 235: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

239

nivelul temperaturii de păstrare a laptelui, fiind cu atât mai mare cu cât temperatura este mai scăzută. Din acest motiv este deosebit de importantă răcirea cât mai rapidă a laptelui, imediat după mulgere, până la o temperatură de 4...5 0C. Temperatura finală până la care este răcit laptele depinde de intervalul de timp dintre mulgere şi momentul începerii răcirii, dar şi de gradul de igienă (tabelul 9.6).

Tabelul 9.5 Proprietăţi termo-fizice pentru lapte şi produse lactate [25, 38]

Nr. crt. Produsul

Grăsi-me

[%]

Substanţe solide

negrase [%]

Densitate la +15°C

[kg/dm3]

Căldură specifică la

+15°C [kJ/kg⋅K]

Conductibilita-te termică la

+15°C [W/m⋅K]

Vâscozitate dinamică

la +10°C [cP]

1 Lapte integral 3,2 8,33 1,031 3,885 0,493

4,3 8,79 3,901

2,7

2 Lapte smântânit 0 8,80 1,036 3,956 0,547 2,05

20 7.13 1,013 3,935 0,361 5,6 30 6,24 1,002 4,115 0,349 9,5 40 5,35 0,991 4,63 0,314

3

Smântână 50 4,45 0,980

4 Unt nesărat 82,5 0,50 0,944 2,143 0,2023

Tabelul 9.6

Influenţa încărcăturii microbiene iniţiale şi a temperaturii de păstrare asupra numărului de microorganisme în lapte [38]

Temperatura de păstrare [ °C ] 4,5 10 16

Numărul iniţial de micro-

organisme la

1 ml lapte

După 24 h

După 48 h

După 24 h

După 48 h

După 24 h

După 48 h

4 000 4 000 4 500 12 000 120 000 1 500 000 33 000 000 40 000 80 000 120 000 200 000 840 000 4 500 000 100 000 000

150 000 300 000 600 000 1 200 000 15 000 000 27 000 000 700 000 000

Atunci când recoltarea laptelui se realizează cu respectarea tuturor

condiţiilor de igienă şi ajunge la beneficiar într-un interval de maximum 4...5 ore de la mulgere, temperatura finală de răcire a laptelui poate fi de 10...12 °C, acesta fiind transportat cu mijloace izoterme. Dacă însă laptele este păstrat o

Page 236: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

240

perioadă mai mare până ajunge la beneficiar (lapte recoltat seara şi expediat a doua zi dimineaţa), atunci acesta trebuie răcit până la 4...5 °C; acest nivel de temperatură o durată a fazei bactericide de până la 2 zile. Dacă răcirea se face până la o temperatură apropiată de 0°C, perioada de păstrare a laptelui până când acesta ajunge la fabricile de prelucrare poate fi de 6...7 zile.

Răcirea laptelui se realizează în următoarele etape ale provesului tehnologic:

• imediat după mulgere (refrigerare până la 4...5 °C în 0,5...2,5 ore din momentul mulgerii), sau imediat după recepţia la fabrică a laptelui colectat de la surse unde nu există mijloace de răcire;

• în faza care urmează pasteurizării sau sterilizării. După fiecare fază de răcire trebuie asigurate condiţiile de depozitare a

laptelui răcit. Răcirea preliminară (după mulgere) a laptelui se poate realiza:

• cu apă rece; • cu apă rece şi gheaţă; • cu gheaţă; • cu instalaţii frigorifice.

Răcirea cu apă foloseşte apa curentă din râuri, având o temperatură de 10…120C, acumulată în bazine de răcire.

Răcirea cu gheaţă şi apă presupune introducerea gheţii în bazinul în care se găseşte apa, temperatura acesteia fiind de 6…80C; se asigură astfel condiţii mai favorabile pentru răcirea laptelui decât în cazul precedent. În acest caz este necesară existenţa unei instalaţii care să asigure producerea gheţii.

Bazinele în care are loc răcirea au o adâncime de aproximativ 0,7 m, fiind construite din beton sau tablă şi izolate termic. În cazul răcirii cu apă bazinul este racordat la reţeaua de apă printr-o conductă de alimentare ce se deschide în apropierea fundului bazinului. Bidoanele cu lapte se aşează pe grătare din lemn, fiind răcite de curentul de apă. În fig. 9.3 este prezentată schema de principiu a unui sistem de răcire cu apă, în bazin.

Fig. 9.3 - Bazin de răcire cu apă

1-racord pentru intrarea apei; 2-grătare din lemn; 3-orificiu pentru evacuarea apei; 4+conducte de scurgere; 5-conductă de supraplin.

Page 237: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

241

În fig. 9.4 este prezentată construcţia unui bazin de răcire cu apă şi gheaţă; se observă că laptele trece întâi printr-un răcitor cilindric închis (3), fiind apoi repartizat prin conducte către fiecare bidon.

Fig. 9.4 - Bazin cu apă şi gheaţă pentru răcirea laptelui

1-vas basculant pentru măsurarea laptelui; 2-filtru; 3-răcitor cilindric închis; 4-conductă de distribuţie; 5-apă cu gheaţă.

O variantă a acestei metode presupune introducerea în bidoanele cu lapte

(1, fig. 9.5) a unor piese metalice tronconice (2), care sunt umplute cu gheaţă. Piesele tronconice ocupă aproximativ o treime din volumul bidonului şi asigură răcirea laptelui, pe timpul transportului, de la 300C la 5...100C. Gheaţa este produsă şi încărcată în recipienţii tronconici la centrul de colectare a laptelui.

Fig. 9.5. Răcirea laptelui cu

ajutorul conurilor metalice

1-bidon cu lapte; 2- piesă metalică tronconică; 3-gheaţă; 4-bazin cu apă rece.

Răcirea cu ajutorul instaţiilor frigorifice presupune utilizarea unei instalaţii frigorifice pentru obţinerea frigului; în funcţie de modul în care are loc răcirea laptelui putem întâlni instalaţii cu răcire directă şi instalaţii cu răcire indirectă. În cazul răcirii directe, laptele vine în contact direct vaporizatorul instalaţiei frigorifice; la răcirea indirectă se utilizează un agent de răcire intermediar, care este răcit în vaporizatorul instalaţiei frigorifice şi apoi asigură răcirea laptelui. Există o multitudine de metode de prerăcire a laptelui cu ajutorul instalaţiilor frigorifice, dintre care enumerăm:

• răcirea continuă a laptelui, în schimbătoare de căldură, la transvazarea laptelui recoltat în tancul în care are loc depozitarea;

Page 238: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

242

• răcirea laptelui în tancuri izoterme, prevăzute cu cămaşă de răcire; • răcirea laptelui în bidoane.

Răcirea continuă a laptelui presupune trecerea acestuia printr-un schimbător de căldură; schema de principiu a unei astfel de instalaţii este prezentată în fig. 9.6.

Fig. 9.6 - Răcirea continuă a laptelui

1-tancul de colectare al instalaţiei de muls; 2-pompă; 3-schimbător de căldură; 4-tanc pentru stocarea laptelui.

Laptele este preluat din rezervorul (1) al instalaţiei de muls de către pompa (2) şi trimis în tancul de stocare (4), trecând prin schimbătorul de căldură (3); prin cel de al doilea circuit al schimbătorului de căldură circulă fie agentul intermediar răcit, fie chiar agentul frigorific din instalaţia frigorifică. Schimbătoarele de căldură utilizate pot fi realizate după diverse soluţii constructive. În fig. 9.7 este prezentată construcţia unui răcitor conic [57]; laptele intră pe la partea superioară a răcitorului, prin racordul (1) şi este distribuit de către talerul (2) sub formă de peliculă pe suprafaţa exterioară a ţevilor (3). Prin interiorul ţevilor circulă agentul intermediar rece, care asigură răcirea laptelui aflat în contact cu ţevile reci. Laptele rece este colectat la partea inferioară, din vasul de colectare (4).

În fig. 9.8 este prezentată schema unui răcitor plan-tubular, ce asigură răcirea laptelui în două trepte. Laptele care intră prin racordul (1) curge peste conductele ce formează cele două trepte de răcire. În prima treaptă răcirea se realizează cu apă rece, în timp ce în a doua treaptă se foloseşte un agent intermediar, răcit cu ajutorul unei instalaţii frigorifice.

Tancurile izoterme (fig.9.9) sunt prevăzute cu o cămaşă de răcire (3), în care sunt amplasate conductele prin care circulă agentul de răcire; întregul recipient este izolate termic cu ajutorul izolaţiei (5), iar agitatorul (6) are rolul de a uniformiza temperatura în masa de lapte, prin agitarea acestuia. La alte variante constructive rezervorul are pereţi dubli, iar prin spaţiul dintre pereţi circulă agentul de răcire.

În fig. 9.10 este prezentată o variantă constructivă în care tancul pentru lapte (1) este răcit prin pulverizarea asupra părţii inferioare a acestuia a agentului de răcire (apă sau soluţie de apă şi clorură de calciu), de către rampele de pulverizare (4). Agentul este răcit în bazinul (6), în care se găseşte şi

Page 239: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

243

vaporizatorul instalaţiei frigorifice, condesatorul şi compresorul fiind încorporate în unitatea de condensare (7). Pompa (5) trimite agentul de răcire către rampele de pulverizare.

Fig. 9.7 - Răcitor tronconic

1-racord intrare lapte; 2-taler; 3-conducte; 4-vas de colectare a laptelui.

Fig. 9.8 - Răcitor plan-tubular 1-racord intrare lapte; 2-peretele lateral al răcitorului; 3-prima treaptă de răcire; 4-a doua treaptă de răcire; 5-vas de colectare a laptelui.

În cazul răcirii laptelui în bidoane, cu ajutorul unei instalaţii frigorifice, pe gura bidonului (2, fig. 9.11) se montează un capac (1), în care este fixată o conductă prin care circulă agentul de răcire. Această conductă pătrunde în masa de lapte din bidon şi asigură astfel răcirea acestuia. Legătura între capacul (1) şi instalaţia frigorifică (4) se realizează prin racorduri flexibile, care permit montarea şi demontarea capacului.

Page 240: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

244

Fig. 9.9 - Tanc izoterm cu cămaşă de răcire

1-motor electric de antrenare; 2-reductor; 3-cămaşă de răcire; 4-conducte pentru agentul de răcire; 5-izolaţie termică; 6-agitator cu palete.

Conservarea laptelui prin congelare are o răspândire limitată, fiind

întâlnită mai ales în patiserii, pentru păstrarea laptelui concentrat. Laptele este o emulsie de globule de grăsime în apă, cu dimensiuni ale particulelor de grăsime cuprinse între 0,5 şi 5 µm. În cazul congelării laptelui, fenomenul cel mai periculos îl constituie destabilizarea emulsiei, fenomen însoţit de separarea fazei grase. Omogenizarea laptelui înainte de congelare poate contracara, într-o mare măsură, tendinţa de destabilizare a emulsiei; acelaşi efect îl poate avea şi adăugarea de zahăr, creând o fază lichidă care lilitează aglomerarea particulelor de grăsime.

Fig. 9.10. Răcirea tancului prin stropire cu apă rece

1-tanc; 2-pompă pentru lapte; 3-agitator; 4-rampă de pulverizare; 5-pompă pentru agentul de răcire; 6-rezervor pentru agentul de răcire, cu vaporizator; 7-unitate de condensare.

Congelarea laptelui poate de asemenea produce pierderea stabilităţii

caseinei din lapte şi precipitarea acesteia la decongelare; flocularea caseinei din laptele congelat este iniţial un proces reversibil (prin încălzire şi agitare), dar

Page 241: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

245

devine ireversibil pe măsură ce durata stocării creşte. Laptele integral congelat este utilizat doar în cazuri speciale [34].

Congelarea este însă utilizată în cazul produselor derivate din lapte (smântână, unt, brânzeturi etc.).

Fig. 9.11 - Sistem pentru răcirea laptelui în bidon

1-capac; 2-bidon; 3-conductă pentru răcire; 4-instalaţie frigorifică. 9.4.2. Produse lactate

9.4.3.1. Smântâna

Smântâna are o compoziţie chimică asemănătoare cu cea a laptelui şi un conţinut de grăsime cuprins între 20% şi 60%. Smântâna se obţine din lapte proaspăt cu ajutorul separatoarelor centrifugale. Smântâna astfel obţinută poate fi destinată producerii untului sau a smântânii de consum.

Smântâna pentru consum poate fi: • nefermentată (smântână dulce), care conţine 18% grăsime (smântâna

pentru cafea) sau 30...40% grăsime; • fermentată, care conţine conţine peste 20% grăsime.

Principalele faze tehnologice ale obţinerii smântânii sunt prezentate în fig. 9.12.

Aparatele şi instalaţiile utilizate pentru realizarea fazelor de omogenizare, pasteurizare şi răcire sunt similare cu cele folosite în cazul preparării laptelui de consum.

Temperaturile necesare în fazele de maturare sunt mai scăzute în cazul smântânii obţinute din lapte de primăvară sau vară în raport cu laptele de iarnă.

Refrigerarea smântânii se face prin răcirea acesteia până la 0 ... 6 °C, urmată de depozitarea în spaţii frigorifice. Durata de păstrare a smântânii, în aceste condiţii, este de câteva zile. După acest interval de timp pot apare defecte de gust şi miros ca urmare a activităţii microorganismelor dezvoltate după pasteurizare.

Conservarea prin congelare se aplică pentru smântâna de calitate superioară; în smântâna destinată fabricării îngheţatei, înainte de congelare se adaugă zahăr, pentru protejarea emulsiei şi păstrarea gustului, pentru uşurarea procesului de decongelare şi pentru menţinerea capacităţii de înglobare a aerului în

Page 242: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

246

mixul de îngheţată [38].

Fig. 9.12 - Schema generală a tehnologiei de obţinere a smântânei de consum [38]

Vitezele mari de congelare (peste 10 cm/h, mai ales la smântâna având un conţinut mai redus de grăsime) asigură evitarea pericolului de destabilizare emulsiei.

Pentru congelarea smântânii se utilizează aparate de congelare prin contact, în granule, cu funcţionare continuă (pellet freezers, la care smântâna este introdusă în alveolele practicate într-o bandă transportoare, prerăcită cu azot lichid), aparate de congelare cilindrice, cu suprafaţă raclată (cylindrical freezers), aparate de congelare prin contact cu plăci răcite şi tunele de congelare rapidă.

Durata maximă admisibilă de depozitare în stare congelată a smântânii depinde de nivelul temperaturii la care se face depozitarea şi este de maximum 18

Page 243: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

247

luni la -30°C, 12 luni la -25 °C şi 6 luni la -18 °C. Decongelarea smântânii se realizează prin utilizarea laptelui integral sau smântânit cald sau a smântânii proaspete, prin stropire sau imersare [38].

Smântâna fermentată utilizată pentru obţinerea untului trebuie maturată, proces care presupune utilizarea frigului pentru menţinerea acesteia la o temperatură de 14...20 0C, timp de 8...12 ore (maturarea biochimică), sau la 2...80C, timp de 1...6 ore (maturarea fizică). Maturarea se realizează în vane cu având cămaşă de răcire. 9.4.3.2. Untul

Untul se obţine din smântână prin batere şi conţine 75...83% grăsime. Drept materie primă pentru fabricarea industrială a untului se utilizează smântână cu 30...40% grăsime. În cazul în care se utilizează ca materie primă smântâna congelată, aceasta este în prealabil decongelată şi amestecată cu smântână proaspătă.

Principalele faze tehnologice ale fabricării untului sunt prezentate în fig. 9.13.

Fig. 9.13 - Schema generală a tehnologiei de obţinere a untului din smântână [38] Obţinerea untului din smântână prin baterea acesteia se realizează fie prin

procedeul clasic (discontinuu), fie prin procedee continue [38]. Procedeul clasic de obţinere a untului presupune baterea, care se realizează

cu ajutorul putineiului, care este urmată de spălarea şi malaxarea untului şi, în final, de eventuala adăugare de apă pentru realizarea compoziţiei dorite.

Page 244: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

248

Frigul artificial este utilizat âm diferitele faze ale procesului tehnologic de obţinere a untului pentru a obţine temperaturile de lucru corespunzătoare:

• 7...10 °C vara şi 10...14 °C iarna, pentru baterea smântânii; • 6...10 °C vara şi 10...12 °C iarna pentru apa utilizată la spălarea untului; • 2...10 °C pentru malaxare.

Răcirea se realizează cu apă răcită sau apă şi gheaţă. Refrigerarea untului după ambalare se realizează prin răcire până la

temperaturi de 0...5 °C, untul putând fi depozitat timp de maximum 4...8 săptămâni la 0...2 °C şi maximum 2...3 săptămâni la 4 °C; umiditatea relativă a aerului în depozit trebuie sa fie de 70...80%, iar vitezele de aer la nivelul produselor trebuie să fie cât mai mici posibil [38].

Congelarea untului se recomandă a fi aplicată untului ambalat în pachete mici şi care a fost obţinut din smântână dulce, folosindu-se viteze de congelare cât mai ridicate [34]. Congelarea se realizează în aparate de congelare prin contact, cu plăci, sau în tunele de congelare. Durata procesului de congelare este cuprinsă între câteva ore (congelatoare cu plăci) şi 24...48 ore (tunele de congelare).

Depozitarea untului congelat se face în camere frigorifice cu temperatura aerului de -30...-10 °C. Comportarea untului la depozitare în stare congelată depinde de calitatea materiei prime utilizate la fabricare, de condiţiile în care a fost produs, de intervalul de timp dintre producere şi introducerea la congelare, de modul de ambalare şi de condiţiile de depozitare. Mărirea stabilităţii la depozitarea untului congelat este asigurată de o bună pasteurizare a materiei prime, un pH cât mai ridicat, conţinuturi cât mai mici de ioni de cupru şi fier [38].

Deoarece untul împrumută uşor mirosuri străine, ambalarea sa trebuie realizată cât mai etanş.

Durata maximă de depozitare a untului este cuprinsă între 3 luni (depozitare la -10 °C) şi 12...15 luni (depozitare la -30 °C). 9.4.3.3. Produse lactate acide

Produsele lactate acide (iaurtul, laptele bătut, chefirul şi laptele acidofil) se obţin din lapte, prin fermentarea lactozei ca urmare a acţiunii culturilor de bacterii lactice, care determină mărirea acidităţii şi coagularea laptelui. Produsele lactate acide se caracterizează printr-o durată de conservare mai mare decât în cazul laptelui, dar şi printr-o valoare nutritivă mai mare.

Materia primă utilizată la fabricarea produselor lactate acide este laptele integral, normalizat sau smântânit. Principalele faze tehnologice la fabricarea produselor lactate acide sunt, în general, următoarele [38]: recepţia materiei prime, cu verificarea calităţii acesteia; curăţirea laptelui cu ajutorul curăţitorului centrifugal; normalizarea conţinutului de grăsime; la anumite produse, omogenizarea laptelui; pasteurizarea laptelui; răcirea, până la 45...48 °C în cazul iaurtului, până la 40...42 °C în cazul laptelui acidofil, până la 22...26 °C în cazul chefirului, până la 30...35 °C în cazul laptelui bătut; însămânţarea laptelui cu culturi de bacterii lactice; distribuirea în ambalaje; termostatarea în vederea asigurării condiţiilor de dezvoltare a bacteriilor lactice şi a fermentării laptelui (în

Page 245: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

249

cazul chefirului procesul de fermentare cuprinde 2 faze, una de fermentare lactică şi una de fermentare alcoolică); prerăcire la 18...20 °C; răcire până la 2...8 °C în cazul iaurtului şi a laptelui bătut şi până la 10...14 °C în cazul laptelui acidofil (în acest din urmă caz se evită răcirea sub 10 °C deoarece bacteria specifică acestui produs, Lactobacillus acidophilus, nu rezistă la temperaturi mai scăzute); depozitare la 2...8 °C timp de minimum 10...12 ore în cazul iaurtului şi chefirului şi de minimum 6 ore în cazul laptelui bătut, respectiv depozitarea la 10...14 °C timp de maximum 12 ore în cazul laptelui acidofil; livrarea.

Frigul artificial se utilizează în cadrul fazelor de prerăcire, răcire şi depozitare în stare răcită; prerăcirea iaurtului de la 43...45°C până la 18...20 °C timp de 3...4 ore asigură întărirea coagulului şi evită separarea zerului. Răcirea iaurtului până la 3...4 °C asigură compactizarea coagulului şi îmbunătăţeşte aroma şi gustul. Se evită depozitarea iaurtului mai mult de 48 ore (la o temperatură de 2...8 °C), deoarece pot surveni unele modificări calitative [38].

9.4.3.4. Brânzeturi

Brânzeturile sunt produse lactate obţinute prin procese de fermentare a laptelui, sub acţiunea microorganismelor.

Brânzeturile pot fi clasificate după mai multe criterii [38]. Astfel, după procentul de grăsime din substanţa uscată, brânzeturile pot fi împărţite în :

- brânzeturi slabe, cu mai puţin de 10% grăsime; - brânzeturi grase, cu până la 45% grăsime; - brânzeturi foarte grase, cu un procent de grăsime de 45...55%, sau chiar

mai mult. După cantitatea de apă pe care o conţin, brânzeturile obţinute prin

fermentare şi închegare direct din lapte pot fi: • brânzeturi moi, având 55...80% apă, care au o durată mai mică de

fermentare, dar o durată mai mare de închegare faţă de brânzeturile semitari şi tari. În această categorie se includ brânzeturile care se conservă în saramură (brânză telemea), brânzeturile care se prepară prin acidulare naturală (brânză proaspătă de vacă), brânzeturile cu mucegai (brânză Roquefort, brânză Cammembert).

• brânzeturi semitari, cu 35...55% apă şi care au o durată mai mare de fermentare. Din această categorie fac parte trapisturile, brânzeturile olandeze Edam şi Gauda.

• brânzeturi tari, având mai puţin de 35% apă, care au o durată mare de fermentare şi o durată foarte mică de închegare. Din această categorie fac parte brânza Parmezan, brânza Şvaiţer etc. Există şi brânzeturi preparate din caş, prin tratare termică (caşcavalurile de

Penteleu şi Dobrogea), brânzeturi preparate din alte brânzeturi, caş etc. prin topire (brânză topită Şvaiţer, Carpaţi, Mixtă etc.) şi brânzeturi frământate (brânza de Moldova ş.a.) [38].

În toate fazele tehnologice de fabricare a brânzeturilor este se impun condiţii referitoare la temperatura şi umiditatea relativă şi, în unele cazuri, şi

Page 246: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

250

pentru viteza aerului la nivelul produselor. Utilizarea frigului artificial intervine în următoarele faze: scurgerea,

presarea, sărarea, fermentaţia (maturarea), uscarea, refrigerarea, congelarea şi depozitarea brânzeturilor.

Scurgerea şi presarea au drept scop eliminarea zerului din masa de caş. Temperatura aerului în spaţiile în care se realizează scurgerea şi presarea brânzeturilor trebuie să fie cuprinsă între 15 şi 20 °C; temperaturi mai scăzute vor avea ca efect prelungirea perioadei de eliminare a zerului, în timp ce temperaturi mai mari au ca efect creşterea acidităţii brânzeturilor.

Sărarea are ca scop creşterea duratei de păstrare, dar se utilizează şi pentru reglarea proceselor de fermentaţie, influenţarea dezvoltării microorganismelor, a culorii şi gustului, întărirea cojii, corectarea unor defecte.

Sărarea poate fi aplicată fie înainte de punerea coagului în forme, fie după punerea în forme şi presare. Concentraţia saramurii utilizate la sărare depinde de tipul brânzeturilor; temperatura saramurii depinde de asemenea de tipul brânzeturilor şi trebuie să fie constantă (12...14°C la brânzeturile moi, 14...16°C la brânzeturile tari).

Durata procesului de sărare variază de la câteva ore până la mai multe zile, duratele mai mari corespunzând brânzeturilor tari, saramurilor mai puţin concentrate şi temperaturilor mai scăzute ale saramurii. Temperatura aerului din spaţiile în care are loc sărarea este de 10...16 °C, iar umiditatea relativă trebuie să fie de 85...95% [38].

Fermentaţia (maturarea) brânzeturilor are loc după sărare, scoaterea din saramură şi zvântare, în încăperi cu temperaturi de 8...16°C pentru brânzeturile semitari şi 20...22°C pentru brânzeturile tari; umiditate relativă trebuie să fie de 85...95%, iar viteza aerului nu trebuie să depăşească 0,3 m/s la nivelul produselor. La unele sortimente de brânză fermentaţia se realizează în două faze, prima la o temperatură ceva mai ridicată a aerului şi cea de-a doua la o temperatură mai scăzută.

În funcţie de tipul de brânză şi de condiţiile de microclimat, durata procesului de fermentare poate fi de la câteva zile la câteva luni.

Refrigerarea şi depozitarea în stare refrigerată a brânzeturilor se realizează în camere frigorifice în care temperatura este de 0...8 °C pentru brânzeturile moi şi de 4...12 °C pentru brânzeturile semitari şi tari, iar umiditatea relativă este de 70...90%.

Duratele de depozitare maxime admisibile pentru brânzeturi refrigerate depind de sortiment şi de nivelul temperaturii de depozitare [34, 38]:

• maximum 2 zile la 0...5 °C, pentru brânzeturile nefermentate (brânza proaspătă de vaci);

• 10... 15 zile la o temperatură de 0...5 °C, pentru brânza proaspătă presată; • 3...8 luni de zile, la aproximativ 4 °C, pentru brânzeturile fermentate.

În tabelul 9.7 sunt prezentate principalele elemente tehnologice ale fazelor de fermentare pentru câteva tipuri de brânzeturi precum şi duratele de depozitare admisibile [38].

Conservarea prin congelare a brânzeturilor se aplică doar pentru

Page 247: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

251

Tabelul 9.7

Elemente tehnologice orientative la fermentarea şi depozitarea brânzeturilor [38]

Fermentare Depozitare Tipul de

brânzeturi

Faza Tempera-

tura [°C]

Umidita-tea

relativa [%]

Durata [zile] Observaţii

Tempe-ratura [°C]

Umiditate relativă

[%]

Durata [zile] Observaţii

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Cu pastă moale, în sara-mură: telemea din lapte de oaie, vacă, bivoliţă 14-16 20-25

Tehnologie clasică. Ambalare în cutii sau butoaie din material plastic

2-6 85 210-270

Spaţii fără lumină naturală şi fără iluminare directă

Cu pastă moale, în sa-ramură: telemea din lapte de oaie, vacă, bivoliţă 8-10 30-60 Tehnologie la

temperatură redusă 2-6 85 210-270

Spaţii fără lumină naturală şi fără iluminare directă

Cu pastă moale, în sa-ramură: fetta din lapte de oaie sau de vacă

1 2 3

14-15 10-12 2-6

3-4 10 90

Ambalaje în cutii sau bu-toaie din material plastic 2-6 85-90

Cu pastă moale, tip Cammembert din lapte de

1 2

12-14 4-10

80-85 70-75

10 - 12 7-10

După faza 1, se amba-lează 2-5 70-75 15

Page 248: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

252

Tabelul 9.7 (continuare) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Semitari, tip Olanda, din lapte de vacă

1 2 3

13-15 14-16 10-12

90-93 89-90 85-87

21 13-15 10-12

Periodic, bucăţile de brânză se întorc Periodic bucăţile se spală cu soluţie apă-NaC110% şi temperatură de 20°C. După apariţia unei coji dure galbenă, se parafinează

2-8 80-85 60 Nu se admite suprapunerea bucăţilor de brânză

Semitari, tip Olanda, din lapte de vacă

10-12 85-90

peste 50 Tehnologie simplificată 2-8 80-85 60 Nu se admite suprapunerea bucăţilor de brânză

Tari, tip CEDAR 4-6 75 90 Se pot aplica diferite modalităţi de preambalare

2-6 75 180-210

Page 249: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

253

Tabelul 9.7 (continuare) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tari, tip ŞVAIŢER 1 2 3 4

14-16 23-25 14-15 8-10

80-85 85-90 85 80-85

15 50 15 10

Zilnic, bucăţile se întorc, se spală cu soluţie apă-NaCI şi se presară cu sare. La fiecare două zile bucăţile se întorc, se spală cu soluţie apă NaCI şi se şterg. O dată pe săptămână bucăţile se întorc şi se spală

2-6

80 - 85

270

Cu pastă opărită, tip caşcaval Dobrogea din lapte de oaie, tip caşcaval Dalia din lapte de vacă

1 2

17-18 12-14

max. 85 max. 85

8-10 90-60

În primele 4-5 zile se fac 2 întoarceri zilnic. În ultimele 4-5 zile se fac coloane de câte 2 bucăţi care se întorc odată la două zile Bucăţile se aşează în coloane de câte 2-3 şi se întorc odată la 3-4 zile. Spre sfârşitul maturării se pot forma coloane de câte 3-4 bucăţi

2-6

80-85

150-180

Spaţii fără iluminare directă. Stivuirea roţilor sau bucăţilor de caşcaval se face în maximum 4-5 bucăţi/stivă

Page 250: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

254

brânza proaspătă de vacă; la celelalte categorii de brânzeturi congelarea nu este recomandată deoarece formarea cristalelor de gheaţă determină modificări ale structurii. Pentru aceste sortimente de brânzeturi se recomandă depozitarea la temperaturi sub -1,7 °C

Brânza proaspătă de vaci poate fi conservată 6 luni la temperaturi de aproximativ -18°C; aceasta poate fi utilizată ca materie primă la fabricarea unor sortimente de brânză, după o decongelare lentă.

9.4.3.5. Conserve de lapte [38]

Conservele de lapte cuprind în principal sortimente de lapte concentrat şi sortimente de lapte praf şi se obţin prin îndepărtarea parţială sau aproape totală a apei conţinute în lapte.

În cazul produselor concentrate, pentru mărirea conservabilităţii se practică fie adăugarea de zahăr (lapte concentrat cu zahăr), fie sterilizarea.

Tehnologia de fabricare a laptelui concentrat cu zahăr cuprinde următoarele faze mai importante: curăţirea centrifugală a laptelui răcitnormalizarea; pasteurizarea în aparate cu plăci, la 85...95 °C, timp de 10...20 minute; amestecarea cu sirop de zahăr; concentrarea prin evaporare sub vid la temperaturi de 50...60 °C; o primă fază de răcire rapidă până la 30 °C, care determină o cristalizare a lactozei; o a doua fază de răcire la 17...18 °C cu adăugare de lactoză sau lapte concentrat şi cu agitare continuă timp de 40...60 minute; distribuirea în ambalaje şi depozitarea în spaţii cu temperaturi de 15 °C.

Fabricarea laptelui concentrat sterilizat cuprinde, pe lângă curăţirea centrifugală a laptelui răcit şi normalizare, următoarele faze tehnologice [37]: pasteurizare la 95...100 °C timp de 10 min; concentrarea prin evaporare sub vid până la 23...31% substanţă uscată; omogenizarea; răcirea până la 10...12 °C şi depozitarea în vane timp de maximum 12...15 ore; ambalare, de obicei în ambalaje metalice; sterilizare la 115 °C timp de 15 min în aparate cufuncţionare continuă sau în autoclave; răcirea până la 20...25 °C timp de 15...20 minuteomogenizare; termostatare la 37 °C timp de 10 zile urmată de îndepărtarea cutiilor care prezintă defecte de închidere sau bombaje; depozitarea la temperaturi sub 15 °C (dar nu mai mici de 0 °C) şi umiditate de 85%.

Produsele lactate uscate (lapte praf, lapte praf instant, zară praf şi zer praf) se obţin prin eliminarea aproape totală a apei, prin uscare în peliculă pe valţuri sau prin pulverizare (atomizare).

9.5. OUĂ

Ouăle reprezintă o componentă importantă în alimentaţia omului; caracterul sezonier al producerii acestora şi consumul permanent impun utilizarea unor procedee de conservare, astfel încât să poată fi asigurat consumul pe întreaga durată a anului.

Ouăle de găină sunt cele mai utilizate, atât în industria alimentară cât şi în consumul uman

Page 251: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

255

Ouăle reprezintă celule de reproducere a căror capacitate vitală se conservă o anumită perioadă de timp, în funcţie de condiţiile de microclimat în care sunt păstrate după ouat. Ele au o formă caracteristică, cu diametrul maxim cuprins între 35 şi 45 mm, înălţimea de 53...66 mm, greutatea totală variind între 35 şi 75 grame [38].

Principalele componente ale oului sunt albuşul şi gălbenuşul, care se găsesc într-o cochilie consituită, în cea mai mare parte, din carbonat de calciu (fig. 9.14.).

Albuşul reprezintă 55...60% din greutatea totală a unui ou şi aproximativ 65% din greutatea conţinutului acestuia, având aproximativ 86% apă. Albuşul de ou proaspăt este dificil de divizat şi puţin opalescent.

Gălbenuşul reprezintă 25...35% din greutatea totală a unui ou, conţinând aproximativ 50% apă în cazul ouălor proaspete. El este mai puţin dens decât albuşul şi este separat de acesta de către membrană vitelină, de care sunt prinse două cordoane spiralate (şalaze), constituite din albumină, dirijate către cele două extremităţi ale oului. Şalazele asigură un sistem elastic de prindere a gălbenuşului şi protejează discul germinativ contra unor şocuri. Culoarea gălbenuşului este determinată de modul de hrănire al găinilor (conţinutul de pigmenţi carotenoizi), fiind de la galben-deschis până la galben-închis. Modul de hrănire mai influenţează mirosul şi rezistenţa la spargere a ouălor.

Fig. 9.14 - Structura oului de găină [38]: 1- gălbenuşul; 2 – membrană vitelină; 3 – disc germinativ; 4 – membrană de albumină densă; 5 – albuş exterior; 6 – albuş intermediar dens; 7 – albuş interior; 8, 10 – membrane cochilifere; 9 – cameră de aer; 11 – cochilie; 12 – şalaze

Coaja oului reprezintă 10...15% din greutatea totală a oului şi conţine

93,7% carbonat de calciu, 1,3% carbonat de magneziu, 0,75% fosfaţi şi 4,25% substanţe organice. Coaja ouălor prezintă pori vizibili, repartizaţi neregulat pe toată suprafaţa sa şi în număr mai mare în zona capătului mai plat, acolo unde se află camera de aer. Coaja este permeabilă la gaze şi lichide şi are o culoare alb-deschis, iar uneori are o tentă brună mai mult sau mai puţin accentuată. În cazul unor culori mai închise, coaja este mai rezistentă şi mai puţin permeabilă [38].

Principalele proprietăţi termo-fizice ale ouălor sunt prezentate în tabelul 9.8.

9.5.1. Conservarea prin refrigerare a ouălor în coajă

Refrigerarea se aplică pentru conservarea ouălelor întregi, durata de

Page 252: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

256

păstrare fiind cuprinsă între 30 de zile şi 6...7 luni. Durata de păstrarea a ouălelor este condiţionată de calitatea lor, ceea ce impune trierea şi verificarea lor.

Prin triere se urmăreşte crearea unor loturi omogene ca dimensiuni, greutăţi şi nuaţă a culorii cojii, dar şi eliminarea ouălelor murdare, sparte sau ale căror cochilii prezintă anomalii.

Tabelul 9.8 Caracteristici termofizice ale ouălor [38]

Caracteristica Ouă întregi Conţinut (fără coajă) Gălbenuş Albuş

Densitate [kg/m3] 1080 1040 - - Temperatura de congelare [°C] - -0,4 -0,6 -0,4 Căldura specifică [kJ/ kg⋅K] - înainte de congelare - după congelare

3,432

-

3,725 1,758

3,558 1,507

3,809 1,925

Căldura latentă specifică de solidificare [kJ/kg]

- 246,9

184,2

293,0

Conductibilitate termică [W/m⋅K] -

0,291 - -

Controlul proprietăţilor fizice ale ouălor se poate realiza printr-un examen

optic, utilizând o sursă luminoasă intensă. Atunci când oul este proaspăt, lumina îl traversează uniform, iar culoarea evidenţiată este roz-deschis; albuşul are aspectul unui fluid destul de ferm şi clar, gălbenuşul nu este aparent, iar camera de aer are dimensiuni mici. Atunci când oul este înclinat, nici gălbenuşul, nici zona care delimitează albuşul şi nici camera de aer nu trebuie să îşi modifice poziţiile în interiorul cochiliei [38].

Cu cât oul este mai vechi, cu atât transparenţa este mai diminuată, albuşul este mai fluid, gălbenuşul apare ca o pată întunecată, iar camera de aer este mai mare. Verificarea stării de prospeţime a ouălor stocate la temperaturi de 8...15 °C poate fi făcută şi prin imersarea lor într-un vas cu soluţie de sare de bucătărie cu densitatea de 1,066 kg/dm3 (100 g sare la 1 litru de apă). Ţinând cont că densitatea oului proaspăt, în prima zi după ouat, este de cca 1090 kg/m3, iar greutatea sa scade continuu în timp prin evaporarea apei şi creşterea volumului camerei de aer, rezultă următoarele situaţii [38]:

• oul proaspăt va sta orizontal pe fundul vasului; • oul de 8 zile va sta puternic înclinat; • oul de 15...30 zile va sta aproape vertical; • oul mai vechi de 30 zile va pluti, densitatea sa de 1035 kg/m3 rezultând

dintr-o pierdere zilnică de 0,1 ...0,2 grame. Pentru manipulare şi depozitare ouăle se aşează cu camera de aer în sus,

pentru a se preveni ridicarea şi aderarea gălbenuşului de coajă, fapt care ar conduce la accelerarea procesului de depreciere şi alterare. Platourile cu ouă se aşează unele peste altele şi se introduc în cutii de carton.

Page 253: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

257

Conservarea de scurtă durată a ouălor (până la 30 de zile) presupune răcirea cât mai rapidă până la temperaturi de circa 8 °C; temperaturile mai mici nu sunt utilizate din cauza pericolului formării de condens pe suprafaţa lor. Răcirea trebuie aplicată cât mai rapid. Pierderile de greutate zilnice sunt, pe parcursul perioadei de stocare, de aproximativ 0,1...0,2 g/ou. Pentru reducerea lor se recomandă răcirea pe toată durata transportului, a desfacerii către consumator şi până când ouăle sunt consumate

Conservarea de lungă durată (până la 6...7 luni) impune răcirea până la temperaturi apropiate de temperatura de congelare, cât mai curând după ouat; dacă nu este posibilă congelarea imediată, ouăle se vor depozita la o temperatură de 8 °C până în momentul introducerii în spaţiile destinate refrigerării. Refrigerarea rapidă se realizează cu aer răcit, în tunele sau camere de refrigerare; temperatura aerului trebuie să fie de -2…-3 oC, iar viteza acestuia de 1…2 m/s; refrigerarea se considră terminată atunci când temperatura în centrul ambalajului atinge 3...4 oC [34].

Pentru a se evita pierderile de greutate, dar şi formarea mucegaiurilor, umiditatea relativă a aerului din spaţiul de depozitare trebuie să fie de maximum 85%. Ouăle se păstrează la temperaturi apropiate de 0 oC, dar se poate ajunge şi până la valori de -1…-2,2 oC; trebuie reţinut că, în acest caz, ouăle supuse vibraţiilor sau manipulate brusc vor îngheţa.

Înainte de introducerea unui lot de ouă în depozitul de produse refrigerate se recomandă ca acesta să fie prerăcit până la 0 oC.

Durata medie de păstrare a ouălor refrigerate este de 5...7 luni şi nu se recomandă depozitarea pe o durată mai mare de 9 luni. Creşterea duratei de depozitare fără scăderi importante ale calităţii acestora se poate obţine prin depozitarea ouălor în atmosferă gazoasă modificată. Cele mai bune rezultate se obţin la utilizarea amestecurilor gazoase ce conţin bioxid de carbon, care împiedică dezvoltarea mucegaiurilor şi încetinesc modificările ce se produc în albuşul de ou sub acţiunea enzimelor. Răcirea şi depozitarea ouălor în atmosferă modificată au loc în incinte etanşe, în care procentul de bioxid de carbon este de 2…3% (atmosferă modificată parţial) sau de peste 60% (atmosferă modificată total). În cazul atmosferei modificate parţial, durata admisibilă de depozitare (la 0…0,5 0C şi 90…95% umiditate relativă) nu se modifică semnificativ faţă de cazul depozitării în atmosferă nemodificată, dar se constată o reducere a pierderilor de greutate şi o îmbunătăţire a calităţii [38]. Există şi posibilitatea conservării ouălor într-o atmosferă modificată având o compoziţie apropiată de cea din interiorul oului, formată din 88% bioxid de carbon şi 12% azot. În acest caz pierderile de greutate sunt practic nule, microorganismele din ou sau de pe coaja acestuia nu se pot dezvolta, iar acţiunea bacteriilor este oprită. 9.5.2. Congelarea ouălor Congelarea se aplică pentru conţinutul amestecat al oului (melanj) sau

Page 254: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

258

gălbenuşului şi albuşului, separate [34]. Congelarea permite creşterea duratei de depozitare, asigurând în acelaşi timp încărcări specifice ale spaţiului de până la trei ori mai mari decât în cazul refrigerării. Pentru conservarea prin congelare sunt admise doar ouă de găină foarte proaspete sau proaspete. Ouăle sparte, fisurate etc. se elimină, iar cele murdare se spală în apă caldă (65…75 oC). Ouăle sunt apoi dezinfectate prin spălare cu o soluţie de cloramină. Pentru uşurarea extragerii conţinutului se recomandă răcirea la temperaturi de aproximativ 4 oC; conţinutul se extrage manual sau mecanizat, iar în cazul congelării conţinutului amestecat al oului se aplică o operaţie de omogenizare. Pentru distrugerea germenilor patogeni şi reducerea încărcăturii microbiene se aplică un tratament de pasteurizare:

• pentru melanj sau gălbenuş separat: 2,5…3 minute la 64,4 oC; • pentru albuş: 2 minute la 56,1…56,7 oC.

Ambalarea se realizează în cutii din metal sau plastic având capacitatea de 10…15 kg sau în pungi de plastic de 3…4 kg, care se aşează în cutii din carton.

Congelarea se realizează cu aer având -30…-40 oC, prin convecţie forţată, şi durează aproximativ 14 ore pentru un bidon de 15 kg. Intervalul de timp scurs între pasteurizare şi congelare nu trebuie să depăşească 2 ore. Durata de depozitare depinde de temperatura de păstrare, fiind de maximum 6 luni pentru o temperatură de -12 oC şi de peste 24 de luni dacă temperatura din depozit este de -30 oC [38].

9.6. FRUCTE ŞI LEGUME [34, 38]

Conservarea legumelor şi fructelor asigură cantităţile necesare consumului în intervalele de timp dintre recolte, dar şi pentru alte zone geografice decât cele în care se cultivă fructele şi legumele respective.

Având în vedere că legumele şi fructele sunt organisme vii, în ţesuturile cărora au loc procese metabolice (respiraţia, maturarea ş.a.) chiar şi după recoltare, rolul frigului artificial este, pe lângă cel de a opri sau diminua procesele de descompunere produse de către microorganisme, şi de a reduce intensitatea proceselor metabolice.

Principalele caracteristici ale legumelor şi fructelor ce influenţează conservabilitatea prin frig sunt [38]:

• specia, soiul; • caracteristicile fizice şi termofizice (mărimea, forma, culoarea, gradul de

integritate fizică, densitatea, căldura specifică, conductibilitatea termică ş.a.);

• caracteristicile chimice (conţinutul în apă, substanţă uscată, glucide, lipide, aciditate, celuloză, pigmenţi, gust, aromă ş.a.);

• caracteristicile biochimice şi fiziologice (intensitatea respiraţiei, intensitatea transpiraţiei ş.a.);

Page 255: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

259

• gradul de creştere şi dezvoltare la recoltare şi în momentul aplicării tehnologiei de răcire. Eficienţa frigului artificial asupra conservării legumelor şi fructelor

este influenţată de încărcătura microbiologică iniţială. Din punct de vedere al perisabilităţii, conform recomandărilor Comisiei

Economice O.N.U. pentru Europa, produsele horticole se împart în patru grupe şi anume [38]:

• produse extrem de perisabile (afine, căpşuni, agrişe, coacăze, mure, zmeură, dude, smochine proaspete, spanac, măcriş, creson şi ţelină pentru peţiol);

• produse foarte perisabile (caise, cireşe, gutui, mere timpurii, nuci proaspete, pere timpurii, piersici, prune, struguri cu pieliţă fină, ceapă verde, ciuperci, castraveţi Cornichon, dovlecei, fasole verde boabe, mazăre verde boabe, morcovi cu frunze în legături, morcovi timpurii, pătrunjel pentru frunze, praz timpuriu, ridichi de lună, salată, sfeclă roşie, sparanghel, ţelină verde, usturoi proaspăt, varză timpurie);

• produse perisabile (pere de vară, struguri, măsline, anghinare, ardei, bame, bob, conopidă de toamnă, fasole verde păstăi, morcov, pepene galben, praz, ţelină, tomate, varză de toamnă, varză de Bruxelles, vinete);

• produse mai puţin perisabile (mere de toamnă, pere de toamnă, castane, cartofi, ceapă, dovlecei, hrean, păstârnac rădăcini, sfeclă roşie, usturoi).

9.6.1. Refrigerarea fructelor şi legumelor

În funcţie de momentul în care are loc răcirea şi de durata acesteia, refrigerarea fructelor şi legumelor poate fi:

• prerăcire; • refrigerare propriu-zisă.

Prerăcirea (prerefrigerarea) are loc imediat după recoltare şi înainte de depozitare sau de expedierea spre consum sau industrializare; ea dureazăminute sau ore şi este o fază tehnologică de sine stătătoare. Scopul prerăcirii este de a scădea rapid temperatura produselor după recoltare, prin aceasta încetinindu-se procesele vitale şi menţinându-se calitatea iniţială. Produsele cu intensitate mare a respiraţiei trebuie prerăcite cât mai rapid după recoltare. Pentru produsele excesiv de perisabile sau foarte perisabile (fructe de pădure, căpşuni, spanac, sparanghel) se recomandă ca intervalul de timp dintre recoltare şi începerea răcirii să nu depăşească 2...9 ore .

Refrigerarea propriu-zisă are loc în acelaşi spaţiu în care se face şi depozitarea de lungă durată (în special în cazul merelor şi citricelor); răcirea durează mai mult timp (cel puţin câteva zile).

Înainte de refrigerare legumele şi fructele trebuie supuse unor tratamente preliminare: spălare, sortare, calibrare, ambalare, tratamente termice pentru prevenirea atacului de putregai, ceruire, iradiere, tratamente cu substanţe fungicide şi cu hormoni pentru încetinirea maturării etc.

Page 256: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

260

Principalele metode de refrigerare aplicate în cazul fructelor şi legumelor sunt refrigerarea cu aer răcit, refrigerarea cu apă răcită, refrigerarea în vacuum şi refrigerarea cu gheaţă [38]. Refrigerarea cu aer răcit se realizează fie în spaţii special destinate acestui scop, fie în depozitele de păstrare. În funcţie de modul în care se realizează circulaţia aerului prin masa de produse, metodele de răcire cu aer se împart în:

• răcire prin convecţia aerului la suprafaţa exterioară a masei de produse; • răcire prin convecţia aerului prin toată masa de produse.

În primul caz aerul rece este distribuit peste masa de produse şi apoi este aspirat din încăpere; produsele din interiorul stivei nu intră în contact direct cu aerul rece. În acest caz există pericolul ca pentru produsele din interiorul stivei fluxul de căldură degajat prin respiraţie să fie mai mare decât fluxul de căldură preluat de aerul rece, ceea ce face ca temperatura locală să crească peste limitele admisibile; din acest motiv este necesară limitarea grosimii stratului de produse; acesta depinde de natura produselor, viteza de circulaţie a aerului etc.

Refrigerarea se realizează în tunele de refrigerare, celule de refrigerare sau camere de depozitare. Se recomandă ca, pentru tunelele de refrigerare, viteza curentului de aer să fie de 2…5 m/s.

Viteza de circulaţie a aerului la nivelul stivelor de produse trebuie să fie de 1…2 m/s, iar necesarul de frig este de cel puţin 30…35 W/m3 spaţiu de depozitare.

Pentru produsele extrem de perisabile se poate aplica o prerăcire la locul de recoltare, urmând ca transportul să se realizeze cu autofrigorifice.

În cazul convecţiei aerului prin toată masa de produse, vitezele de răcire sunt mai mari; răcirea se poate realiza discontinuu sau continuu.

Răcirea discontinuă se realizează în camere cu răcitoare de aer, prevăzute cu ventilatoare pentru a asigura circulaţia aerului prin masa de produse. Durata răcirii este de câteva ore.

Aparatele de răcire cu funcţionare continuă sunt prevăzute cu o bandă perforată (3, fig. 9.15) pe care se aşează produsele ce trebuie răcite. Răcirea se realizează cu aerul vehiculat de către ventilatoarele (7) şi răcit de către vaporizatoarele (5) ale instalaţiei frigorifice. Refrigerarea cu apă răcită (hydrocooling) este utilizată mai ales ca metodă de prerăcire a fructelor şi legumelor, asigurând obţinerea unor viteze mari de răcire. Produsele ce trebuie răcite pot fi în vrac sau ambalate; este însă de preferat ca produsele să fie ambalate, deoarece ele pot fi expediate imediat după prerăcire.

Răcirea cu apă se realizează prin imersie, pulverizare sau stropire, în aparate cu funcţionare continuă, semicontinuă sau discontinuă. Temperatura apei utilizate pentru răcire trebuie să fie cât mai apropiată de 0 oC, pentru obţinerea unor viteze mari de răcire, iar debitul de apă recirculat este de 240…600 m3/h pentru 1000 kg produse. În apa de răcire recirculată se adaugă substanţe dezinfectante pentru a împiedica dezvoltarea microorganismelor.

Page 257: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

261

Fig. 9.15 – Aparat pentru refrigerarea continuă a fructelor [38]

1-incintă izolată termic; 2-intrare produse; 3-bandă transportoare; 4-tambur de antrenare; 5-vaporizator; 6-ieşire produse; 7-ventilatoare.

Pentru calculul duratei de răcire la refrigerarea prin imersie se poate utiliza coeficientul de temperatură diferenţial (CTD) şi diagrama din fig. 9.16. Coeficientul de temperatură diferenţial se calculează cu relaţia:

a0

af

tttt

CTD−−

= ,

în care t0 este temperatura iniţială a produsului, tf este temperatura sa finală (de depozitare), iar ta este temperatura apei de răcire. La răcirea prin pulverizare sau stropire durata refrigerării este cu 40…80% mai mare decât în cazul răcirii prin imersie, iar timpii obţinuţi prin metoda coeficentului de temperatură diferenţial trebuie măriţi de 1,5 ori. Pentru ţelină, pepeni galbeni, castraveţi, conopidă, mazăre se poate aplica şi procedeul de răcire cu gheaţă de apă (vezi subcapitolul 6.3.3). Refrigerarea în vid se bazează pe efectul de răcire produs de vaporizarea apei din produs la temperaturi şi presiuni scăzute (5…6 mm Hg). Din fig. 8.1 se observă că la presiuni peste 4,579 mmHg şi temperaturi peste 0,01 K, creşterea temperaturii produce trecerea lichidului în stare de vapori. În cazul acestei metode de răcire, căldura necesară evaporării este furnizată de către produs, iar efectul de răcire apare pe seama preluării din produs a căldurii latente de vaporizare.

Durata procesului de răcire este de 25…30 minute, iar temperatura finală are valori cuprinse între 1,7 oC pentru salată şi 14,4 oC pentru morcovi. Pentru a se asigura deshidratările accentuate şi conservarea calităţii produselor răcite în vid se recurge la umezirea acestora prin pulverizare de apă; efectul de răcire se obţine atât ca urmare a evaporării apei din produs cât şi prin evaporarea apei adăugate. Metoda asigură şi reducerea pierderilor de greutate. În fig. 9.17 se prezintă o vedere a unui aparat de refrigerare în vid.

Fructele şi legumele refrigerate se depozitează la temperaturi cât mai apropiate de punctul de congelare; nivelul temperaturii depinde de sensibilitatea la temperatură scăzută a produsului (mică, moderată sau mare). La depozitarea merelor şi perelor se poate aplica şi depozitarea în stare refrigerată în atmosferă controlată, sărăcită în oxigen şi/sau îmbogăţită cu bioxid

Page 258: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

262

de carbon.

Fig. 9.16 – Diagramă pentru determinarea timpului de refrigerare

Fig. 9.17 – Aparate de refrigerare în vid

1-pompă de vid; 2-cameră cu vacuum pentru introducerea produselor

Acest procedeu de depozitare impune controlarea temperaturii, conţinutului de oxigen, a concentraţiei de bioxid de carbon şi îndepărtarea etilenei degajate de către fructe. În funcţie de concentraţiile de oxigen şi bioxid de carbon se pot întâlni următoarele situaţii:

• atmosferă bogată în oxigen: 11...16% O2, 5...10% CO2 (O2 + CO2 = 21%); • atmosferă săracă în oxigen: 2...3% O2, 2...5% CO2; • atmosferă săracă atât în oxigen cât şi în bioxid de carbon: 2...7% O2,

Page 259: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

263

0...2% CO2. În tabelul 9.9 sunt prezentate condiţiile de conservare şi duratele maxime

de depozitare pentru unele produse, în atmosferă controlată. Tabelul 9.9

Condiţii şi durate de depozitare în atmosferă controlată [34] Compoziţia atmosferei

[%] Produsul Temp. de depozitare

[oC]

Umiditatea relativă

[%] CO2 O2

Durata de depozitare

[zile] Mere Ionathan 4 90-92 3-4 3-4 170-230 Mere Golden

delicious 2,5 90-92 2-5 2-4 200-240

Mere Red delicious 0 90-95 2-3 2-3 180-260

Pere William’s 0 90-95 2-4 2-3 150-180 Caise 0 90-97 2-3 2-3 50-60

Piersici 0 90-95 2-8 1-10 40-60 Varză de Bruxelles 0 90-95 5-10 3-8 30-40

Pepeni galbeni 6 90-92 1+-20 2-5 35-40 Tomate mature 12 88-92 3-4 3-4 20-30

Conopidă 0 90-95 5-10 3-10 40-70 După încărcarea cu produse a spaţiului frigorific având atmosferă

controlată trebuie ca temperatura optimă de depozitare să fie atinsă cât mai repede (maximum o săptămână pentru mere, trei zile pentru pere etc.). Obţinerea compoziţiei dorite a atmosferei se realizează folosind convertizoare de oxigen, adsorbitoare sau absorbitoare de dioxid de carbon sau generatoare de atmosferă controlată. Teoretic atmosfera ar putea fi modificată doar prin procesul de respiraţie, care conduce la scăderea cantităţii de oxigen şi la creşterea celei de bioxid de carbon, dar durata lungă a acestui proces, în special pentru obţinerea unei atmosferice sărace în oxigen, ar influenţa negativ depozitarea. O variantă îmbunătăţită a acestui procedeu de refrigerare presupune depozitarea în atmosferă modificată având presiune mai mică decât presiunea atmosferică (0,1…0,2 bar presiune absolută în interiorul spaţiului de depozitare). În cazul păstrării strugurilor de masă se poate utiliza o atmosferă îmbogăţită în bioxid de sulf, acesta având efect inhibitor asupra unor agenţi patogeni de pe struguri. 9.6.3. Conservarea prin congelare Recoltarea legumelor şi fructelor ce urmează a fi conservate prin congelare trebuie realizată astfel încât, la începutul congelării, acestea să fie la deplina maturitate şi optime pentru consum. Pentru unele produse (tomate, piersici) maturarea se poate realiza şi în timpul depozitării, dacă aceasta durează

Page 260: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

264

suficient de mult şi dacă se respectă anumite condiţii de temperatură şi umiditate. Congelarea poate afecta calitatea unor soiuri de fructe şi legume (salata, tomatele, ridichile, strugurii de masă nu se pretează congelării); congelarea se poate aplica la: fructe de pădure, căpşuni, vişine, piersici, caise, mazăre verde, fasole verde, spanac, morcovi. Înainte de congelare produsele se supun unor operaţii preliminare ce constau în curăţire, spălare, sortare, calibrare, blanşare, tratamente fizico-chimice antioxidante, prerăcire, ambalare etc. Curăţirea se face în scopul îndepărtării corpurilor străine şi se realizează prin cernere, vânturare, cu apă,abur. etc., în funcţie de tipul produsului. Spălarea urmăreşte îndepărtarea urmelor de substanţe toxice, a urmelor de pământ etc. În apa de spălare se adaugă substanţe dezinfectante. Spălarea nu se aplică în cazul fructelor de pădure şi a zmeurii. Sortarea şi calibrarea presupun îndepărtarea produselor care nu corespund ca formă, dimensiune, stadiu de coacere şi împărţirea pe grupe de dimensiuni şi greutate. Blanşarea este un tratament termic prin care se urmăreşte inactivarea enzimelor şi eliminarea aerului din ţesuturi; operaţiunea se aplică mai ales legumelor şi are drept rezultat menţinerea culorii, reducerea încărcăturii microbiene, eliminarea unor componente nedorite. Blanşarea se realizează cu apă fierbinte, cu abur sau mixt, iar parametrii tehnologici ai procesului depind de natura şi starea produsului. Imediat după blanşare produsul este răcit cu apă până la o temperatură finală sub 10 0C. Nu se recomandă aplicarea blanşării în cazul anumitor produse (tomate, ţelină tăiată în cuburi, castraveţi etc.) deoarece operaţiunea are efecte negative asupra calităţii; în acest caz se recomandă ca intervalul de timp dintre recoltare şi congelare să fie cât mai scurt, iar congelarea să se realizeze cu viteză mare. Tratamentele fizico-chimice antioxidante se aplică mai ales produselor predispuse brunificării (caise, piersici, prune, ciuperci) şi se realizează prin imersare în soluţii acide sau prin acoperirea cu sirop răcit a fructelor la congelare. Prerăcirea produselor înainte de congelare are ca scop reducerea temperaturii acestora sub 10 oC, pentru a se preveni apariţia unor modificări biologice, dar şi pentru a reduce necesarul de frig al instalaţiei de congelare. Prerăcirea legumelor se realizează cu apă răcită şi este urmată de separarea excesului de apă pe site vibratoare; la fructe, prerăcirea se realizează cu aer rece. Congelarea fructelor şi legumelor se poate realiza înainte sau după ambalarea produselor. Atunci când congelarea se face înainte de ambalare aceasta se realizează în aparate cu răcire cu aer, în strat fix sau fluidizat, cu bandă transportoare. Produsele ambalate se congelează cu aer, în aparate cu strat fix, sau în aparate cu plăci. Viteza de congelare este mai redusă pentru produsele ambalate decât pentru cele neambalate. Pentru obţinerea unei calităţi superioare este necesar ca temperatura finală

Page 261: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

265

să fie sub -18 oC; în cazul ambalării fructelor cu sirop trebuie să se ţină cont de creşterea de volum ce apare prin congelare. În cazul în care congelarea se realizează continuu, toate operaţiile preliminare trebuie să se desfăşoare de asemenea în flux continuu; în fig. 9.18 este prezentată schema de principiu a unei linii tehnologice pentru prelucrarea şi congelarea fructelor.

Depozitarea fructelor şi legumelor congelate la temperaturi sub -18 oC asigură durate de depozitare cuprinse între 240 şi 330 de zile. 9.7. UTILIZAREA FRIGULUI ÎN INDUSTRIA SUCURILOR [13, 19, 34, 38, 48, 51, 57] Sucurile de fructe şi legume sunt sisteme polidisperse în care se găsesc suspensii de particule de diferite mărimi. Frigul artificial este utilizat atât pentru conservarea materiilor prime, cât şi în anumite faze ale tehnologiei de producere a sucurilor şi de conservare a acestora.

Tehnologia de obţinere a sucurilor presupune parcurgerea următoarelor faze:

• zdrobire; • presare şi extracţia sucului; • dezaerare; • filtrare; • limpezire; • pasteurizare; • răcire; • îmbuteliere; • depozitare.

Fig. 9.18 – Linie tehnologică pentru prelucrarea şi congelarea fructelor [34]

1-spălător; 2, 14-alimentatoare prin vibraţie; 3, 6-elevatoare; 4-curăţire uscată cu aer; 5-bandă transportoare pentru controlul fructelor; 7-separator de apă prin vibraţie; 8-congelator în strat

fluidizat; 9-transportor vibrator; 10, 12, 17-transportoare melcate; 11-dispozitiv pentru scoaterea pedunculelor şi a caliciilor; 13-dispozitiv de calibrare; 15-scară; 16-transportor cu role.

Page 262: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

266

Prima fază din această susccesiune în care intervine frigul artificial este limpezirea; aceasta are ca scop îndepărtarea particulelor în suspensie care au rămas după filtrare, iar metodele utilizate sunt limpezirea prin încălzire rapidă, urmată de răcire, limpezirea prin congelare, limpezirea prin adsorbţie, limpezirea prin cleire sau limpezirea enzimatică.

Limpezirea prin încălzire urmată de răcire se realizează prin încălzire la 77…80 oC timp de 10…80 secunde, urmată de o răcire rapidă la 4…5 oC; sucul este apoi filtrat pentru reţinerea particulelor separate. Acest proces se realizează în schimbătoare de căldură cu plăci, în flux continuu.

Limpezirea prin congelare se bazează pe coagularea coloizilor în urma schimbării de fază. Metoda presupune un consum energetic ridicat şi nu are o eficienţă deosebită.

Limpezirea prin adsorbţie utilizează argile (bentonită) ca materiale adsorbante.

Principiul limpezirii prin cleire constă în adăugarea în suc a unei soluţii coloidale, care formează cu materialele în suspensie substanţe insolubile, ce se separă prin sedimentare. Substanţele de adaos sunt tanin cu gelatină, cazeină, lapte degresat, albuş de ou etc. Limpezirea prin cleire are loc la temperaturi de 8…12 oC, ceea ce presupune utilizarea unor schimbătoare de căldură pentru răcirea sucului.

Limpezirea enzimatică utilizează preparate enzimatice specifice, care hidrolizează pectina din sucuri, determinând sedimentarea particulelor aflate în suspensie. Limpezirea enzimatică se poate realiza la temperaturi scăzute (12..14 ore la o temperatură de 10…12 oC) sau la temperaturi mai ridicate (1…4 ore la 40…45 oC).

A doua etapă din tehnologia de producere a sucurilor care utilizează frigul artificial este pasteurizarea; aceasta se aplică pentru evitarea fermentării, mucegăirii şi acririi şi este urmată de o răcire rapidă în schimbătoare de căldură cu plăci, multitubulare sau cu manta dublă.

Depozitarea sucurilor se poate face: • după îmbuteliere, în spaţii frigorifice în care temperatura este sub 10 oC; • înainte de îmbuteliere, în rezervoare tampon cu manta dublă (fig. 9.19),

răcirea fiind asigurată de agentul frigorific sau intermediar care circulă prin serpentina (2). În cazul depozitării îndelungate rezervoarele pot fi uşor presurizate cu un gaz inert (azot sau bioxid de carbon). Concentrarea sucurilor are ca scop reducerea conţinutului de apă,

asigurându-se astfel creşterea duratei de conservare, dar şi reducerea cheltuielilor pentru transport şi depozitare. Utilizarea frigului în procesul de concentrare al sucurilor se întâlneşte în următoarele variante tehnologice:

• concentrarea în instalaţii cu termofrigopompă; • crioconcentrarea.

Schema de principiu a unei instalaţii de concentrare cu termofrigopompă este prezentată în fig. 9.20. Sucul ce trebuie concentrat este introdus în vaporizatorul (2), în care se

Page 263: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

267

găseşte şi condensatorul instalaţiei frigorifice; presiunea din vaporizator fiind mai redusă decât presiunea atmosferică, căldura cedată de către condensatorul instalaţiei frigorifice este suficientă pentru a asigura fierberea sucului.

Fig. 9.19 – Rezervor tampon răcit, pentru depozitarea sucurilor 1-racord intrare agent frigorific; 2-serpentină de răcire; 3-racord ieşire agent frigorific; 4-agitator; 5-motor electric; 6-racord intrare suc; 7-rampă distribuire suc; 8-dispozitiv de raclare; 9-izolaţie termică; 10-racord ieşire suc.

Fig. 9.20 - Instalaţie de concentrare a sucului cu termofrigopompă

1-compresorul instalaţiei frigorifice; 2-vaporizator; 3-condensator pentru vaporii de apă; 4-racord către pompa de vid; 5-subrăcitorul instalaţiei frigorifice; 6-circuit apă de răcire; 7-ventil de

laminare; 8-oală de condens; 9-racord ieşire suc concentrat; 10, 13-pompe; 11-separator pentru suc concentrat; 12-conductă de recirculare; 14-racord intrare suc.

În separatorul (11) are loc separarea vaporilor de apă din suc; vaporii

Page 264: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

268

ajung în condensatorul (3), în care se găseşte şi vaporizatorul instalaţiei frigorifice. Vaporii de apă se vor condensa pe suprafaţa exterioară a vaporizatorului instalaţiei frigorifice datorită temperaturii scăzute a acestuia. Racordul (4) realizează legătura cu o pompă de vid, ceea ce face ca întregul circuit al sucului să se găsească la o presiune inferioară celei atmosferice. Pompa (13) asigură alimentarea cu suc a vaporizatorului (2), iar pompa (10) realizează evacuarea sucului concentrat din instalaţie. Instalaţia frigorifică propriu-zisă este prevăzută cu subrăcitorul (5), care foloseşte apă pentru răcirea agentului frigorific în stare lichidă. Concentrarea sucurilor prin congelare – crioconcentarea - se realizează prin separarea apei sub formă de cristale de gheaţă, ca urmare a răcirii produsului sub o anumită temperatură. Metoda este mai avantajoasă decât concentrarea prin evaporare, din punct de vedere al consumurilor energetice (pentru congelare unui kg de apă sunt necesari 335 kJ, în timp ce pentru evaporarea sa se consumă 2260 kJ). Pe de altă parte costurile implicate de obţinerea temperaturilor negative sunt mai mari decât cele necesare obţinerii temperaturilor pozitive şi din acest motiv unii autori [29] sunt de părere că nu există diferenţe semnificative între cele două metode, din punct de vedere al costurilor. Trebuie ţinut cont însă de faptul că se asigură calitate superioară a sucului concentrat prin crioconcentrare deoarece încălzirea (impusă de vaporizarea apei) conduce la pierderi ale aromei şi culorii şi produce distrugerea unor substanţe.

Temperatura la care se realizează crioconcentrarea depinde de tipul sucului şi de concentraţia în substanţă uscată (fig. 9.21) [53, 57] şi este dată de concentraţia punctului eutectic (vezi subcapitolul 5.3).

Fig. 9.21 – Curbe de congelare pentru unele lichide alimentare [57] 1-extract de cafea; 2-suc de mere; 3-suc de coacăze negre; 4-vin.

Deoarece eficienţa separării cristalelor de gheaţă depinde de forma şi mărimea acestora, este de preferat obţinerea unor cristale de dimensiuni mari, prin utilizarea unor viteze mici de răcire. În acelaşi timp însă trebuie să se ţină cont de faptul că scăderea temperaturii conduce la creşterea vâscozităţii sucului, ceea ce poate face dificilă separarea cristalelor de gheaţă. Ca urmare, dacă se porneşte de

Page 265: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

269

la o concentraţie a sucului de 10…20%, se poate ajunge în final la o concentraţie de 50…60% [30]. Crioconcentrarea presupune parcurgerea a două faze: formarea cristalelor de gheaţă şi separarea acestora. Schema de principiu a unei instalaţii de crioconcentrare este prezentată în fig. 9.22 [63]. Generatorul de cristale (2) are rolul de a asigura formarea unor cristale de gheţă de dimensiuni mici (10…20 µm diametru) în masa de suc. În tancul de creştere a cristalelor, cristalele mici de gheaţă se topesc şi asigură formarea unor cristale de gheaţă de dimensiuni mai mari* (120…250 µm diametru), ce vor fi separate din masa de suc în separatorul (4).

Generatorul de cristale de gheaţă (fig. 9.23) este format dintr-o manta cilindrică (4), prin interiorul căreia circulă sucul; aceasta este răcită la exterior de către agentul frigorific care circulă prin cămaşa de răcire (1).

Gheaţa formată pe suprafaţa interioară a mantalei (4) este desprinsă de către lamelele racloare (3), aflate pe cilindrul rotativ (2). Pin racordul (6) din generator va ieşi un amestec de suc în stare lichidă, în care se găsesc cristale de gheaţă de dimensiuni mici.

Creşterea cristalelor are loc fie menţinând suficient timp amestecul lichid-gheaţă în tanc, fie realizând răcirea continuă a amestecului, cu ajutorul unui schimbător de căldură, ca în cazul din fig. 9.24.

Fig. 9.22 – Schema de principiu a instalaţiei de criococentrare [65]

1-rezervor de alimentare cu suc; 2-generator de cristale de gheaţă; 3-tanc de creştere a cristalelor; 4-separator de cristale (coloană de spălare); 5, 6, 7-pompe

Separarea cristalelor de gheaţă din suc se realizează prin centrifugare-

filtrare, presare-filtrare sau spălare în coloane verticale (cazul schemei din fig. * mecanismul Ostwald de recristalizare, descris de Wilhelm Ostwald în 1896.

Page 266: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

270

9.22). În fig. 9.25 este prezentat principiul de funcţionare al unei coloane de separare de tip Phillips, la care alimentarea cu amestec suc-gheaţă se face pe la partea superioară (racordul 7). Pistonul (1) asigură compactarea masei de cristale de gheaţă, în timp ce sucul concentrat trece prin filtrul (2). Zona inferioară a coloanei de cristale de gheaţă (5) este topită cu ajutorul serpentinei de încălzire (4), iar apa iese apoi din coloană prin racordul (3).

Fig. 9.23 – Generator de cristale 1-cămaşă de răcire; 2-cilindru rotativ; 3-lamele racloare; 4-manta cilindrică; 5-intrare suc; 6-ieşire suc şi cristale de gheaţă.

Fig. 9.24 – Răcirea amestecului din

tancul de creştere a cristalelor 1-tanc de creştere a cristalelor; 2-racord intrare amestec; 3-racord ieşire amestec; 4-schimbător

de căldură; 5, 6-racorduri pentru agentul de răcire.

Fig. 9.25 – Coloană de tip Phillips pentru separarea sucului concentrat

1-piston; 2-filtru; 3-racord ieşire apă; 4-serpentină de încălzire; 5-coloană compactă de gheaţă; 6-racord ieşire suc concentrat; 7-

racord intrare amestec. Pentru creşterea gradului de concentrare a sucului, instalaţiile industriale

realizează crioconcentarea în mai multe trepte; ca exemplu, în fig. 9.26 este prezentată schema unei instalaţii de criooconcentrare în trei trepte [47], la care sucul concentrat şi amestecul de suc cu gheaţă circulă în contracurent.

Pentru conservarea sucurilor concentrate se poate aplica congelarea acestora. Necesarul de frig pentru congelare depinde de conţinutul de substanţă

Page 267: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

271

uscată şi, evident, de nivelul temperaturii finale. În principiu, cu cât sucul este mai concentrat, cu atât necesarul de frig pentru congelare este mai mic.

Fig. 9.26 – Instalaţie de crioconcentrare în trei trepte [57]

1, 2, 3- rezervoare de creştere a cristalelor; 4, 5, 6- generatoare de cristale de gheaţă; 7-compresorul instalaţiei frigorifice; 8-condensator; 9-rezervor agent frigorific lichid; 10-ventil de laminare; 11-

separator de lichid; 12-rezervor de alimentare cu suc; 13-coloană de spălare; L-agent frigorific lichid; V-vapori de agent frigorific.

9.8. PRODUCEREA ÎNGHEŢATEI [34, 38] Termenul generic de îngheţată se aplică unui grup de produse alimentare, având diferite compoziţii, la a căror fabricare rolul esenţial revine frigului artificial. În general însă, prin îngheţată se înţelege acel produs alimentar care se obţine prin congelarea unui amestec format din mai multe componente (lapte sau produse lactate, ouă, zahăr, apă, sucuri de fructe sau fructe, aromatizanţi, emulgatori, stabilizatori etc.).

În funcţie de consistenţă, îngheţata poate fi; • moale, care se produce la locul de consum şi se vinde imediat după ieşirea

din congelator; • călită, care se vinde după călire şi depozitare.

Îngheţata poate fi realizată pe bază de lapte (sau alte produse lactate), dar şi pe bază de sucuri sau esenţe de fructe (fără lapte sau alt produs lactat), în acest caz fiind denumită şi îngheţată de fructe.

Page 268: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

272

Îngheţata conţine şi o cantitate importantă de aer, ce poate ajunge până la 50% din volumul total (fig. 9.27).

Fig. 9.27 – Compoziţia îngheţatei MSFN-componente solide din lapte, altele decât grăsimea (lactoză, cazeină, minerale, proteine); E/S-emulgatori/stabilizatori.

9.8.1. Producerea îngheţatei pe bază de lapte

Procesul tehnologic de obţinere a îngheţatei pe bază de lapte cuprinde următoarele etape:

1. Amestecarea materiilor prime, după cântărirea prealabilă, componentele fiind introduse într-o anumită ordine; se obţine astfel un amestec, denumit mix.

2. Pasteurizarea amestecului, la temperaturi şi pe durate de timp care depind de tipul stabilizatorului şi al aparatului folosit.

Pasteurizarea se poate realiza discontinuu, în şarje (în recipienţi având cămaşă dublă, prin care circulă agentul de încălzire) sau continuu, în schimbătoare de căldură cu plăci. În tabelul 9.10 sunt prezentaţi parametrii procesului de pasteurizare pentru diferite variante.

Tabelul 9.10 Parametrii procesului de pasteurizare a îngheţatei

Procedeul Temperatura Durata Pasteurizare discontinuă 66…78 oC 90 min Pasteurizare discontinuă 71 oC 10 min Pasteurizare continuă, în schimbător de căldură cu plăci

93…105 oC 15…25 s

Page 269: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

273

3. Filtrarea, ce are ca scop reţinerea eventualelor impurităţi mecanice introduse odată cu materiile prime.

4. Omogenizarea are rolul de a forma emulsia, astfel încât dimensiunile particulelor de grăsime provenite din lapte să nu depăşească 1…2 µm diametru (fig. 9.28); omogenizarea are loc, de obicei, la temperatura de pasteurizare şi se realizează sub presiune, într-o singură fază sau în două faze.

Fig. 9.28 – Efectul omogenizării asupra dimensiunilor particulelor de grăsime

a) produs neomegenizat: diametrul particulelor 1…10 µm, diametrul mediu 2 µm. b) produs omogenizat într-o singură treaptă (17 MPa): diametrul particulelor 0,5…2 µm, diametrul

mediu 0,5 µm; aglomerări de particule. c) produs omogenizat în două trepte (17 /3,5 MPa): diametrul particulelor 0,5…2 µm,

diametrul mediu 0,5 µm; particule dispersate.

5. Răcirea amestecului, imediat după omogenizare, la temperaturi de 0…4oC, în schimbătoare de căldură cu plăci sau multitubulare.

6.Maturarea, ce se realizează cu scopul răcirii şi cristalizării grăsimilor, pentru a îmbunătăţi textura îngheţatei; aceasta are loc la o temperatură de 4 oC, în recipienţi de stocare cu agitator, timp de cel puţin 3…4 ore.

7. Introducerea în amestec a susbstanţelor de aromatizare şi colorare. 8.Congelarea parţială a amestecului se realizează în aparate speciale

(freezere), ce permit înglobarea de aer în produs, conducând astfel la creşterea volumului (scăderea densităţii). În principiu, efectul de creştere a volumului prin introducerea de aer se reduce odată cu scăderea conţinutului de grăsime. Aparatul de congelare este format din doi cilindri concentrici, între care circulă agentul frigorific, în timp ce în interiorul cilindrului central (de lucru) se găseşte un dispozitiv cu palete de batere şi cuţite de răzuire; paletele de batere au rolul de amesteca şi îngloba aerul în masa de îngheţată, în timp ce cuţitele de răzuire desprind gheaţa formată pe suprafaţa interioară a cilindrului de lucru.

În fig. 9.29 este prezentată schema de principiu unei instalaţii de congelare cu funcţionare discontinuă, la care amestecul cu aerul are loc în compartimentul separat (4). Pompa (7) trimite apoi amestecul de îngheţată, în care a fost înglobat aerul, în congelatorul propriu-zis (8), prin a cărui manta (9) circulă agentul frigorific. Rotorul (10) realizează baterea, acesta fiind prevăzut cu cuţite ce asigură răzuirea îngheţatei de pe suprafaţa interioară.

Figura 9.30 prezintă construcţia unui astfel de freezer, cu funcţionare

Page 270: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

274

discontinuă, iar în fig. 7.23 este prezentată schema de principiu a unui freezer de tip Hoyer, la care amestecarea cu aerul are loc în aceeaşi incintă în care are loc şi congelarea.

Fig. 9.29 – Aparat pentru congelarea îngheţatei, cu funcţionare discontinuă

1-rezervor pentru amestecul de înghţată; 2-limitator de nivel; 3, 7-pompe; 4-compartiment pentru introducerea aerului; 5-ventil pentru dozarea aerului; 6-manometru; 8-congelator; 9-manta dublă,

pentru agent frigorific; 10-rotor; 11-racord ieşire îngheţată; 12-supapă de reglare a presiunii.

Fig. 9.30 – Construcţia unui freezer cu funcţionare discontinuă

1-cilindrul de lucru; 2-rotor cu palete şi cuţite; 3-vas de alimentare; 4-spaţiu pentru circulaţia agentului frigorific; 5-batiu; 6-motor electric de antrenare; 7-izolaţie termică.

Freezerele cu funcţionare continuă prezintă următoarele avantaje faţă de

cele cu acţiune intermitentă: • încorporarea aerului este mai uşoară, iar gradul de creştere a volumului

poate fi modificat după necesităţi; • reglajele efectuate rămân nemodificate pe tot parcursul procesului de

lucru; • se reduce timpul de lucru datorită vitezei mai mari a mixului prin freezer;

Page 271: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

275

• îngheţata poate fi evacuată din freezer la temperaturi mai scăzute şi având o structură mai fină şi mai uniformă;

• există posibilitatea ambalării îngheţatei la evacuarea din freezer. Construcţia unui astfel de freezer este prezentată în figura 9.31.

Alimentarea cu mix a maşinii este asigurată de către vasul de recepţie (1). Pompa (2) asigură presiunea necesară în prima treaptă de transport a mixului spre camera de lucru. Încorporarea aerului o realizează pompa (3), al cărei debit este mai mare decât cel al pompei (2). Nivelul depresiunii create ca urmare a diferen-ţei de debit dintre cele două pompe este indicat de către vacuummetrul (4), valva (5) făcând posibilă pătrunderea aerului în mix. Amestecul intră în cilindrul de lucru prin racordul rotativ (7). Baterea mixului este asigurată de bătătorul cu palete (8), îngheţata formată fiind rasă de pe pereţii camerei de către lamele de răzuire (9).

Fig. 9.31 – Freezer cu funcţionare continuă

1-tanc de alimentare; 2, 3-pompe; 4-vacuumetru; 5-valvă aer; 6-racord fix; 7-racord rotativ; 8-palete; 9-lamele de răzuire; 10-manta interioară; 11-cilindru intermediar; 12-manta exterioară; 13-

conductă retur agent frigorific; 14-racord ieşire agent frigorific; 15, 23-robineţi; 16-conductă intrare agent frigorific lichid; 17-supapă reglare nivel agent frigorific ; 19-ventil de laminare; 20-filtru; 21-

ajutaj; 22-conductă de alimentare a mantalei interioare cu agent frigorific.

Page 272: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

276

Amoniacul lichid, adus prin conducta (16), ajunge la supapa (17) a

plutitorului regulatorului de nivel şi apoi la ventilul de laminare (19). Circuitul amoniacului continuă prin ajutajul Venturi (21) şi conducta (22) de alimentare cu agent frigorific a mantalei interioare (10). După evaporare (ca urmare a schim-bului de căldură cu mixul) amoniacul se reîntoarce în camera de nivel constant prin conducta de retur (13).

Temperatura îngheţatei la ieşirea din congelator este de -4…-5 oC pentru îngheţata ce se ambalează în bidoane şi -6,5…-7 oC pentru îngheţata ce urmează a fi porţionată şi apoi ambalată.

9. Călirea se efectuează pentru a da consistenţă îngheţatei, care iese din faza anterioară într-o stare semifluidă, ce nu-i permite să-şi păstreze forma în timp. Călirea se realizează în tunele de răcire cu aer, în care temperatura aerului este de -35…-40 0C, iar viteza acestuia la nivelul produselor este de 3…6 m/s; de multe ori se folosesc instalaţii de congelare în strat fix de tip Gyrofreeze (fig. 7.12). Călirea poate fi de asemenea realizată în congelatoare cu plăci metalice sau cu azot lichid. Prin călire se asigură o creştere a cristalelor de gheaţă până la un diametru mediu de 45…55 µm (fig 9.32) [57].

Fig. 9.32 - Distribuţia dimensiunilor cristalelor de gheaţă în îngheţata călită.

Construcţia unui tunel pentru călirea îngheţatei (fără izolaţia termică exterioară) este prezentată în fig. 9.33.

10. Depozitarea îngheţatei călite se face la temperaturi de -22…-30 0C; durata admisibilă a depozitării variază între 6 luni (pentru o temperatură de depozitare de -18 0C) şi 18 luni (la o temperatură de depozitare de -300C). Fluctuaţiile mari ale temperaturii de depozitare conduc la apariţia unor fenomene de recristalizare, ce au ca efect modificarea structurii îngheţatei.

Depozitarea îngheţatei se face în depozite prevăzute cu evaporatoare montate pe tavan sau pe pereţi, preferându-se răcirea prin circulaţia forţată a aerului, cu ajutorul ventilatoarelor.

Transportul la distanţă al îngheţatei se face cu mijloace de transport autofrigorifice, care pot menţine o temperatură de circa -20 °C. Punctele de distribuţie sunt şi ele dotate cu echipamente de răcire; trebuie asigurată o

Page 273: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

277

temperatură de -12...-13 °C, pentru ca îngheţata să aibă o consistenţă optimă pentru consum.

Fig. 9.33 – Tunel pentru călirea îngheţatei

Schema unei linii tehnologice pentru obţinerea îngheţatei este prezentată

în figura 9.34. Mixul depozitat în vanele de formare şi pasteurizare (1) este preluat de pompa de transport (2) şi trimis prin filtrul (3) la omogenizatorul (4). După terminarea procesului de omogenizare, mixul este transferat în răcitorul (5), iar apoi în vanele de maturare (6). Urmează procesul de dozare şi amestecare a mixului cu arome, coloranţi, etc. în vanele (7), prevăzute cu agitator mecanic. Amestecul astfel obţinut se introduce în freezerul continuu (8), îngheţata rezultată fiind trimisă la dozatorul de umplut cornete, pahare, cutii, etc. (9); la ieşirea acestuia se află supapa de suprapresiune (10) şi supapa de umplere (11). Ultima operaţie înainte de călire şi depozitare este ambalarea, efectuată cu ajutorul maşinii (12).

Fig. 9.34 - Schema liniei tehnologice pentru obţinerea îngheţatei

1-vanele de formare şi pasteurizare; 2- pompe; 3-filtru; 4-omogenizator; 5-răcitor; 6-vane de maturare; 7-vană de dozare şi amestecare; 8- freezer continuu; 9-dozator de umplut cornete,

pahare, cutii; 10-supapă de suprapresiune; 11-supapă de umplere; 12-maşină de ambalat.

Page 274: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

278

9.8.2. Producerea îngheţatei fără grăsime Îngheţata fără grăsime este realizată fără lapte sau alte produse lactate, conţinând în schimb fructe, sucuri sau esenţe de fructe, acid din fructe, stabilizatori, coloranţi etc.

Tehnologia de producere a acestei îngheţate este asemănătoare cu cea aplicată îngheţatei pe bază de lapte, diferenţele fiind următoarele:

• cantitate mai mică de aer încorporat; • conţinut mai mare de zahăr; • structură mai grosieră şi onctuozitate mai mică, ceea ce conduce la

obţinerea unei senzaţii mai puternice de rece. 9.9. UTILIZAREA FRIGULUI ÎN INDUSTRIA VINULUI Frigul poate fi utilizat în industria vinului în urmă în următoarele faze tehnologice [34]:

• în timpul fermentaţiei mustului; • pentru tratarea şi conservarea mustului; • după terminarea fermentaţiei mustului; • la fabricarea vinurilor spumante.

9.9.1. Utilizarea frigului artificial în timpul fermentaţiei mustului În timpul fermentaţiei are loc transformarea zaharurilor din must, fenomen însoţit de creşterea temperaturii acestuia (fig. 9.35) [56].

Fermentaţia se desfăşoară normal atât timp cât temperatura mustului este de 15...20 0C; la temperaturi mai mari, drojdiile selecţionate devin inactive. Pe de alta parte, la temperaturi de 10...12 oC intesitatea procesului de fermentaţie scade, pentru ca la 7...8 oC fermentaţia să înceteze. Ca urmare este indicat ca pe parcursul fermentării temperatura mustului să fie de 15...18 oC. În nici un caz temperatura nu trebuie să depăşească 30 oC pentru vinurile roşii şi 20 oC pentru vinurile albe.

Cele mai simple pro-

Fig. 9.35 – Evoluţia temperaturii şi densităţii mustului în timpul fermentării

Page 275: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

279

cedee de răcire a mustului presupun răcirea cisternelor în care are loc fermentaţia prin stropirea acestora cu apă. În fig. 9.36 este prezentată schema unei instalaţii frigorifice utilizate pentru menţinerea temperaturii optime a mustului în timpul fermentaţiei. În acest caz mustul fermentează în tancurile (5); acestea sunt prevăzute cu o cămaşă exterioară de răcire prin care circulă agentul intermediar răcit (apă sau soluţie de apă şi etilen-glicol).

Agentul intermediar este răcit de către centrala frigorifică (1), ce conţine compresorul şi condensatorul, iar pompele (2) şi (4) asigură circulaţia agentului intermediar. În funcţie de mărimea instalaţiei (numărul şi capacitatea tancurilor de fermentare ce trebuie răcite) aceasta poate fi prevăzută cu rezeroare-tampon (pentru agentul intermediar) exterioare (3) sau cu rezervoare de capacitate mai mică, montate în interiorul centralei frigorifice (1).

Fig. 9.36 – Instalaţie pentru menţinerea constantă a temperaturii mustului în

timpul fermentaţiei 1-centrală frigorifică; 2, 4-pompe; 3-rezervoare tampon; 5-tancuri de fermentare; 6-panou de

comandă.

Page 276: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

280

9.9.2. Folosirea frigului artificial pentru tratarea şi conservarea mustului

Răcirea mustului după obţinere întârzie fermentaţia şi facilitează astfel limpezirea; de asemenea, această operaţie permite dizolvarea unei cantităţi mai mari de oxigen, asigurând îmbunătăţirea buchetului.

Răcirea se realizează fie în vasele de păstrare, în care se introduc serpentine de răcire prin care circulă un agent intermediar, fie cu ajutorul unor schimbătoare de căldură cu plăci, multitubulare sau cu ţevi concentrice (fig. 9.38), utilizându-se şi în acest caz agenţi de răcire intermediari. În cazul în care răcirea se realizează în schimbătoare de căldură, mustul trebuie în prealabil filtrat, pentru a se evita înfundarea traseelor hidraulice.

Şi în cazul mustului se poate aplica crioconcentrarea, obţinându-se în final un must cu circa 60% zaharuri.

Fig. 9.37 – Tanc de fermentare cu manta de răcire 1-manta de răcire; 2-gură de descărcare.

Fig. 9.38 – Schimbător de căldură cu ţevi concentrice, pentru răcirea mustului

Page 277: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

281

Ca principiu, crioconcentrarea mustului se face la fel ca şi în cazul sucurilor naturale; în fig. 9.39 este prezentată schema de principiu a procedeului Heiss-Neuerburg, ce realizează crioconcentrarea mustului în două trepte [13].

În prima treaptă de concentrare mustul este congelat prin contact cu suprafaţa răcită a cilindrului (2), iar presa cu şurub (3) şi apoi centrifuga (5) asigură separarea mustului concentratz. Urmează a doua treaptă de concentrare, mustul venind în contact cu suprafaţa răcită a cilindrului (6) şi fiind apoi separat cu ajutorul unei a doua centrifuge. Mustul concentrat iese prin racordul (7), în timp ce cristalele de gheţă separate de către centrifugă sunt trimise din nou în tancul de alimentare, asigurându-se astfel o prerăcire a mustului.

Procedeul de concentrare Pépin-Gasquet (fig. 9.40) asigură congelarea mustului direct în vaporizatorul (4) al instalaţiei frigorifice; mustul concentrat, rece, trece prin schimbătorul de căldură (3), asigurând prerăcirea mustului preluat din rezervorul (1), la intrarea în instalaţie. Mustul concentrat este apoi colectat în rezervorul (2).

Fig. 9.37 – Procedeul Heiss-Neuerburg pentru crioconcentrarea mustului

1-pompe; 2, 6-congelatoare prin contact, cilindrice; 3-presă cu şurub; 4-rezervor cu agitator; 5-centrifugă; 7-ieşire must concentrat.

Se observă că, în acest caz, congelarea mustului are loc direct în vaporizatorul instalaţiei frigorifice (4), gheaţa fiind apoi separată din mustul concentrat de către centrifuga (7). În bazinul (8) gheaţa separată asigură răcirea

Page 278: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

282

apei utilizate pentru răcirea condenstatorului (10) al instalaţiei frigorifice, apă preluată de la turnul de răcire (9) şi vehiculată cu ajutorul unei pompe. 9.9.3. Utilizarea frigului artificial după terminarea fermentaţiei mustului

După terminarea fermentaţiei vinurile tinere, destinate îmbutelierii timpurii, trebuie limpezite, operaţie care constă în eliminarea excesului de bitartrat de potasiu.

Precipitarea sărurilor tartrice anterior îmbutelierii este un fenomen natural, ce avantajează calitatea ulterioară a vinului. Când însă precipitarea tartrică apare după îmbuteliere, ea este considerată un accident, întrucât modifică nefavorabil aspectul comercial al vinului. Mulţi consumatori, necunoscând natura precipitatului şi nefiind convinşi de inofensivitatea lui, nu acceptă asemenea vinuri.

Fig. 9.40 - Crioconcentrarea mustului prin procedeul Pépin-Gasquet

1-rezervor must; 2-rezervor must concentrat; 3-schimbător de căldură pentru prerăcire; 4-congelator; 5-compresorul instalaţiei frigorifice; 6-pompe; 7-centrifugă; 8-răcitor apă; 9-turn răcire apă; 10-

condensator. Precipitările tartrice apar cu frecvenţă mai mare la vinurile tinere,

incomplet stabilizate şi mai rar la cele îmbuteliate după o păstrare îndelungată la butoi. Precipitările sunt, de asemenea, frecvente la vinurile care înainte de îmbuteliere au fost păstrate în cisterne de beton insuficient protejate la interior, precum şi la cele dezacidifiate cu carbonat de calciu.

Precipitatul tartric apare mai ales iarna, când buteliile sunt păstrate la temperaturi scăzute; acesta se redizolvă, în totalitate sau în parte, o dată cu ridicarea temperaturii. Când alături de cristalele de săruri tartrice se depun şi alte substanţe, ca de exemplu proteine, taninuri, sau levuri şi bacterii, depozitul este mai puţin strălucitor, iar culoarea lui este albă-murdară la vinurile albe şi albă-roşietică la cele roşii. În acest caz, după agitare şi punerea în suspensie a depozitului, vinul se menţine tulbure timp mai îndelungat, deoarece substanţele necristaline însoţitoare se depun mai lent.

Page 279: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

283

Manifestarea precipitării diferă puţin de la un vin la altul. Atât la vinurile albe, cât şi la cele roşii îmbuteliate, se observă uneori un depozit sedimentat la fundul buteliilor, format din cristale incolore sau uşor alburii, depozit ce nu este dăunător sănătăţii şi nici nu tulbură vinul. La răsturnarea buteliei sau la agitarea vinului, depozitul se ridică în suspensie, dar se sedimentează din nou destul de repede, lăsănd, după un scurt repaus, vinul limpede. La turnarea vinului în pahar, deşi cea mai mare parte a depozitului rămâne la fundul buteliei şi numai o mică parte trece în vin, consumatorul devine totuşi suspicios cu privire la calitate. Din acest motiv asemenea vinuri sunt trecute, de obicei, în mod exagerat, în rândul celor cu defecte.

Podgorenii şi negustorii cunosc influenţa benefică a frigului din timpul iernii asupra vinurilor tinere [54]. Ei nu se hazardează să pună vinul în consum decât după ce s-a făcut simţit frigul iernii, care contribuie la depunerea sărurilor tartrice şi odată cu ele sunt antrenate şi unele particule ce formează tulbureala din vin; vinul se limpezeşte şi capătă o oarecare stabilitate fizico-chimică.

După pritocul vinurilor, vasele sunt expuse la acţiunea frigului natural (gerului), timp de câteva săptămâni. În acest scop se lasă deschise ferestrele şi parţial uşile de la cramă. Deoarece prin congelare vinul îşi măreşte volumul, este necesar să se lase la vase un mic gol, pentru gheaţa care se formează la suprafaţă. Altfel, există riscul ca vasele din lemn şi cisternele din polistif să crape. Nu se urmăreşte îngheţarea vinului din vase, ci răcirea lui la o temperatură de -1°…-2°C când încep să se formeze cristale de gheaţă în masa vinului. Din acel moment, vinul trebuie menţinut la temperatura respectivă cel puţin 2 săptămâni, pentru depunerea sărurilor tartrice. La sfârşit, vinul perfect limpede şi lipsit de sloiurile de gheaţă este tras de pe depozit.

Fig. 9.41 – Influenţa temperaturii asupra solubilităţii sărurilor tartrice [13]

Spre deosebire de acţiunea frigului natural, tratamentul vinului prin refrigerare cu frig artificial este un proces tehnologic dirijat şi controlat, prin care se urmăresc mai multe obiective:

• insolubilizarea rapidă a excesului de tartraţi din vin; • eliminarea materiilor organice rămase în suspensie, în masa vinului; • grăbirea procesului de maturare a vinului prin absorbţia suplimentară

de oxigen, ocazionată de vehicularea vinului prin pompare şi filtrare.

Page 280: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

284

Refrigerarea se aplică doar la vinurile cleite şi filtrate, pregătite pentru îmbuteliere; refrigerarea separată a vinurilor înainte de cupajare nu asigură stabilizarea tartrică a amestecului final de cupaj. Temperatura de refrigerare a vinurilor trebuie să fie cât mai aproape de punctul de congelare, de regulă ea fiind mai ridicată cu +0,5 °C. Tratamentul vinurilor cu frig se poate realiza tehnologic prin mai multe procedee :

• procedeul clasic de răcire a vinului până la nivelul punctului de congelare, într-un timp foarte scurt (câteva secunde) urmată de depozitarea vinului refrigerat în cisterne izoterme pentru formarea cristalelor de săruri tartrice (10-14 zile) şi în final de filtrarea vinului în filtre izoterme pentru separarea cristalelor fine de THK (tartrat acid de potasiu) şi TCa (tartrat de calciu) rămaşi în masa vinului;

• procedeul de stabilizare prin contact, care conjugă acţiunea frigului cu cea a germenilor de cristalizare. Vinul răcit este însămânţat cu cristali foarte fini de THK (pudră) care să polarizeze fenomenele de cristalizare a sărurilor tartrice şi să scurteze astfel durata tratamentului prin frig;

• procedeul de stabilizare în flux continuu, prin cristalizare provocată (însămânţare cu cristale de THK) şi separarea imediată a cristalelor de săruri tartrice care se formează. Schema de principiu a unei instalaţii pentru tratarea vinului prin

procedeul clasic este prezentată în fig. 9.42. Vinul ce trebuie tratat este preluat din rezervorul (1) de către pompa (2) şi trece prin schimbătorul de căldură (3), în care este prerăcit de către vinul tratat, ajungând la o temperatură de 10…15 0C.

Vinul ajunge apoi în răcitorul (8), care este de fapt un schimbător de căldură (vaporizator) cu plăci sau multitubular. În acest schimbător de căldură agentul frigorific ce se evaporă realizează răcirea vinului până la -4…-5 0C, într-un interval de timp de 20…30 secunde. Şocul termic produs de răcirea bruscă a vinului are rolul de a declanşa formarea cristalelor de tartrat.

Vinul este apoi stocat timp de 7…12 zile rezervoarele izoterme (4), pentru desăvârşirea procesului de cristalizare a sărurilor tartrice. După precipitarea sărurilor tartrice, vinul este trecut printr-un fltru izoterm (5), care realizează separarea acestora. Vinul circulă prin recuperatorul (3), asigurând prerăcirea vinului netratat şi este apoi trimis în rezervorul de stocare (7).

În unele instalaţii răcirea vinului este asigurată de către un agent frigorific intermediar (soluţie de apă şi clorură de calciu), pentru a se evita orice posibilitate de contaminare a vinului de către agentul frigorific.

Stabilizarea vinului faţă de precipitările tartrice prin procedeul clasic, cu toate avantajele sale, prezintă şi unele incovienente, în sensul că durata tratamentului este relativ lungă şi proporţional cu această durată cresc atât consumul de energie, pentru menţinerea vinului la temperatură scăzută, cât şi costul investiţiei reclamat de spaţiul necesar depozitării vinului în vase termoizolate.

Page 281: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

285

Fig. 9.42 – Schema de principiu a instalaţiei de tratare prin frig a vinului 1-rezervor vin; 2, 6-pompe; 3-recuperator; 4-tanc izoterm; 5-filtru; 7-rezervor de stocare; 8-răcitor;

9-regenerator; 10-compresor; 11-condensator; 12-ventil de laminare. Pentru reducerea duratei tratamentului se poate aplica procedeul de

stabilizare prin contact, care presupune introducerea în vinul refrigerat a unei cantităţi importante de tartrat acid de potasiu; acesta, adăugat sub formă de pudră fină cristalină, constituie suport pentru depunerea excesului de tartrat acid de potasiu. La sfârşitul tratamentului, tatratul adăugat împreună cu cel precipitat se separă din vin, la rece, prin centrifugare şi uneori prin filtrare, în vederea refolosirii lui. Temperatura la care se aduce şi se menţine vinul la tratamentul prin contact este de 0….±1 °C; temperaturi mai coborâte, dar superioare punctului de congelare, dau mai mare garanţie stabilităţii vinului.

Viteza de răcire nu este atât de importantă ca în cazul procedeului clasic, deoarece acţiunea pudrei de tartrat acid de potasiu ce se administrează vinului după răcire este mult mai eficientă.

Page 282: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

286

Timpul de contact dintre tartratul adăugat şi vinul refrigerat este de 3-5 ore, deci incomparabil mai scurt decât la tratamentul clasic.

Instalaţiile pentru detartrarea prin contact pot fi aceleaşi ce sunt folosite la tratamentul clasic; sunt însă necesare echipamente suplimentare pentru filtrarea vinului şi recuperarea cristalelor de tartrat.

În cazul procedeelor de stabilizare în flux continuu eliminarea cristalelor de tartrat acid de potasiu din vin se face în mod permanent. Aceste procedee pot îmbina acţiunea frigului cu cea a însămânţării vinului cu tartrat acid de potasiu endogen sau exogen.

Procedeul Crystal-Flow al firmei Alfa-Laval cuprinde trei etape principale:

• răcirea vinului sub punctul său de congelare în vederea formării de gheaţă şi a germenilor de cristalizare; în timpul răcirii vinul este agitat şi ferit de aer.

• menţinerea vinului refrigerat pe o durată relativ scurtă în cisterne de cristalizare, în vederea creşterii cristalelor de tartrat acid de potasiu ; acestea cresc repede sub influenţa conjugată a temperaturii scăzute şi a gradului alcoolic ridicat ce rezultă în urma îngheţării a 10...15 % din apa vinului.

• separarea cristalelor de tartrat acid de potasiu, după topirea prealabilă a gheţii prin trecerea vinului printr-un schimbător de căldură.

Schema de principiu a instalaţiei funcţionând după acest procedeu este prezentată în fig. 9.43.

Fig. 9.43 – Instalaţia Alfa-Laval pentru detartarea vinului după procedeul

Crystal-Flow 1-cuvă tampon; 2, 7- pompe; 3- schimbător cu plăci, în două trepte; 4- refrigerator prevăzut cu

sistem de raclare a gheţii; 5- compresorul instalaţiei frigorifice; 6- cisterne de cristalizare; 8- separator centrifugal

Din cuva tampon (1), vinul este pompat în schimbătorul cu plăci (3),

unde se răceşte de la 15 ˚C la circa -2,5 ˚C, circulând în contracurent cu vinul

Page 283: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

287

deja tratat. De aici vinul trece printr-un refrigerator cu suprafaţa raclată (4), în care este răcit sub punctul de congelare, la -8 oC, agentul frigorific lichid fiind asigurat de către un agregat frigorific. Refrigeratorul este prevăzut cu un mecanism rotativ pentru raclarea gheţii ce aderă la pereţii interiori. În urma refrigerării, circa 10-15 % din apă îngheaţă. Prin formarea gheţii se măreşte gradul de suprasaturare a vinului în tartrat acid de potasiu, iar ca urmare creşte viteza de cristalizare a acestuia.

Vinul ce conţine cristale de gheaţă şi germeni de cristalizare de tartrat acid de potasiu este trimis în cisternele de cristalizare termoizolate (6), ce sunt echipate cu agitatoare care împiedică sedimentarea cristalelor. În acest mod se creează un contact intim între suprafaţa cristalelor şi vinul refrigerat, condiţie esenţială pentru creşterea cristalelor. Timpul teoretic de trecere a vinului prin cisterna de cristalizare este de circa 90 de minute.

Din cisternele de cristalizare vinul, încărcat cu cristale de gheaţă şi de tartru, este pompat în prima treaptă a schimbătorului cu plăci (3). Aici, prin încălzire datorată circulaţiei în contracurent cu vinul ce intră la refrigerare, cristalele de gheaţă se topesc. La această temperatură cristalele de tartrat acid de potasiu nedizolvându-se, acestea sunt eliminate cu ajutorul unui separator centrifugal (8). Vinul limpezit trece apoi în a doua treaptă a schimbătorului cu plăci în vederea prerăcirii vinului netratat. Cristalele de tartrat acid de potasiu, separate prin centrifugare, pot fi reintroduse în circuitul vinului. În acest caz viteza de cristalizare este accelerată, timpul de trecere prin cisterna de cristalizare fiind mai redus, iar tratamentul, în ansamblu, mai eficient. 9.9.4. Utilizarea frigului artificial pentru producerea vinurilor spumoase

Vinurile spumoase se fabrică pornind de la vinuri integral sau parţial fermentate, care mai conţin încă o oarecare cantitate de zaharuri, sau din vinuri la care se adaugă o anumită cantitate de zahăr şi drojdie.

După îmbuteliere şi închiderea etanşă a sticlelor acestea se depozitează la 9…11 0C, timp de şase săptămâni, perioadă în care are loc fermentarea zahărului, cu formarea de bioxid de carbon; în acelaşi timp are loc depunerea de săruri şi drojdie. Depozitul format este adunat către gâtul sticlei, prin aşezarea acesteia cu dopul în jos; gâturile sticlelor sunt imersate într-un agent intermediar cu o temperatură de -20 0C, ceea ce are ca efect congelare depozitului. Dopul este apoi scos şi suprapresiunea creată de către bioxidul de carbon expulzează depozitul congelat. După această operaţie (degorjare) sticlele sunt completate până la umplere şi astupate rapid.

9.10. UNELE ASPECTE IGIENICO-SANITARE ŞI DE CALITATE [38] 9.10.1. Carne de pasăre

La aplicarea tehnologiilor frigorifice, precum şi în cadrul tuturor fazelor de prelucrare tehnologică a păsărilor, trebuie respectate toate prescripţiile

Page 284: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

288

sanitar-veterinare în vigoare.

Fig. 9.44 – Aparat de degorjare 1-bazin cu agent intermediar; 2-

vaporizator; 3-sticlă; 4-coş metalic; 5-capace.

Contaminarea microbiologică a cărnii de pasăre se poate produce în timpul refrigerării prin imersie sau stropire cu apă răcită, sau în timpul operaţiilor de eviscerare.

Conservabilitatea păsărilor creşte substanţial dacă ambalarea este făcută sub vid în folii de material plastic, impermeabile la oxigen.

Principalele modificări de calitate la aplicarea tehnologiilor frigorifice sunt legate de aspectul comercial, aromă, gust, frăgezime şi suculentă.

Din punct de vedere al aspectului comercial, principalele modificări ale calităţii păsărilor conservate prin frig sunt [38]:

• închiderea culorii suprafeţei carcaselor de pasăre, care se poate produce atât în cazul păsărilor refrigerate, cât şi în cazul celor congelate. Această închidere a culorii se datoreşte, în cazul păsărilor congelate, formării de cristale mari de gheaţă în straturile superficiale, ca urmare a unor viteze mici de congelare sau unor pierderi în greutate exagerat de mari.

• Arsurile de congelare, manifestate în fază incipientă prin apariţia de pete gălbui-gri care persistă şi după congelare, sunt frecvente în cazul depozitării de lungă durată a păsărilor neambalate sau ambalate în folii permeabile la vapori, la temperaturi de depozitare ridicate şi fluctuante şi la umidităţi relative scăzute ale aerului. Dacă arsurile de congelare sunt pronunţate, atunci ele sunt însoţite şi de alte modificări de calitate, cum ar fi pierderea aromei specifice ş.a.

• Închiderea culorii oaselor se manifestă prin apariţia, în special la păsările tinere, a culorii violet la oase şi la ţesuturile adiacente acestora, culoare care devine maronie atunci când carnea este gătită. Acest defect de calitate poate fi micşorat prin aplicarea unei viteze de congelare cât mai mari,

Page 285: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

289

prin gătire directă fără decongelare prealabilă şi prin gătire promptă, imediat după congelare.

• Pierderile de aromă specifică şi de gust specific şi apariţia unora străine sunt determinate de mai multe cauze, dintre care amintim: intervale prea mari între tăierea şi eviscerarea păsărilor sau între tăiere şi răcire, contaminări microbiologice iniţiale, oxidarea grăsimilor ca urmare a depozitării păsărilor congelate la temperaturi prea ridicate pe perioade prea lungi, ambalare deficitară, arsuri de congelare accentuate, metabolizarea de acizi graşi foarte nesaturaţi care se găsesc în făina de peşte utilizată în hrana păsărilor, administrarea unor medicamente păsărilor înainte de tăiere.

9.10.2. Peşti

Pentru asigurarea unor condiţii igienico-sanitare care să asigure salubritatea peştelui, la aplicarea tehnologiilor frigorifice este necesar să se respecte normele necesare de igienă, care includ curăţirea, spălarea şi dezinfectarea spaţiilor şi utilajelor frigorifice, asigurarea strictă a igienei personalului muncitor, îndepărtarea resturilor care rezultă în urma diverselor faze de prelucrare a peştelui şi dezodorizarea spaţiilor.

Intensitatea mirosurilor degajate de peşte este puternic influenţată de nivelul temperaturii. De exemplu, o cantitate de merlan, care degajă la 20°C, timp de 24 ore 1 mg de trimetilamină, la 0°C va degaja doar 0,015 g în aceeaşi perioadă de timp. Mirosurile sunt puternic preluate de atmosfera umedă din depozitele de peşte şi impregnate în materialele din interior (pereţi, pardosea, zăpada formată pe răcitoarele de aer ş.a.). Diferitele tipuri de ciment sunt toate poroase şi, practic, imposibil de dezodorizat dacă nu sunt acoperite cu straturi impermeabile la mirosuri (emulsii apoase de cauciuc clorurat singure sau asociate cu clorură de polivinil).

Dezodorizarea cea mai eficace a unei camere frigorifice de depozitare a peştelui se poate face prin spălare cu o soluţie diluată de formol (20 ml la un litru de apă), spălare cu o soluţie de hipoclorit de sodiu filtrat (35 g de clor activ la un litru de apă) sau prin ozonizare (20 ppm) urmată de o bună aerisire.

Principalele modificări de calitate care pot apărea la aplicarea tehnologiilor frigorifice (refrigerare, congelare, depozitare în stare răcită şi congelată) şi a decongelării sunt legate de râncezirea lipidelor, denaturarea proteinelor, arsurilor de congelare şi rigiditatea la decongelare.

În tabelul 9.10 sunt redate sintetic principalele modificări de calitate care se pot manifesta la aplicarea tehnologiilor de conservare prin frig a peştelui oceanic, cauzele acestora şi mijloacele de evitare sau remediere.

9.10.3. Lapte şi produse lactate

Deoarece laptele şi produsele lactate reprezintă medii favorabile de dezvoltare a microorganismelor este necesar ca în toate fazele tehnologiilor de

Page 286: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

290

Tabelul 9.10 Modificări de calitate ale peştelui la aplicarea tehnologiilor frigorifice [38]

Modificarea de calitate Cauzele posibile care determină modificarea calităţii

Mijloace de evitare sau de remediere*

Suprafaţă uscată şi culoare modificată

Arsură de congelare a, b, c

Culoare roşie-brună a suprafeţei

Reacţie carbonil-aminică Impurificare cu sânge

b, c, f d, c

Contractarea şi deformarea fileurilor de peşte

Tranşarea prerigor, urmată de instalarea rigidităţii înainte de congelare Rigiditate de decongelare

g

h, i

Gust iute sau rânced ca urmare a hidrolizării şi oxidării lipidelor

Depozitare necorespunzătoare Cataliza oxidării de către pigmentul porfirinic din sânge Pierderea prospeţimii înainte de congelare

a, b, c, f a

Miros aminic sau amoniacal Acţiuni ale microorganismelor înainte de congelare Degradarea spontană a oxidului de trimetilamină şi adeninnucleotidelor în timpul depozitării Acţiuni ale enzimelor bacteriene înainte de decongelare

j

g

b

Miros de hidrogen sulfurat sau de putrefacţie

Acţiuni ale enzimelor bacteriene înainte de decongelare

g, j

Consistenţă întărită (lipsă de frăgezime însoţită de pierderi mari de suc şi lipsă de suculentă)

pH prea scăzut Rigiditate de temperatură ridicată

k, l, m, t, u

j, r

Idem, cu structură fibroasă (aţoasă)

Denaturarea unor substanţe proteice b, r

Idem, cu structură aglomerată, granulară

Rigiditate de temperatură ridicată p, h, i, q

Consistenţă moale, vâscoasă pH prea ridicat datorat flămânzirii peştelui pH prea ridicat datorat întârzierii prelucrării, mai ales când temperatura, înainte de prelucrare, este ridicată

t, s

o, j, g

* a – scăderea temperaturii de congelare; b – scăderea temperaturii de depozitare în stare congelată; c – glasare, ambalare bună; d – sângerare bună, eviscerare imediat după prindere, introducere în apă de mare răcită; e – amânarea filetării până la sfârşitul rigidităţii; f – utilizarea de antioxidanţi; g – urgentarea operaţiilor de prelucare înaintea congelării; h - ridicarea temperaturii de depozitare înaintea decongelării; i - decongelarea lentă; j – refrigerare după prindere; k – schimbarea metodei de pescuit; l – lăsarea peştelui să se zbată cât mai mult înainte de moarte; m – admiterea unui început de autoliză înainte de congelare; o – eviscerare rapidă, congelare imediată; p – admiterea instalării rigidităţii înaintea congelării peştelui întreg; q – prepararea culinară numai după decongelare lentă; r – imersare în soluţie mixtă de clorură de sodiu şi tripolifosfat; s – ridicarea temperaturii şi prelungirea duratei de depozitare în stare congelată; t – schimbarea zonei de pescuit; u – ridicarea pH-ului cu ajutorul polifosfaţilor.

Page 287: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

291

fabricare a laptelui de consum şi a produselor lactate să se asigure o stare de igienă riguroasă prin respectarea cu stricteţe a tuturor normelor igienico - sanitare specifice. În acest sens, operaţiile de spălare şi dezinfecţie a aparatelor, utilajelor şi instalaţiilor tehnologice, a spaţiilor de producţie şi mijloacelor de transport, precum şi asigurarea stării de igienă a personalului productiv reprezintă condiţii indispensabile obţinerii unei calităţi corespunzătoare a produselor.

O deosebită importanţă în vederea asigurării calităţii produselor lactate o constituie asigurarea unei calităţi corespunzătoare a laptelui proaspăt şi o răcire cât mai rapidă, aplicată imediat după mulgere.

Controlul calităţii laptelui constă în verificarea proprietăţilor organoleptice, fizico-chimice şi microbiologice, astfel încât acestea să corespundă normelor stabilite prin standardele în vigoare şi să permită utilizarea în procese de prelucrare tehnologică.

Verificarea proprietăţilor organoleptice cuprinde controlul aspectului şi consistenţei, a culorii, a gustului şi a mirosului. Laptele trebuie să fie omogen, fără sedimente; culoarea laptelui normal este alb mat, iar a laptelui gras este alb gălbuie. Gustul, apreciat la temperatura ambiantă de 20 °C, este dulceag, plăcut, caracteristic; mirosul, mai uşor de apreciat la temperaturi mai ridicate, de aproximativ 60 °C, este caracteristic şi lipsit de mirosuri străine.

Verificarea proprietăţilor fizico-chimice cuprinde determinarea gradului de impurificare (cu ajutorul lactofiltrului), a densităţii (cu ajutorul termolactodensi-metrului), a pH-ului, a acidităţii, a conţinutului de grăsime.

Verificarea microbiologică cuprinde determinarea numărului total de germeni, a numărului de bacterii coliforme ş.a.

9.10.4. Ouă [38]

Cu foarte mici excepţii, imediat după ouare conţinutul oului are o încărcătură microbiană nulă, în timp ce coaja sa, mai ales în cazul ouălor murdare, este puternic contaminată microbiologic.

Cuticula (pelicula care acoperă coaja oului) îşi pierde rezistenţa sa la gaze şi lichide după aproximativ trei săptămâni. La ouăle proaspete, spălarea sau curăţirea uscată distrug cuticula, ceea ce conduce la posibilitatea penetrării microorganismelor prin coajă în interior, unde, găsind un mediu favorabil, se pot dezvolta relativ rapid.

De o mare importanţă în asigurarea unor condiţii igienico-sanitare corespunzătoare sunt operaţiile preliminare aplicării tratamentelor frigorifice, care presupun îndepărtarea ouălor cu fisuri ale cojii, sparte, murdare, cu pete de sânge ş.a. Un singur ou necorespunzător din punct de vedere sanitar poate fi purtătorul unui număr imens de microorganisme, de ordinul miliardelor de bacterii, iar introducerea lui într-un spaţiu de depozitare poate conduce la compromiterea întregului lot din care face parte.

Există standarde care stabilesc elementele de control al calităţii şi control microbiologic al ouălor conservate prin frig precum şi al melanjului de ou, gălbenuşului sau albuşului refrigerate sau congelate.

În timpul conservării ouălor în coajă în stare refrigerată se produc anumite

Page 288: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

292

modificări care depind de condiţiile de depozitare. Cauzele acestor modificări de calitate sunt de natură microbiologică şi fizico-chimică.

Principalele microorganisme care determină alterări ale ouălor refrigerate sunt bacteriile din genurile Pseudomonas, Proteus, Escherichia, Alcaligenes şi Aerobacter, mucegaiurile Penicillium, Monilia şi Cladosporium şi drojdia Rhodotorula. În condiţiile unei depozitări corecte aceste alterări nu se produc decât după 5...6 luni de depozitare în stare refrigerată.

Unele alterări sunt însoţite de o pigmentare intensă. Astfel, alterarea produsă albuşului de Pseudomonas determină o pigmentare de culoare verde denumită alterare verde. Alterarea produsă albuşului de anumite bacterii de acelaşi gen Pseudomonas determină o pigmentare de culoare roşie denumită alterare roşie. Bacterii din genul Proteus pot provoca aşa-numita alterare neagră, cu pigmentare de culoare închisă, manifestată prin lichefierea albuşului şi dispersarea gălbenuşului în albuş sau întărirea gălbenuşului.

Alterările provocate de către mucegaiuri apar mai frecvent în cazul condensării vaporilor de apă pe cochiliile ouălor şi în cazul unor umidităţi excesiv de mari ale aerului din spaţiul de depozitare.

Cazurile de infectări cu Salmonella sunt mai rare în cazul ouălor în coajă, dar pot apărea uneori la melanjul de ou nepasteurizat.

Ca modificări fizico-chimice în timpul depozitării ouălor refrigerate se pot menţiona: micşorarea vâscozităţii albuşului (fluidizare), mărirea dimensiunilor camerei de aer, aplatizarea gălbenuşului, slăbirea rezistenţei membranei viteline, pierderi în greutate şi reducerea densităţii, creşterea pH-ului, modificări de gust şi miros (miros tipic de ouă conservate prin frig care apare după aproximativ patru luni de depozitare). Toate aceste modificări pot fi reduse printr-o răcire promptă, printr-o acoperire cu o peliculă de ulei mineral a ouălor (aplicată nu mai târziu de 24 de ore după ouat) şi prin utilizarea unei atmosfere modificate. 9.11. NOŢIUNI PRIVIND CONTROLUL CALITĂŢII PRODUSELOR CONSERVATE PRIN FRIG Deoarece consumatorii se aşteaptă ca un produs congelat să aibă aceeaşi calitate ca şi produsul proaspăt, controlul calităţii produselor congelate are o importanţă deosebită- Modificarea calităţii produselor pot avea loc în timpul:

• congelării; • depozitării produsului congelat; • decongelării.

Principalii parametri fizici luaţi în calcul pentru controlul calităţii produselor congelate sunt:

• culoarea; • textura; • suculenţa; • aroma.

Aprecierea acestor parametri se face, de regulă, după decongelarea

Page 289: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

293

produsului. 9.11.1. Culoarea Culoarea este una din primele caracteristici evaluate de către un client înainte ca acesta să ia o decizie referitoare la produsul respectiv; în plus, culoarea produsului va influenţa şi modul în care cumpărătorul percepe gustul acestuia. Culoarea poate fi considerată ca reprezentând modul în care este distribuită energia în lumina reflectată sau emisă de către un material (fig. 9.45).

a)

b)

c)

Fig. 9.45 - Culoarea a-lumina reflectată; b-lumina absorbită; c-lumina transmisă

Crearea senzaţiei de culoare implică lumina emisă de o sursă către

obiectul de vizualizat, care reflectă o parte din această lumină pe direcţia ochiului uman şi, ca reacţie, acesta transmite către creier stimulii interpretaţi drept culoare la acest nivel (fig. 9.46). Senzaţia de culoare percepută de către om este determinată de următorii factori:

• proprietăţile fizice ale luminii şi caracteristicile surselor care-o generează; • proprietăţile optice ale materialelor care formează obiectele luminate; • construcţia fiziologică a ochiului şi psihologia creierului uman. •

Fig. 9.46 – Crearea senzaţiei de culoare.

Page 290: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

294

Lumina este o radiaţie electromagnetică caracterizată prin: • lungime de undă sau frecvenţă (numărul de oscilaţii / secundă), percepută

de om ca fiind culoarea luminii; • intensitate sau amplitudine, care este asociată percepţiei umane de

strălucire a culorii. Fără a intra în detalii care depăşesc cadrul cursului, să menţionăm că principalii parametri care determină culoarea sunt:

• lungimea de undă, care defineşte parametrii de cromaticitate; • intensitatea, care defineşte parametrul denumit luminanţă3 (strălucire).

Temperatura culorii unei surse de lumină se defineşte ca fiind temperatura la care se încălzeşte radiatorul cu corp negru etalon pentru a obţine nuanţa de culoare a luminii emisă de sursa respectivă. Prin definiţie, temperatura culorii radiatorului cu corp negru etalon este egală cu temperatura suprafeţei sale, exprimată în grade Kelvin. Experimentele efectuate de CIE au demonstrat că temperatura culorii poate fi reprezentată conform fig. 9.47.

Fig. 9.47 – Temperatura de culoare.

Se observă că intensitatea culorilor spectrale creşte de la roşu către

albastru, roşul fiind cea mai rece culoare vizibilă, iar albastrul cea mai fierbinte, lucru total opus asocierilor tradiţionale făcute de om pentru aceste culori. Roşul este considerată culoare fierbinte deoarece metalele încinse radiază roşu şi focul este roşiatic, dar roşeaţa acestor surse considerare calde este dată de faptul că roşu este prima culoare emisă de sursă atunci când căldura creşte. Drept dovadă, becurile incandescente radiază o culoare roşiatică spre gălbui pe toată durata lor de viaţă. Albastru este considerată culoare rece deoarece gheaţa reflectă culoarea luminii zilei făcând-o să apară albastră, iar gerul apare uneori tot albastru.

Temperatura culorii, ca măsură a intensităţii luminii, defineşte condiţiile de iluminare specifice unei surse de lumină. Experimentele efectuate de CIE au demonstrat că temperatura culorii variază considerabil de la o sursă de lumină la alta, prin urmare condiţiile de iluminare variază corespunzător, cu implicaţii majore în interpretarea culorilor la nivelul creierului uman. Spre exemplu, pentru o sursă de lumină incandescentă, temperatura culorii este aproape egală cu cea a radiatorului cu corp negru etalon, în timp ce temperatura culorii unei surse de lumină fluorescentă este mult diferită de cea a sursei de referinţă şi de aceea cele două definesc condiţii de iluminare mult diferite. Pentru a evita interpretarea greşită a culorilor, CIE a standardizat intensitatea luminoasă pentru vizualizarea culorilor la temperatura culorii de 5000 K , iar sursa care o emite a fost denumită generic D50; de asemenea, a aproximat lumina albă la lumina soarelui la

3 informaţie referitoare la strălucirea obiectelor, redată pe o scara de griuri şi care ignoră crominanţa (ponderea culorilor fundamentale - roşu, verde, albastru).

Page 291: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

295

intensitatea luminoasă de 6774K , iar sursa care o radiază, soarele, a denumit-o generic iluminant C.

În industria alimentară pentru aprecierea culorilor se folosesc scările Hunter şi CIE (Commission Intrenationale de l’Eclairage). Scara Hunter L, a, B s-a dezvoltat începând cu anii 1959-1960, scara actuală fiind adoptată în 1966. Scara CIE L*a*b* (sau CIELAB) este, în principiu, asemănătoare scării Hunter, diferind de aceasta prin modul în care sunt definiţi parametrii L, a şi b în funcţie de anumite culori virtuale definite de către CIE. În fig. 9.48 este prezentat principiul după care sunt definiţi parametrii L, a, b şi respectiv L*,a*, b*, comun celor două scări, care poate fi schematizat astfel::

• L=0 – alb; L=100 – negru; • +a – roşu; -a – verde; • +b – galben; -b – albastru.

Determinarea culorii se poate realiza cu ajutorul colorimetrului, a spectrofotometrului sau prin prelucrarea digitală a imaginii.

Fig. 9.48 – Parametrii ce definesc scările Hunter şi CIE

Colorimetrul simulează răspunsul ochiului uman, utilizând filtre colorate (roşu, verde, albastru) pentru a măsura lumina emisă de către obiect la trederea prin fiecare din cele trei filtre.

Încercări recente efectuate cu ajutorul colorimetrului asupra culorii suprafeţei unor produse congelate au arătat că că operaţiuni repetate de dezgheţare şi congelare, aplicate unor probe de muşchi, conduc la micşorarea parametrului a*. Alte încercări, realizate pe chiftele din carne de vită, au arătat că stocarea

Page 292: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

296

îndelungată a produselor congelate a avut ca urmare o tendinţă de pierdere a culorii, produsul tinzând să devină gri. Spectrofotometrul realizează descompunerea luminii în componentele sale spectrale, folosind o reţea de difracţie pentru a obţine aceste componente. Schema de principiu a unui spectrometru este cea din fig. 9.49. Lumina produsă de către sursa (1) este reflectată de către suprafaţa produsului (2), fiind apoi focalizată de către sistemul optic (3) asupra grilei de difracţie4 (4); la trecerea prin grila de difracţie, fie care componentă a luminii reflectate va ieşi sub un unghi diferit, în funcţie de lungimea sa de undă (ca şi în cazul descompunerii luminii la trecerea printr-o prismă optică). Senzorii (5) măsoară intensitatea luminii între anumite limite ale lungimii de undă.

Fig. 9.49 – Schema de principiu a unui

spectrofotometru5 1-sursa de lumină; 2-obiect; 3-sistem optic; 4-

reţea de difracţie; 5-senzori.

Încercări realizate cu ajutorul spectrofotometrului au arătat existenţa unei tendinţe de pierdere a culorii roşii a unor produse din carne în urma depozitării îndelungate în stare congelată, acest fenomen fiind diminuat în cazul ambalării într-un mediu lipsit de oxigen, într-un material care să nu permită trecerea luminii.

Prelucrarea digitală a imaginii presupune existenţa unui sistem de iluminare, a unui aparat foto digital şi a unui calculator, pe care să fie instalat un software specializat. Această soluţie este mult mai ieftină decât celelalte. Aplicarea acestei metode a permis determinarea componentelor de culoare caracteristice diferitor perioade de stocare a produselor congelate.

9.11.2. Textura

Textura produselor alimentare este unul dintre factorii importanţi care condiţionează însuşirile calitative ale unui produs, îndeosebi cele senzoriale. Percepţia textur ii este adeseori subconştientă.

Dacă textura unui aliment este asemănătoare cu cea pe care educaţia prealabilă te face să le anticipezi, senzaţia trece neobservată; dacă, dimpotrivă, senzaţia produsă nu corespunde cu cea indusă de subconştient, textura devine un 4 exemplu: banda spirală cu spaţiere foarte mică, de pe un CD ori DVD se comportă ca o reţea de difracţie, formând imaginea unui curcubeu în planul discului 5 http://www.prophotowiki.com/w/index.php/Spectrophotometer

Page 293: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

297

element important, ce poate conduce chiar la refuzul de a accepta consumul respectivului produs.

Textura6 se referă la un grup de proprietăţi fizice ale unui produs alimentar, derivate din structura acestuia, fiind evaluată subiectiv, prin contact, în cavitatea bucală, dar şi cu ajutorul mâinilor, şi care nu este legată de aroma sau gustul produsului.

Din punct de vedere al proprietăţile mecanice ce caracterizează textura, acestea se referă la deformarea, dezintegrarea şi curgerea produsului sub acţiunea unor forţe; aceste proprietăţi pot fi măsurate şi apoi corelate cu proprietăţile senzoriale referitoare la textură. Pentru majoritatea produselor conservate prin congelare, aceste încercări mecanice se realizează după dezgheţare; principalele încercări sunt de forfecare, compresiune sau tracţiune.

9.11.2.1. Teste de forfecare Una dintre cele mai utilizate încercări de forfecare este testul Warner Bratzler, dezvoltat încă din anii 1930. Aparatul utilizat (fig. 9.50) este format dintr-un suport (2), pe care se aşează produsul (3), care va fi tăiat cu ajutorul lamei tăietoare (1). În timpul încercării se înregistrează variaţia în timp a forţei necesare deplasării lamei. Prin prelucrarea diagramei forţă-timp se pot obţine informaţii despre coezivitatea produsului, forţa de forfecare, panta curbei forţă-timp (elasticitatea produsului), secţiunea produsului în momentul forfecării, mărimi ce pot fi apoi corelate cu calităţile senzoriale.

Testul de forfecare Kramer foloseşte un număr de zece lame tăietoare verticale (1, fig. 9.51) care, prin coborâre, realizează tăierea produsului aflat în cutia (2) a dispozitivului (produsul ocupă aproximativ 30% din volumul cutiei). Lamele coboară cu 225 mm/min, iar evoluţia în timp a forţei este înregistrată. 9.11.2.2. Teste de străpungere În acest caz se folosesc tije cilindrice (sau cu altă formă a secţiunii) care străpung o probă din produsul alimentar testat, fiind înregistrată variaţia forţei în timp. 9.11.2.3. Analiza profilului de textură Această metodă presupune încărcarea şi descărcare ciclică a probei de produs, cu înregistrarea curbei de variaţie în timp a forţei aplicate. Prin prelucrarea graficului (fig. 9.52) se pot obţine următorii parametri ce pot servi la evaluarea texturii:

6 conform ISO 5492:2008 - “Totalitatea proprietăţilor reologice şi structurale (geometrice si de suprafaţă) ale unui produs alimentar, perceptibile cu ajutorul simţului mecanic, tactil şi, unde este cazul, vizual sau auditiv”.

Page 294: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

298

• friabilitatea – este forţa necesară pentru a sparge sau rupe un produs între dinţi; corespunde primului maxim al curbei (1, fig. 8), în timpul încărcării produsului cu forţa de comprimare.

• fermitatea – reprezintă forţa necesară pentru a comprima un produs între molari (produs solid) sau între limbă şi cerul gurii (produse semilichide); corespunde celui de al doilea vârf al curbei, înregistrat în timpul comprimării (2).

Fig. 9.50 – Aparatul Warner Bratzler

1-lamă tăietoare; 2-suport; 3-produs. Fig. 9.51 – Aparatul pentru testul de

forfecare Kramer 1-lame tăietoare; 2-cutie.

• aderenţa – caracterizează forţa ncesară pentru a îndepărta produsul din

gură (de pe dinţi sau cerul gurii) în timpul procesului de masticaţie; corespunde maximului negativ al curbei de descărcare a primului ciclu (4).

• elasticitatea – reprezintă gradul în care produsul revine la forţa iniţială, după ce forţa care a produs deformarea este înlăturată; pe diagramă este dată de panta curbei celui de al doilea ciclu de încărcare (5).

• gumozitatea – este asimilată energiei necesare pentru a dezintegra un produs, într-o formă acceptabilă pentru ca aceasta să fie înghiţit. Se obţine ca produs între fermitate şi coezivitate (cât se poate deforma produsul înainte de rupere.

• masticabilitatea – se referă la numărul de mişcări necesare pentru a forma bolul alimentar. Se obţine ca produs între fermitate, coezivitate şi elasticitate.

9.11.3. Suculenţa

Suculenţa poate fi definită ca fiind cantitatea de suc pe care o eliberează produsul în timpul consumului. Ea afectează textura, aroma şi gradul de acceptare

Page 295: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

299

a produsului de către consumatori.

Fig. 9.52 – Curba de variaţie a forţei în timp în timpul analizei profilului de

textură 1-friabilitatea; 2, 3-fermitatea; 4-aderenţa; 5-elasticitatea.

În cazul produselor congelate cu viteză mică, în care se formează cristale

de gheaţă de dimensiuni mari, la dezgeţare se va pierde o mare cantitate de suc (exudat, fig. 9.53), afectând astfel calitatea produsului. În acelaşi timp,cu cât stocarea are loc la o temperatură mai scăzută, cu atât pierderea de suc va fi mai redusă.

Fig. 9.53 - Exudat

Nivelul suculenţei cărnii este determinat şi influenţat într-o măsură deosebit de mare de conţinutul în apă şi grăsime a cărnii. Vârsta joacă de asemenea un rol important în definirea suculenţei cărnii, tineretul având o carne mai suculentă decât animalele mature.

Suculenţa este direct legată de capacitatea produsului de a reţine apa, care

Page 296: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

300

este forţa cu care proteinele cărnii păstrează, sub acţiunea unor agenţi externi, pe lângă apa proprie şi o parte din apa adăugată. Aprecierea capacităţii de reţinere a apei se poate face prin:

• metode ce nu presupun aplicarea unor forţe exterioare; • metode ce presupun aplicarea unor forţe exterioare; • metode termice.

Cele mai utilizate metode sunt cele cu aplicarea de forţe exterioare, dintre care cele mai importante sunt:

• presarea produsului între două foi din hârtie de filtru şi determinarea, prin cântârire, a cantităţii de apă rezultate în urma presării cărnii;

• centrifugare, utlizând cantităţi de produs cuprinse între 1 şi 20 g, supuse unor viteze de rotaţie care să asigure acceleraţii de (5000...40000)⋅g.

9.11.4. Aroma Aroma unui produs alimentar este o senzaţie complexă, care este influenţată de umiditatea acestuia, dar şi de conţinutul de componente organice volatile. Aroma este percepută de către om cu ajutorul nasului, fiind însă în strânsă corelaţie cu sucurile eliberate prin mestecare. În cazul produselor congelate, aroma acestora se modifică în timpul depozitării din cauza reacţiilor chimice (oxidarea lipidelor, reacţii enzimatic), care continuă să se desfăşoare, dar cu o viteză redusă. Determinarea componenţilor care generează aroma se poate face prin metode cromatografice şi spectroscopice. 9.12. AMBALAREA PRODUSELOR CONGELATE Deşi congelarea este una dintre cele mai performante metode pentru păstrarea calităţii produselor alimentare, acestea se degradează în timp, durata de păstrare depinzând de tipul produsului, modul de ambalare şi condiţiile de păstrare. O ambalare corespunzătoare a produsului poate prelungi durata de păstrare a produsului alimentar congelat. În funcţie de gradul de apropiere de produsul propriu-zis, ambalajele pot fi:

• ambalaje primare – sunt cele care vin în contact direct cu produsul; • ambalaje secundare – reprezintă nivelul următor de ambalare, oferind

protecţie împotriva deteriorării pe cale mecanică a ambalajului primar. Dacă ambalajul primar este individual (fiecare produs este ambalat separat), ambalajul secundar poate fi individual (de exemplu o cutie din carton în care se găseşte punga ce constituie ambalajul primar al produsului), sau poate fi destinat unui grup de produse (de exemplu o cutie din carton în care se găsesc două sau mai multe produse, fiecare în ambalajele lor primare). Ambalajul secundar mai este denum,it şi ambalaj

Page 297: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

301

pentru distribuţie sau transport, fiind deci destinat transportului mai uşor al mai multor produse aflate în ambalajul primar.

• ambalaje tertiare şi cuaternare – sunt destinate transportului en-gross al produselor alimentare ambalate (de exemplu paleţi, pe care se găsesc cutii din carton, în care se află produsul în ambalajul primar şi respectiv containerul în care se găsesc paleţii); de regulă, consumatorul nu vine în contact cu aceste ambalaje. În general se consideră că ambalajele trebuie să răspundă la patru cerinţe

principale: • protecţie mecanică; • izolare (etanşare); • informare asupra unor caracteristici ale produsului; • comoditate în utilizarea ambalajului respectiv.

Pe lângă acestea, ambalajul mai trebuie să răspundă şi unor cerinţe legate de modul de fabricare, de impactul asupra mediului înconjurător etc. Protecţia mecanică În timpul umplerii, congelării produsului, transportului şi depozitării ambalajul este supus unor acţiuni mecanice de comprimare, înţepare, tăiere, sfâşiere etc., cărora trebuie să le reziste, atât pentru a păstra forma iniţială a produsului, cât şi pentru a evita pierderea etanşeităţii. În acelaşi timp, ambalajul trebuie, în unele cazuri, să reziste şocurilor termice produse de încălzirea rapidă a produsului congelat, aflat în ambalajul său (pânâ la 120...230 0C, în cuptoare cu microunde sau clasice). Pentru ca forma iniţială a produsului să se păstreze în urma acţiunilor mecanice, ambalajul trebuie confecţionat din materiale avînd duritate mai mică decât a produsului, pentru a se evita degradarea suprafeţei produsului în punctele de contact cu ambalajul. Etanşarea Această cerinţă referitoare la ambalaj are rostul de împiedica contaminarea biologică si chimică a produsului, de a minimiza pierderile de greutate produse de evaporarea apei de la suprafaţa produsului, de a împiedica migrarea către exterior a mirosului specific al produsului sau contaminarea cu mirosuri străine, pătrunse din exterior. Pentru unele produse se recomandă ca ambalajul să împiedice şi acţiunea luminii asupra produsului. Evitarea contaminării biologice se referă atât la contaminarea cu microorganisme (ceea ce presupune tratarea ambalajului cu radiaţii – ultraviolete, infraroşii, ionizante -, sterilizarea cu abur, tratarea chimică a ambalajului), dar şi la protecţia contra insectelor şi rozătoarelor. În acest ultim caz, deoarece utilizarea substanţelor folosite în mod curent pentru combatere este stric reglementată şi limitată atunci când este vorba de produse alimentare, păstrarea curăţeniei în zonele de prelucrare şi ambalare este modul cel mai eficient de protecţie.

Page 298: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

302

Pierderile de greutate prin sublimarea gheţii de la suprafaţa produsului prin ambalajul neetanş pot duce la defectul denumit „arsură de congelare”, care constă într-o deshidratare excesivă a produsului în anumite zone, proces însoţit de modificarea vizibilă a aspectului acestuia (fig. 9.54).

Fig. 9.54 - Arsură de congelare

Contaminarea chimică se referă la următoarele aspecte:

• împiedicarea pătrunderii oxigenului din exterior, pentru a se evita oxidarea lipidelor, vitaminelor etc.;

• realizarea, în interiorul ambalajului, a unui volum minim neocupat de către produs şi în care s-ar putea găsi oxigen (cu acelaşi efect ca mai sus);

• evitarea contaminării chimice a produsului de la materialul folosit pentru realizarea ambalajului, dar şi evitarea modificăriii calităţii ambalajului aflat în contact cu mediul exterior.

Deoarece lumina poate declanşa anumite reacţii chimice, în unele cazuri cerinţa referitoare la etanşare impune utilizarea unui material care să împiedice trecerea luminii prin ambalaj. Informarea Această cerinţă este reglementată prin normative specifice, pe ambalaj trebuind să existe informaţii referitoare la tipul produsului, compoziţia acestuia, termenul de valabilitate etc. În acest context trebuie să arătăm că durata de stocare (shelf life) nu trebuie confundată cu data de expirare: primul criteriu se referă la calitatea senzorială a produsului alimentar, în timp ce al doilea termen este legat de securitatea alimentară. Este posibil ca un podus care a depăşit durata de stocare să mai poată fi comestibil din punct de vedere al siguranţei alimentare, dar calităţile senzoriale ale acestuia vor fi diferite de cele iniţiale. Informarea se referă şi la obiective de marketing, promovare etc., contribuind la identificarea rapidă de către cumpărători a unui anumit produs. Comoditatea (uşurinţa) în folosire Această cerinţă are în vedere elemente cum ar fi uşurinţa în deschiderea şi închiderea ambalajului, dar şi posibilitatea pregătirii produsului în ambalajul original şi eventual chiar a servirii acestuia, fiind, din punctul de vedere al consumatorului, un criteriu important pentru alegerea unui anumit produs. Făcând referire în special la primele două cerinţe (protecţia mecanică şi

Page 299: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

303

etanşarea), putem spune că un ambalaj care să răspundă le acestora trebuie să conţină următoarele trei straturi:

• un strat care să asigure rezistenţa mecanică; • un strat care să asigure etanşarea; • un strat care să permită închiderea etanşă a ambalajului.

În funcţie de tipul ambalajului, acesta poate fi constituit dintr-un singur material (care preia funcţiunile tuturor celor trei straturi) sau din mai mai multe materiale (fiecare preluînd una sau mai multe funcţiuni).

Stratul care asigură rezistenţa mecanică poate fi realizat din: • sticlă; • metal; • hârtie (carton); • polietilenă de joasă sau înaltă densitate; • polipropilenă; • polistiren.

Stratul care asigură închiderea ambalajului poate fi din: • polietilenă; • polipropilenă; • un capac cu filet şi garnitură de etanşare; • un adeziv.

Stratul ce asigură etanşarea trebuie realizat din materiale care să fie în concordanţă cu produsul ambalat, ţinînd cont de regula generală care spune că substanţele polare nu migrează prin materiale nepolare, iar substanţele nepolare nu migrează prin materiale polare.

Substanţele din ambalaj pot fi: • polare (apa, vaporii de apă, unele componente volatile ce produc aroma); • nepolare (oxigenul, bioxidul de carbon, azotul, majoritatea componentelor

volatile ce dau aroma). Materialele pentru realizarea stratului etanş al ambalajului pot fi:

• polare (poliamide, poliester); • nepolare (polietilenă, polipropilenă, polistiren).

Metalele şi sticla sunt straturi barieră pentru orice tip de substanţă, în timp ce hârtia nu poate fi utilizată ca strat de etanşare.

Stratul barieră (ce realizează etanşarea) poate fi folosit şi pentru a menţine în interiorul ambalajului gaze inerte, pentru a se evita contactul produsului cu oxigenul; această soluţie se utilizează în cazul ambalării în atmosferă protectoare de bioxid de carbon, azot etc. a) Cutii din carton Cartonul este folosiet atât ca ambalaj primar, cât şi ca ambalaj secundar. Primele ambalaje pentru produsele congelate erau realizate din carton impregnat cu ceară, pentru a se asigura etanşeitatea. În prezent se utilizează ambalaje din carton acoperite cu polietilenă de joasă densitate (fig. 9.55); cartonul asigură

Page 300: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

304

rezistenţa mecanică a ambalajului, iar polietilena asigură etanşarea. În vazul ambalajelor care trebuie să permită şi decongelarea/încălzirea produsului (aflat în ambalajul său) în cuptoare cu microunde, se preferă acoperirea cu polipropilenă, în timp ce încălzirea în cuptoare de convecţie (clasice) impune utilizarea unei pelicule din polietilen tereftalat (PET), care rezistă mai bine la temperaturi ridicate.

Fig. 9.55 – Ambalaj din carton acoperit cu polietilenă de joasă densitate [51]

De multe ori forma regulată a acestui tip de ambalaj permite congelarea

produsului din interior în aparate cu plăci orizontale, dar există şi cazuri produsul este în prealabil congelat şi apoi este introdus în cutie. b) Pungi Multe produse congelate (cum ar fi legumele) sunt ambalate în pungi din polietilenă de joasă sau înaltă densitate (fig. 9.56), care au rezistenţă mecanică mai mică, dar asigură o bună protecţie în ceea ce priveşte pierderea de greutate prin sublimarea gheţii; produsele sunt în prealabil congelate individual (IQF – individually quick frozen) şi apoi introduse în pungii, ceea ce permite separarea uşoară a produselor de către consumator. În materialul foliei se pot introduce pigmenţi, care să nu permită trecerea luminii.

Dublarea învelişului din polietilenă cu o folie din polietilen tereftalat (PET) sau policlorură de vinil (PVC) asigură obţinerea unei bariere contra oxigenului. Uneori pungile sunt prevăzute cu o întăritură la partea inferioară (pentru a asigura menţinerea în poziţie verticală) şi cu un sistem de închidere gen fermoar (fig. 9.57). c) Pungi ce permit încălzirea produsului Dacă punga este realizată din polietilenă de înaltă densitate sau polipropilenă, ea are o rezistenţă suficient de mare pentru a permite prepararea prin încălzire a produsului aflat în ambalaj (de exemplu într-un cuptor cu

Page 301: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

305

microunde). De multe ori ambalajul conţine, pe lângă produsul propriu-zis şi un sos, care adaugă gust produsului, dar favorizează şi transferul de căldură către produs, atât la congelare, cât şi la încălzire. În acest caz, produsul este introdus în ambalaj în stare proaspătă şi apoi este congelat. Ca şi în cazul precedent, adăugarea unui strat din polietilen tereftalat (PET) sau policlorură de vinil (PVC) asigură obţinerea unei bariere contra pătrunderii oxigenului.

Fig. 9.56 – Pungă din polietilenă, pentru

produse congelate individual [51]

Fig. 9.57 – Pungă din polietilenă, cu întăritură la partea inferioară şi

fermoar de închidere [51] d) Tăvi şi castroane cu capac Primul prânz congelat, care era pregătit în prealabil şi necesita doar încălzire pentru a putea fi consumat, a fost comercializat în anii 1940, era ambalat într-o tavă din aluminiu, având un capac din aluminiu. În anii ’50 pentru ambalarea produselor congelate pregătite în prealabil erau utilizate în mod curent tăvi ambutisate din folie de aluminiu (fig. 9.58), acestea putând fi încălzite într-un cuptor clasic, pentru a fi consumate. Deoarece utilizarea tăvilor din aluminiu pune unele probleme în cazul încălzirii în cuptoare cu microunde, se utilizează tăvi termoformatate din polipropilenă sau din carton acoperit la interior cu folie din poliletilenă. Tăvile sunt închise fie cu o folie din polietilenă, fie cu ajutorul unor capace din carton acoperite cu polietilenă, etanşarea realizându-se prin termosudare.

Tăvile realizate din polietilen tereftalat (fig. 9.59) sau din din carton acoperit cu polietilen tereftalat (fig. 9.60) pot fi utilizate atât în cuptoare cu microunde, cât şi în cuptoare clasice. Etanşarea se realizează, de semenea, cu folie din polietilenă sau capace din carton acoperite cu polietilenă, prin termosudare.

În fig. 9.61 sunt prezentate principalele metode de etanşare şi închidere a ambalajelor.

Page 302: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

306

Fig. 9.58 – Tăvi din aluminiu pentru produse congelate [51]

Fig. 9.59 – Tăvi din PET [51] Fig. 9.60 – Tăvi din carton acoperit cu PET

[51]

Fig. 9.61 - Metode de sigilare şi închidere a ambalajelor termoformate a) cu încălzirea tăvii; b) cu încălzirea capacului; c) prin termopresare între două

suporturi; d) prin agrafare; e) închidere prin lipire cu adeziv; f) închidere prin lipirea etichetei pe tavă

Page 303: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

307

10. LANŢUL FRIGORIFIC

Reţeaua de unităţi care aplică frigul artificial pentru conservarea produselor alimentare formează aşa-numitul lanţ frigorific. Lanţul frigorific este format din unităţi fixe (staţionare) şi unităţi mobile (mijloace de transport). 10.1. UNITĂŢI FIXE Din rândul unităţilor fixe fac parte:

• centrele de colectare (a laptelui, peştelui etc.); • unităţile de producţie (abatoare, unităţi pentru industrializarea laptelui

etc.); • depozite frigorifice; • unităţi comerciale şi de alimentaţie publică; • unităţi pentru depozitare casnică.

Unităţile în care se desfăşoară prestări de servicii (depozitarea la temperaturi scăzute a produselor) sau/şi prelucrări ale produselor alimentare sunt denumite antrepozite frigorifice sau frigorifere. În funcţie de natura produselor depozitate, frigoriferele pot fi cu destinaţie generală (care pot depozita produse diverse) sau specializate (care sunt destinate depozitării doar a unui anumit tip de produs).

În funcţie de destinaţia lor, frigoriferele pot fi: • de colectare - pentru păstrarea produselor colectate în vederea

industrializării sau distribuţiei; • de tip industrial - pentru refrigerare, congelare şi depozitare de scurtă

durată; • de stocare - pentru uniformizarea ritmului de aprovizionare şi asigurarea

continuităţii lanţului frigorific; • de distribuţie - care preiau periodic produsele de la frigoriferele industriale

şi de stocare pentru a le distribui spre consum; • speciale (portuare, pentru expeort etc.).

10.1.1. Depozite frigorifice de tip industrial Depozitele frigorifice de tip industrial se deosebesc după natura produselor depozitate, după procedeul de conservare prin frig (refrigerare sau congelare), după durata depozitării (depozitare de lungă durată sau de scurtă durată) şi tipul unităţii (independentă sau făcînd parte dintr-o unitate de industrie alimentară). Capacitatea de depozitare a unui depozit frigorific depinde, în primul rând, de cantitatea maximă de mărfuri ce trebuie depozitată şi de natura acestora.

Page 304: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

308

În tabelul 10.1 sunt prezentaţi indicii de încărcare, pentru diferite tipuri de produse.

Tabelul 10.1 Indici de încărcare

Produsul Indice de încărcare [kg/m3]

Observaţii

Carne de vită 220 stive din sferturi de vită Carne de porc cu slănină 340 semicarcase Carne de ovine 180 carcase întregi Carne tranşată 445 ambalată în cutii de carton Unt sau untură 540 în pachete sau lădiţe Fructe 530 în cutii din carton Peşte congelat 540 în cutii din carton ondulat Pui congelat 300 în cutii din carton

Pe lângă spaţiul necesar depozitării produsului, frigoriferele trebuie să aibă spaţii disponibile pentru circulaţia aerului şi manipularea produselor, ceea ce face ca nu întregul volum al camerei să fie disponibil pentru produse. Se defineşte coeficientul de utilizare a spaţiului frigorific ca fiind:

tot

ef

VV

k = ,

în care Vef este volumul efectiv ocupat de către produse, iar Vtot este volumul total disponibil. În tabelul 10.2 sunt prezentate valorile medii ale coeficientului de utilizare.

Tabelul 10.2 Coeficientul de utilizare a spaţiului frigorific

Suprafaţa totală a pardoselii [m2] Înălţimea spaţiului [m] Indicele de utilizare, k

< 100 < 4 0,56 < 4 0,56...0,60 100...250 > 4 0,63...0,68

> 250 > 4 0,68

Cantitatea de produse din depozit poate fi calculată pornind şi de la norma de încărcare cu produse a suprafeţei pardoselii, unele valori fiind prezentate în tabelul 10.3. Suprafaţa totală a depozitului (care ţine cont de existenţa stâlpilor de susţinere, a culoarelor de acces etc.) se calculează cu relaţia:

utot SS ⋅β= , în care Stot este suprafaţa totală a podelei, iar Su este suprafaţa efectiv ocupată de produse. Coeficientul de adaos β are următoarele valori:

• 1,4 – pentru tunele de refrigerare cu suprafaţa utilă sub 80 m2; • 1,4 – pentru tunele de congelare;

Page 305: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

309

• 1,3 – pentru depozite de produse refrigerate având suprafeţe între 80 şi 200 m2; • 1,3 – pentru depozite de produse congelate cu suprafeţe sub 300 m2.

Tabelul 10.3

Stivuirea produselor în depozit se poate face în vrac sau în sistem paletizat. Stivuirea în sistem paletizat prezintă avantaje în sensul că nu se manevrează fiecare produs în parte, ci fiecare palet în parte, ceea ce conduce la scurtarea duratei operaţiilor de manevrare. Dimensiunile paletului sunt standardizate (0,8x1,2 m sau 1x1,2 m), iar volumul de produse de pe palet este de aproximativ 1 m3 (înălţime de 1,2...2 m a produselor aşezate pe palet); paleţii se

Page 306: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

310

suprapun unul peste celălalt în depozit, pe 4...5 nivele. Manevrarea paleţilor se face cu elevatoare cu furcă acţionate electric (electrostivuitoare – fig. 10.1), manipulatoare tip macara sau manipulatoare cu cărucior (fig. 10.2).

Fig. 10.1 - Electrostivuitor

Fig. 10.2 – Sisteme de manipulare a produselor în frigorifere industriale [38] a) stivuitor; b) manipulator tip macara; c) manipulator cu cărucior;

1-raft pentru paleţi; 2-stivuitor; 3-macara; 4- cărucior. În cazul depozitării de scurtă durată în frigorifere având un rulaj important

al produselor, se pot utiliza paleţi în care produsele sunt suspendate, aceeaşi paleţi fiind folosiţi si pentru congelarea produselor. 10.1.2. Unităţi comerciale Unităţile comerciale fac legătura dintre frigoriferele industriale (sau unităţile de producţie) şi consumatori. Din punct de vedere constructiv, echipamentele frigorifice din reţeaua comercială se împart în frigorifere de „mic-gross”, camere frigorifice şi mobilier frigorific.

Page 307: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

311

Frigoriferele de tip „mic-gross” fac legătura între frigoriferele industriale şi magazinele de desfacere. Camerele frigorifice sunt construite în cadrul magazinelor de desfacere, putând fi realizate din zidărie clasică (cu izolaţia termică necesară), sau pot fi demontabile (fig. 10.3), fiind construite din panouri termoizolante de tip „sandwich” (fig. 10.4). Încărcarea specifică este, în acest caz, de 50...60 kg/m3 pentru carnea în carcase, de 70...80 kg/m3 pentru lapte şi produse lactate, de 90...100 kg/m3 pentru fructe, legume, peşte şi de 100...110 kg/m3 pentru preparate culinare.

Mobilierul frigorific este utilizat în cadrul unităţilor de desfacere sau de alimentaţie publică; din această categorie fac parte dulapurile frigorifice şi vitrinele frigorifice.

Fig. 10.3 – Cameră frigorifică demontabilă

Fig. 10.4 - Structura peretelui tip sandwich 1, 3-tablă din aluminiu; 2-spumă poliuretanică.

Dulapurile frigorifice (fig. 10.5) au capacităţi mai mici decât camerele frigorifice demontabile, dar sunt destinate aceloraşi produse; încărcarea specifică este de 100..200 kg/m3, respectiv 30...50 kg/m2 de raft.

Vitrina frigorifică este una dintre verigile slabe ale lanţului frigorific, din cauza cerinţelor contradictorii pe care trebuie să la îndeplinească: pe de o parte trebuie să asigure vizibilitatea produsului şi accesibilitatea, astfel încât consumatorul să fie convins să îl cumpere, iar pe de altă parte trebuie să asigure temperatura necesară, fără fluctuaţii semnificative ale acesteia, care ar putea conduce la alterarea produsului. În general, o vitrină care asigură condiţii optime

Page 308: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

312

de expunere va avea un consum de energie mai mare.

Fig. 10.5 – Dulap frigorific

Vitrinele frigorifice pot fi:

• orizontale; • verticale. Vitrinele frigorifice orizontale sunt deschise la partea superioară şi pot fi cu

servire pe o singură parte (fig. 10.6a) sau cu servire pe toate părţile laterale (fig. 10.6b). Răcirea produselor este asigurată de către un curent de aer, produs de către ventilatoarele (6) şi răcit de către vaporizatoarele (1). Pentru îmbunătăţirea vizibilităţii produselor, o parte din pereţii laterali sunt formaţi panouri din sticlă (4), aspectul estetic fiind astfel îmbunătăţit prin crearea „efectului de vitrină”.

Datorită stratificării aerului rece, infiltrarea aerului din mediul ambiant în interiorul vitrinei este relativ redusă, astfel încât sarcina frigorifică apare în principal din cauza căldurii transmise prin radiaţie din mediul înconjurător şi a celei transmise prin pereţii laterali.

a)

b)

Fig. 10.6 – Vitrine frigorifice orizontale 1-vaporizator; 2-produse; 3-carcasă izolată termic; 4-limita maximă de încărcare: 5-panouri din sticlă; 6-

ventilator; 7-racord pentru evacuarea apei.

Page 309: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

313

Vitrinele frigorifice verticale (fig. 10.7) pot de asemenea deschise, cu servire prin partea frontală, caz în care se utilizează cortine de aer ce împiedică infiltrarea aerului din mediul înconjurător prin partea dechisă a vitrinei. În varianta din figură se folosesc trei cortine de aer: cortina (a) este formată cu ajutorul aerului rece ce asigură răcirea produselor (11), antrenat de către ventilatorul (1), cortina (b) este formată cu aer recirculat din interiorul vitrinei (cu ajutorul ventilatorului 5 şi a canalului 3), iar cortina (c) este formată cu aer din mediul înconjurător, vehiculat de către ventilatorul (6).

Fig. 10.7 – Vitrină frigorifică verticală, deschisă 1, 5, 6-ventilatoare; 2, 12-vaporizatoare; 3, 7-canale pentru aer; 4-carcasă; 8, 9, 10–jaluzele pentru dirijarea curentului de aer; 11-produse; a, b, c–cortine de aer.

Jaluzelele (8), (9) şi (10) asigură dirijarea cortinelor de aer de la partea superioară către cea inferioară, astfel încât cei trei curenţi să nu se amestece. Vitrinele verticale închise (fig. 10.8) folosesc o uşă din sticlă pentru închiderea părţii frontale şi evitarea infiltrării aerului din exterior. În acest caz se limitează vizibilitatea şi accesul cumpărătorului (acesta trebuie să deschidă uşa pentru a lua produsele), ceea ce poate afecta negativ vânzarea. În plus, după închiderea uşii, umiditatea din aerul cald pătruns în interiorul vitrinei cât timp uşa a fost deschisă se condensează pe partea interioară a suprafeţei vitrate şi astfel se impiedică vizualizarea conţinutului. Din acest motiv uşile au straturi multiple de sticlă şi sunt prevăzute cu un sistem electric de încălzire, pentru a se evita formarea condensului. Vitrinele frigorifice pot fi prevăzute cu instalaţie frigorifică proprie sau pot fi conectate la un sistem de răcire centralizat. În primul caz, toate componentele instalaţiei frigorifice (vaporizator, compresor, condensator, ventil de laminare) sunt montate în corpul vitrinei, de obicei la partea inferioară. În cel de al doilea caz (fig. 10.9), singurele componente aflate în carcasa vitrinei sunt vaporizatorul şi ventilul de laminare, acestea fiind conectate prin conducte la restul instalaţiei frigorifice, care se găseşte într-un spaţiu special destinat acestui

Page 310: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

314

scop. Atunci când se adoptă această variantă (utilizată mai ales în cazul magazinelor de dimensiuni medii şi mari) este necesară izolarea termică a conductelor de legătură. În tabelul 10.4 sunt prezentate valori informative ale unor parametri caracteristici ai vitrinelor frigorifice, raportate la un metru liniar de vitrină.

Fig. 10.8 – Vitrină frigorifică verticală, închisă 1-vaporizator; 2-carcasă; 3-produse; 4-uşă din sticlă; 5-ventilator; 6-racord pentru evacuarea apei.

Fig. 10.9 – Sistem centralizat pentru răcirea vitrinelor frigorifice 1-spaţiu pentru vânzare; 2-vitrină; 3-mediul exterior; 4-condensator; 5-camera compresoarelor; 6-compresor.

10.2. MIJLOACE DE TRANSPORT Transportul produselor conservate prin frig între diferitele unităţi fixe se realizează cu ajutorul mijloacelor de transport. Acestea conţin un container izolat termic, coeficientul global de schimb de căldură al materialului din care sunt

Page 311: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

315

realizaţi pereţii containerului trebuind să fie mai mic de 0,4 W/m2⋅K. În funcţie de modul în care se asigură menţinerea temperaturii scăzute în interiorul incintei izolate termic, mijlocul de transport poate fi izoterm (fără sistem de răcire), refrigerent (cu o sursă de frig, dar fără instalaţie de produdere a frigului artificial) sau frigorific (cu instalaţie pentru producerea frigului artificial). Mijloacele de transport mai pot fi de tip auto, navale, pe calea ferată sau aeriene.

Tabelul 10.4 Mărimi caracteristice ale vitrinelor frigorifice

Tipul Putere frigorifică

[W/m]

Consum de energie [W/m]

Volum disponibil

[m3/m] Orizontală, acces pe o singură parte 400-500 250-400 0,2-0,3 Orizontală, acces pe toate părţile 500-700 350-600 0,3-0,7 Verticală, cu uşă din sticlă 600-700 400-600 0,7-0,9 Verticală, cortină de aer triplă 1900-2200 1200-1900 0,7-0,8 10.2.1. Mijloace de transport auto Miljoacele de transport auto sunt utilizate fie pentru transportarea directă a produselor între unităţile fixe, fie pentru transportarea acestora către mijloace de transport de capacitate mai mare (mijloace de transport navale, aeriene etc.). Antrepozitele frigorifice trebuie să fie astfel proiectate încât să se asigure transferul produselor din depozit în mijlocul de transport fără ca produsele să fie expuse temperaturilor ridicate din mediul înconjurăror. În fig. 10.10 sunt prezentate variantele cele mai întâlnite referitor la modul în care are loc transferul produselor din depozitul frigorific în mijlocul de transport. Cea mai bună soluţie este cea din fig. 10.10a, produsele trecând direct din depozit în mijlocul de transport, fără a fi expuse mediului exterior.

Varianta cea mai defavorabilă este cea din fig. 10.10d, în care produselor nu li se oferă nici o protecţie la încărcarea în mijlocul de transport; ca atare, timpul de încărcare trebuie să fie cât mai scurt posibil.

Soluţiile din fig. 10.10b şi c sunt variante intermediare, ce oferă o protecţie din ce în ce mai redusă a produselor; în cazul din fig. 10.10b produsele trec printr-un spaţiu tampon, izolat faţă de mediul exterior şi având o temperatură intermediară (între cea din depozit şi cea din mediul exterior), în timp ce în cazul din fig. 10.10c, spaţiul tampon nu este izolat faţă de mediul exterior.

În ceea ce priveşte modul în care se asigură temperatură scăzută din interiorul incintei mijlocului de transport auto, putem întâlni următoarele tipuri de mijloace de transport:

• izoterme, la care incinta este izolată termic faţă de mediul exterior, dar nu este prevăzută cu nici o sursă de frig;

• refrigerente, care sunt prevăzute cu sisteme de răcire cu gheaţă carbonică, gheaţă eutectică sau agenţi criogenici;

• frigorifice, echipate cu instalaţie frigorifică proprie.

Page 312: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

316

În cazul mijloacelor de transport izoterme podusele trebuie să fie în prealabil răcite la o temperatură ceva mai scăzută decât temperatura care trebuie asigurată pe timpul transportului.

a)

b)

c)

d)

Fig. 10.10 – Variante de transfer a produselor în mijlocul de transport [51] 1-depozit frigorific; 2-uşă izolată termic; 3-mijlocul de transport; 4-sistem de etanşare; 5-

spaţiu tampon.

Mijloacele de transport care asigură temperatura scăzută cu ajutorul gheţii carbonice sunt prevăzute, în incinta izolată termic în care se transportă produsele, cu suporţi speciali în care se introduce gheaţa carbonică.

Page 313: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

317

Gheaţa eutectică se obţine prin răcirea până la solidificare a unor soluţii având concentraţie eutectică. Răcirea se realizează cu ajutorul unor serpentine introduse în rezervoarele cu soluţie, serpentine prin care, atunci când autovehiculul staţionează pentru încărcare, circulă agentul de răcire (fig. 10.11.)

Fig. 10.11 – Conectarea rezervoarelor cu soluţie eutectică la sistemul de

răcire [51]

Autodubele frigorificele sunt autovehicule echipate cu agregate frigorifice care menţin o temperatură adecvată transportului unor produse alimentare perisabile în interiorul unor camere frigorifice montate pe un şasiu auto. Schema funcţională a agregatului frigorific Thermo King tip NWD-30 este prezentată în fig. 10.12. Agregatul poate asigura menţinerea în interior a unei temperaturi constante de până la -30°C. Principalele părţi componente ale agregatului sunt:

- motorul cu ardere internă; - compresorul frigorific; - instalaţia frigorifică; - instalaţia electrică.

Compresorul agregatului este acţionat prin intermediul unui cuplaj de către un motor Diesel care asigură simultan şi antrenarea a două ventilatoare; unul dintre ventilatoare realizează răcirea condensatorului instalaţiei frigorifice, iar cel de al doilea este destinat circulaţiei aerului peste vaporizator, asigurând astfel răcirea camerei frigorifice. Funcţionarea motorului cu aprindere prin comprimare se poate face în regim de turaţie redusă, la cca.1400 rot/min, sau în regim de turaţie nominală de 2200 rot/min Compresorul instalaţiei frigorifice este cu patru cilindri în V, carter din aluminiu, cilindri amovibili din fontă şi pistoane fără segmenţi. Pentru a se preveni depăşirea presiunii admisibile a freonului din instalaţie, care are valoarea de 21 daN/cm2, pe colectorul de refulare al compresorului se montează un întrerupător presostatic care asigură oprirea

Page 314: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

318

motorului termic de antrenare prin întreruperea alimentării acestuia cu combustibil. Acest întrerupător restabileşte circuitul de alimentare a motorului numai la scăderea presiunii agentului frigorific din instalaţie sub valoarea de 16 daN/cm2. Agregatul frigorific poate funcţiona în următoarele regimuri:

- regimul de răcire; - regimul de încălzire; - regimul de dezgheţare.

Fig. 10.12 – Schema funcţională a agregatului frigorific Thermo King tip NWD-30 1-compresor; 2-ventil de refulare; 3-racord flexibil de refulare; 4-conductă de refulare; 5-triplă valvă; 6-condensator; 7-supapă închidere; 8-rezervor freon; 9-vizor; 10-ventil golire; 11-conductă lichid; 12-

filtru deshidrator; 13-schimbătorul intern de căldură; 14-ventil de laminare termostatic; 15-bulbul sensibil al valvei de expansiune; 16-conductă de egalizare; 17-distribuitor; 18-evaporator; 19-conductă

de aspiraţie; 20-acumulator de lichid; 21-racord flexibil; 22-ventil aspiraţie; 23-bloc aspiraţie; 24-serpentină de dezgheţare; 25-conductă gaze calde; 26-solenoid; 27-ventil de siguranţă; 28-ventil de

închidere; 29-clapetă de congelare.

Page 315: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

319

Regimul de răcire

Agregatul funcţionează în regim de răcire atunci când temperatura mediului ambiant este mai mare decât temperatura reglată de termostatul instalaţiei frigorifice. Elementele componente ale instalaţiei sunt prezentate în fig. 10.11, în care este redată şi circulaţia agentului frigorific în acest regim. Freonul, încălzit şi aflat în stare de vapori, este refulat de către compresorul (1) prin ventilul de refulare (2), furtunul flexibil (3) şi conducta (4), spre tripla valvă (5). Acest circuit al freonului, de la compresor până la tripla valvă, este identic în toate cele trei regimuri de funcţionare. În regim de răcire, pistonaşul din interiorul triplei valve (5) este deplasat spre stânga sub acţiunea unui arc, freonul în stare gazoasă fiind astfel obligat să iasă din tripla valvă prin racordul superior din dreapta şi să ajungă în condensatorul (6). În condensator are loc condensarea agentului frigorific, cu cedare de căldură către mediul exterior. Freonul lichid trece, după ieşirea din condensator, prin supapa de sens unic (7) şi ajunge în rezervorul de freon (8), prevăzut cu un vizor (9) pentru observarea nivelului.

Atunci când sunt necesare intervenţii asupra instalaţiei frigorifice, cea mai mare parte a freonului poate fi depozitată în condensator şi rezervorul de freon, prin închiderea ventilului (10), evitându-se astfel pierderile de agent frigorific. Din rezervorul (8) freonul lichid iese prin conducta (11) şi ajunge la filtrul uscător (12), care are rolul de reţinere a umidităţii din sistem în vederea evitării obturării instalaţiei prin îngheţare. Din acest filtru freonul ajunge printr-o conductă la subrăcitorul (13), aflat în interiorul caroseriei. În interiorul acestuia freonul este subrăcit, cedând căldură vaporilor de freon care circulă în sens opus prin mantaua schimbătorului, dinspre vaporizator către compresor.

În continuare agentul frigorific în stare lichidă ajunge la ventilul de laminare termostatic (14), care reglează cantitatea de freon ce pătrunde în vaporizatorul (18) în funcţie de temperatura vaporilor la ieşirea din vaporizator. În acest scop, ventilul este legat printr-un tub capilar cu bulbul sensibil (15), montat pe conducta (19) de ieşire din vaporizator.

Debitul de freon este reglat de către ventilul de laminare termostatic, prin acţiunea unei membrane asupra unei supape-ac. Partea din stânga a membranei este în legătură cu bulbul sensibil prin tubul capilar în timp ce partea din dreapta este legată prin intermediul conductei de egalizare (16) de conducta (19) de ieşire din condensator. Dacă temperatura vaporilor care ies din condensator este prea mare (debit mic de agent frigorific), gazul din bulbul (15) se încălzeşte şi acţionează membrana, care deplasează supapa-ac şi asigură astfel trecerea unei cantităţi suplimentare de freon lichid spre vaporizator. Creşterea presiunii vaporilor de agent frigorific din conducta (19) acţionează membrana în sens contrar, prin conducta de egalizare (16), închizând supapa-ac. Astfel se realizează un echilibru în sistem prin autoreglarea cantităţii de freon din vaporizator în funcţie de presiunea şi temperatura agentului la ieşirea din serpentina acestuia.

După trecerea din valva de expansiune (14), în care freonul ajunge sub formă lichidă la presiune ridicată, acesta trece în distribuitorul (17) care,

Page 316: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

320

alimentează vaporizatorul. În vaporizator, datorită presiunii scăzute, are loc vaporizarea agentului frigorific, însoţită de absorbţie de căldură. După vaporizarea freonului acesta părăseşte vaporizatorul prin colectorul de aspiraţie (19). De aici vaporii ajung la subrăcitorul (13), în mantaua acestuia, unde, dată fiind temperatura lor scăzută, preiau căldura de la freonul lichid care trece prin conducta interioară spre valva de expansiune, mărind astfel eficienţa frigorifică a instalaţiei. Din mantaua schimbătorului intern de căldură freonul ajunge în acumulatorul de lichid (20), aflat în exteriorul caroseriei, iar de aici, prin furtunul flexibil de aspiraţie (21), agentul frigorific trece spre ventilul de aspiraţie (22), ajunge la regulatorul de presiune (23) şi apoi la compresor. Furtunul flexibil de aspiraţie (21), la fel ca şi furtunul de refulare (3), împiedică transmiterea vibraţiilor de la grupul motopropulsor la instalaţia frigorifică. Ventilul de aspiraţie (22) este prevăzut cu un racord pentru montarea unui manometru sau a unui furtun pentru încărcarea instalaţiei cu agent frigorific. Regulatorul de presiune (23) reglează presiunea de aspiraţie a compresorului şi astfel limitează debitul de agent frigorific vehiculat la temperaturi ridicate de vaporizare. Dacă freonul circulă prin instalaţie numai în baza circuitului descris mai sus instalaţia realizează o răcire continuă, temperatura coborând fără a se face limitarea acesteia la o anumită valoare. În timpul exploatării, motorul termic al agregatului frigorific funcţionează la turaţia ridicată de 2200 rot/min până la atingerea unei temperaturi situate în apropierea temperaturii reglate (cu 2 – 3°C mai mare decât valoarea dorită), acesta trecând apoi în regim de funcţionare la turaţia joasă de 1400 rot/min. Funcţionarea instalaţiei în regim de răcire este semnalizată prin aprinderea unui bec de control cu înscrisul „COOL”. Temperatura în interiorul caroseriei se poate citit în orice moment cu ajutorul unui termometru montat de asemenea pe panoul de comandă. Regimul de încălzire

În acest regim freonul nu mai circulă prin condensator pentru a fi răcit; din compresor, trecând prin tripla valvă, agentul frigorific ajunge cald în vaporizator, pentru a realiza astfel încălzirea aerului din interiorul caroseriei şi degivrarea vaporizatorului. Comanda acestui circuit se face prin intermediul unui ventil acţionat de solenoidul (26), care se găseşte montat pe o conductă ce face legătura între capătul anterior al triplei valve (5) şi regulatorul de aspiraţie (23). Când bobina solenoidului nu este alimentată cu energie electrică, ventilul de închidere comandat de aceasta este închis. La alimentarea solenoidului, ventilul se deschide şi permite realizarea legăturii dintre aspiraţia compresorului şi tripla valvă, ceea ce face ca pistonaşul acesteia să fie deplasat spre dreapta prin acţiunea depresiunii create la aspiraţie. Astfel, freonul ajuns la tripla valvă va ieşi prin racordul superior din stânga, racordul spre condensator fiind închis de către piston. Solenoidul (26) este alimentat de la un microîntrerupător al termostatului atunci când agregatul funcţionează în regim de încălzire, sau de la releul de decongelare

Page 317: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

321

în regimul de dezgheţare. Agentul frigorific cald, refulat de compresor în stare de vapori prin ventilul de refulare (2) şi furtunul flexibil (3), ajunge la tripla valvă (5) şi iese din aceasta prin racordul superior din stânga, intrând în conducta (25), ramificată în două conducte cu diametre diferite. Prin conducta cu diametru mic agentul frigorific ajunge la rezervorul de freon (8), antrenând freonul lichid aflat aici şi mărind astfel randamentul de încălzire. În această situaţie, supapa de sens unic (7) este închisă şi nu permite trecerea freonului spre condensator. De la rezervorul (8) freonul circulă în instalaţie la fel ca în regimul de răcire.

Prin conducta cu diametru mai mare freonul pătrunde în interiorul caroseriei şi străbate serpentina de dezgheţare (24), amplasată pe fundul carcasei vaporizatorului cu scopul de a topi gheaţa formată din apa condensată şi pentru a preveni îngheţarea apei care se scurge pe ţevile şi aripioarele vaporizatorului atunci când agregatul funcţionează în regim de încălzire sau de dezgheţare, iar temperatura iniţială în incinta frigorifică are valori negative. La ieşirea din serpentina (24), freonul intră în distribuitorul (17), iar de aici în vaporizatorul (18), pe care îl încălzeşte; astfel aerul vehiculat de ventilatorul vaporizatorului se va încălzi. Din vaporizator agentul frigorific ajunge în mantaua schimbătorului subrăcitorului (13), trece în acumulatorul (separatorul) de lichid (20) şi apoi la compresor. Datorită freonului cald care trece prin conducta (19), bulbul termosensibil (15) al ventilului de laminare (14) va comanda deplasarea membranei spre dreapta şi va deschide cuiul poantou, permiţând freonului ajuns aici de la rezervorul (8) să circule în instalaţie, mărind randamentul de funcţionare în regim de încălzire.

Funcţionarea instalaţiei în regim de încălzire este semnalizată prin aprinderea unui bec de control cu înscrisul „HEAT”. În situaţia când temperatura comandată este mult peste valoarea temperaturii mediului exterior, agregatul va funcţiona în regim de turaţie ridicată la 2200 rot/min, până la apropierea cu 2-3 °C de valoarea reglată a temperaturii; apoi motorul cu ardere internă trece la regimul de turaţie mică de 1400 rot/min. Menţinerea temperaturii comandate se face din acest moment printr-o succesiune de regimuri de răcire şi încălzire la turaţie mică.

Regimul de dezgheţare

Agregatul este programat din construcţie ca la obturarea cu gheaţă a peste 50 – 60 % din secţiunea de trecere pentru aer a vaporizatorului să se comande automat funcţionarea în regim de dezgheţare. Acest regim nu este altceva de cât un regim de încălzire cu turaţie ridicată la care, în plus, se comandă de către un electromagnet închiderea clapetei (29), care astfel nu mai permite trecerea aerului vehiculat de către ventilatorul vaporizatorului spre camera frigorifică. În regim de dezgheţare freonul are acelaşi circuit ca în regimul de încălzire, astfel că de la tripla valvă (5) agentul frigorific ajunge în serpentina de decongelare (24) şi apoi la distribuitorul (17), ocolind ventilul de laminare (14); agentul frigorific intră în vaporizatorul (18), unde topeşte gheaţa depusă pe ţevile

Page 318: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

322

şi lamelele acestuia, precum şi gheaţa din tava de sub vaporizator. Apa rezultată din topirea brumei şi a gheţii este evacuată spre exterior din tavă prin două tuburi de cauciuc, pe lângă peretele frontal al caroseriei. Funcţionarea în regim de dezgheţare este semnalizată pe panoul de control prin aprinderea becului marcat „DEFROST”. Atunci când agregatul trebuie să asigure o anumită temperatură comandată de la termostat, la atingerea temperaturii regimul de funcţionare se schimbă din răcire în încălzire şi invers în jurul valorii comandate, acest lucru fiind vizibil şi prin semnalizarea luminoasă aferentă celor două regimuri, alternanţa luminilor fiind şi un semn de bună funcţionare a instalaţiei. 10.2.2. Mijloace de transport feroviare

Mijloacele de transport feroviare utilizează vagoane refrigerente sau frigorifice. Vagoanele refrigerente utilizează gheaţă de apă, gheaţă carbonică sau agenţi criogenici pentru menţinerea temperaturii scăzute în interior. În cazul vagoanelor răcite cu gheaţă de apă, aceasta se introduce în compartimente aflate la capetele vagonului, iar circulaţia aerului prin vagon este asigurată de către ventilatoare ce pot fi acţionate fie de către turbine aflate pe acoperişul vagonului (fig. 10.13a), puse în mişcare de către curentul de aer creat prin deplasarea acestuia, fie de către motoare electrice (fig. 10.13b).

a)

b)

Fig. 10.12 – Vagoane refrigerente [38] a) cu turbine pentru acţionarea ventilatoarelor; b) cu motoare electrice pentru acţionarea

ventilatoarelor; 1-recipienţi pentru gheaţă; 2-turbine; 3-ventilatoare; 4-ventilatoare electrice; 5-trape pentru introducerea gheţii

Page 319: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

323

Vagoanele frigorifice sunt echipate cu instalaţie frigorifică proprie, antrenarea compresoarelor fiind realizată electric sau cu ajutorul unor motoare termice. În cazul trenurilor frigorifice, acestea au în compunere un vagon în care se găseşte centrala frigorifică care realizează răcirea unui agent intermediar. Agentul intermediar răcit este apoi trimis către toate vagoanele din compunerea trenului, fiecare vagon fiind prevăzut cu răcitoare pentru aer. 10.2.3. Mijloace de transport navale

Pentru menţinerea temperaturilor scăzute necesare transportului produselor conservate prin frig cu mijloace de transport navale se utilizează următoarele soluţii:

• montarea unor camere frigorifice la bordul navelor ce asigură transportul; • utilizarea unor containere echipate cu instalaţii frigorifice proprii; • utilizarea navelor frigorifice.

Utilizarea unor containere prevăzute cu sisteme proprii de producere a frigului este o variantă mai convenabilă, din punct de vedere economic, decât montarea unor camere frigorifice, în primul caz navele putând fi utilizate şi pentru transportul altor tipuri de produse.

Navele frigorifice au calele prevăzute cu instalaţii frigorifice ce pot asigura menţinerea unor temperaturi scăzute, în concordanţă cu cerinţele impuse de produsele ce se transportă. De multe ori aceste nave sunt destinate preluării, prelucrării şi transportului la ţărm a producţiei navelor de pescuit.

Page 320: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

324

Page 321: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

325

ANEXE Anexa 1

A1. TEORIA CINETICO-MOLECULAR| A GAZELOR [32, 41, 46] Deducerea propriet\]ilor macroscopice din cele microscopice se simplific\ pentru un sistem cu o structur\ microscopic\ mai simpl\, cum este gazul perfect sau ideal. Se va considera sistemul gazului perfect sau ideal cu urm\toarele propriet\]i esen]iale:

- sistemul este format dintr-un num\r foarte mare de constituen]i de aceea[i natur\ (atomi, molecule), care se mi[c\ complet dezordonat;

- ciocnirea între constituen]i cât [i cu pere]ii incintei este perfect elastic\, deci viteza (în modul) înainte [i dup\ ciocnire are aceea[i valoare;

- dimensiunile constituen]ilor sunt mici în compara]ie cu distan]a dintre ei, fiind punctiformi; ace[tia pot avea numai o mi[care de transla]ie, nu [i de rota]ie;

- distan]a dintre constituen]i este suficient de mare încât interac]iunile dintre ace[tia s\ fie neglijabile, adic\ energia poten]ial\ U = 0;

- distribu]ia vitezelor constituen]ilor nu se modific\ în timp; aceasta `nseamn\ ca num\rul moleculelor care au o anumit\ valoare a vitezei este întotdeauna aceea[i.

A1.1. Presiunea gazului ideal Se consider\ sistemul de gaz perfect, format din N molecule identice,

fiecare de mas\ m0, con]inut într-o incint\ cubic\ de latur\ L [i volum 3LV = . În

unitatea de volum exist\ 3L

Nn = molecule. La ciocnirea moleculelor cu pere]ii

vasului se exercit\ o for]\ asupra pere]ilor; ac]iunea continu\ a acestor for]e d\ na[tere la o presiune uniform\ pe pere]ii vasului, numit\ presiunea gazului. O molecul\ cu viteza ),,( zyx vvvv rrrr

, la ciocnirea cu peretele ABCD (fig. A.1), `[i

va modifica numai sensul componenteixvr perpendicular\ pe perete, încât varia]ia

impulsului la o singur\ ciocnire va fi : (1) xxxx vmvmvmp 000 2)( =−−=∆ .

Intervalul de timp dup\ care o molecul\ ciocne[te acela[i perete a doua oar\ succesiv este:

(2)

xvLt 2

=∆

În acest interval de timp molecula exercit\ o for]\ medie asupra peretelui:

(3) Lvm

Lvvm

tpf xx

xx

x

20

0 22 =⋅=

∆∆

=

În intervalul de timp ∆t toate cele N molecule ac]ionez\ asupra peretelui cu o

Page 322: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

326

for]\ rezultant\ medie:

(4) 20

1

20

11x

N

iix vmN

Lvm

LF ⋅⋅=⋅⋅= ∑

=

,

Fig. A.1 – Schem\ pentru determinarea presiunii gazului ideal

unde 2xv se nume[te vitez\ p\tratic\ medie a moleculelor, definit\ prin rela]ia:

(5) ∑=

=N

iixx v

Nv

1

22 1

În condi]iile în care num\rul constituen]ilor N este foarte mare [i ace[tia se mi[c\ total haotic, se poate considera c\ direc]iile de mi[care sunt echivalente, iar pentru componentele vitezelor rezult\:

(6) 2222

31 vvvv zyx ⋅===

Ob]inem for]a rezultant\ [i presiunea pe peretele incintei:

(7) 3

1 2

0vNm

LF =

(8) 23

231

31 2

20

2032

vmnvmnvmLN

LFP ⋅

⋅=⋅=⋅==

Rela]ia (8), numit\ formula fundamental\ a teoriei cinetico-moleculare, leag\ parametrul macroscopic, presiunea gazului P, de parametrii microscopici [i anume num\rul de molecule din unitatea de volum n [i energia cinetic\ medie în mi[carea de agita]ie termic\. Experimental se constat\ c\, ridicând temperatura gazului dintr-un recipient, presiunea cre[te propor]ional cu temperatura. Cum temperatura nu poate influen]a num\rul de molecule din unitatea de volum n, rezult\ c\ va influen]a cel de al doilea factor; ca urmare, energia cinetic\ medie va fi propor]ional\ cu temperatura:

(9) kTvm23

2

20 ==ε

unde k este constanta lui Boltzmann. Valoarea ei se determin\ experimental [i este k = 1,38∙10-23 [J/K]. Din rela]ia (9) se desprind o serie de consecin]e:

Page 323: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

327

- energia cinetic\ medie fiind o m\rime esen]ial pozitiv\ ε > 0, rezult\ c\ temperatura absolut\ T nu poate avea valori negative;

- originea temperaturilor absolute T = 0 conduce la ε = 0, deci corespunde temperaturii gazului pentru care presiunea se anuleaz\.

A1.2. Ecua]ia de stare a gazului ideal

Starea gazului ideal este perfect determinat\ dac\ se cunosc simultan parametrii de stare p, V, T. Ecua]ia de stare a gazului ideal rezult\ din formula fundamental\ a teoriei cinetico-moleculare; prin înlocuirea rela]iei (9) în (8) se ob]ine:

TkVNTknp ⋅=⋅⋅=

sau (10) TkNpV ⋅⋅= ,

care este ecua]ia de stare a gazului ideal Ecua]ia de stare este independent\ de natura gazului, având un caracter universal. Astfel în condi]iile KTTmNpp 16,273,10013,1 0

250 ==⋅== (numite

condi]ii normale) un volum, numit volum molar 330 104,22 mV −⋅= din gaze

diferite, con]ine acela[i num\r de constituien]i (atomi sau molecule) numit num\rul lui Avogadro 2310023,6 ⋅=AN . Celor AN constituen]i le corespunde

o mas\ total\ ANm0=µ numit\ mas\ molar\ sau mol de substan]\. Num\rul de

moli (kilomoli) ν dintr-un gaz cu N constituen]i este dat de rapoartele:

(11) µ

ν MNmNm

NN

AA===

0

0

iar ecua]ia de stare (10) se mai poate scrie sub forma:

(12) RTMTkNMTkNpV AA µµν =⋅⋅=⋅⋅⋅= )(

unde R este constanta general\ a gazelor: KmolJkNR A ⋅=⋅= 314,8

A1.3. Ecua]ia de stare van der Waals a gazelor reale J. D. van der Waals a dedus o ecua]ie de stare modificat\ fa]\ de cea a gazului ideal, care ia în considerare interac]iunile care se manifest\ la distan]e chiar mari (fa]\ de dimensiunile moleculelor) [i nu neglijeaz\ volumul propriu al moleculelor; se consider\ c\ moleculele au o form\ sferic\ rigid\ cu diametrul d. ~n cazul gazului real volumul se va mic[ora, devenind (v-b) unde b reprezint\ volumul propriu al moleculelor. Constanta b variaz\ de la gaz la gaz, dar este de ordinul molm35103 −⋅ .

Page 324: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

328

Prin urmare volumul moleculelor reprezint\ 0,15% din volumul gazului aflat în condi]ii normale. Consecin]\ a reducerii volumului va fi cre[terea num\rului de ciocniri ale moleculelor cu pere]ii, m\rind astfel presiunea. Introducând factori de corec]ie aupra presiunii [i volumului, ecua]ia de stare pentru un mol de gaz se va scrie:

RTbvvap =−+ ))(( 2

unde a [i b reprezint\ constante dependente de natura gazului care se determin\ experimental. Corec]ia

2va constitue o presiune suplimentar\ ce apare datorit\

interac]iunii dintre molecule. În cazul gazului ideal, izotermele (pV=const.) sunt m\rimi ale unei hiperbole echilaterale. Pentru gazul van der Waals presiunea variaz\ cu volumul dup\ legea:

2va

bvTRp −

−⋅

=

Cei doi termeni se comport\ oarecum diferit cu varia]ia v . Când volumul molar V descre[te de la valori mari, presiunea cre[te; cum

2va descre[te mai

rapid, la temperatura 1T suficient de joas\, presiunea trece printr-un maxim în

punctul A (fig. A.2). Când volumul V descre[te mai departe va predomina V fa]\ de 2V , astfel încât presiunea trece printr-un minim în punctul B [i apoi cre[te nelimitat.

Fig. A.2 – Gazul Van der Vaals

Odat\ cu cre[terea temperaturii punctele de maxim [i de minim sunt tot mai pu]in eviden]iate [i mai aproape de punctul inflexiune care se afl\ între ele. La o anumit\ temperatur\ crTT = , numit\ temperatur\ critic\, ele coincid într-

un punct de inflexiune, numit punct critic. Pentru crTT > izotermele van der

Vaals nu mai prezint\ puncte de inflexiune [i tind c\tre comportarea de tip hiperbol\ a izotermelor gazului real. Faptul c\ izotermele van der Waals prezint\ o zon\ (A-B) `n care presiunea [i volumul scad simultan (lucru imposibil `n realitate) reprezint\ o deficien]\ a acestei ecua]ii de stare; izotermele reale (Andrews) prezint\ o por]iune caracterizat\ de p = ct.

Page 325: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

329

Anexa 2 A2. AGEN}I FRIGORIFICI A2.1. Denumire conform standardului 34 ASHRAE* [23, 24, 55, 59]

Num\r Denumire sau

compozi]ie (% din mas\)

Formul\ chimic\ Num\r Denumire sau compozi]ie

(% din mas\) Formul\ chimic\

0 1 2 3 4 5 R-10 tetraclormetan CCl4 R-407A R-32/125/134a (20/40/40) - R-11 triclorfluormetan CCl3F R-409A R-22/124/142b (60/25/15) - R-12 diclordifluormetan CCl2F2 R-410A R-32/125 (50/50) - R-13 clorotrifluormetan CClF3 R-410B R-32/125 (45/55) - R-22 clorodifluormetan CHClF2 R-413A R-218/134a/600a (9/88/3) - R-23 trifluormetan CHF3 Amestecuri azeotrope R-31 clorofluormetan CH2ClF R-500 R-12/152a (73,8/26,2) - R-40 clorometan CH3Cl R-501 R-22/12 (75/25) - R-50 metan CH4 R-502 R-22/115 (48,8/51,2) -

R-110 hexacloretan CCl3CCl3 R-503 R-23/13 (40,1/59,9) - R-111 pentaclorfluoretan CCl3CCl2F R-504 R-32/115 (48,2/51,8) - R-116 hexafluoretan CF3CF3 R-508A R-23/116 (39/61) - R-120 penta cloretan CHCl2CCl3 R-509A R-22/218 (44/56) -

R-123 2,2-diclor-1,1,1-trifluoretan

CHCl2CF3 Compu[i organici [i anorganici

R-134a 1,1,1,2-tetrafluoretan CH2FCF3 R-600 butan CH3CH2CH2CH3

R-140a 1,1,1-tricloretan CH3CCl3 R-600a izobutan CH(CH3)3

R-150a 1,1-dicloretan CHCl2CH3 R-610 etileter C2H5OC2H5 R-160 cloretan CH3CH2Cl R-631 etil amina C2H5NH2 R-218 octafluorpropan CF3CF2CF3 R-702 hidrogen H2 R-290 propan CH3CH2CH3 R-704 heliu He

Amestecuri cvasiazeotrope R-717 amoniac NH3

R-401A R-22/152a/124 (53/13/34) - R-718 ap\ H20

R-401B R-22/152a/124 (61/11/28) - R-728 azot N2

R-402A R-125/290/22 (60/2/38)

- R-744 bioxid de carbon CO2

R-402B R-125/290/22 (38/2/60)

- R-764 bioxid de sulf SO2

R-403A R-290/22/218 (5/75/20) - R-1114 tetrafluoreten\ CF2=CF2

R-404A R-125/143a/134a (44/52/4)

- R1150 eten\ CH2=CH2

A2.2. Simbolizarea agen]ilor frigorifici [23, 24, 55]

Agen]ii frigorifici proveni]i din hidrocarburile din categoria alcanilor [i a deriva]ilor lor halogena]i sunt simboliza]i prin litera R urmat\ de trei cifre (R xyz), unde:

• x – indic\ num\rul de atomi de carbon minus unu;

* American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers

Page 326: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

330

• y – indic\ num\rul de atomi de hidrogen plus unu; • z – indic\ num\rul de atomi de fluor.

Când agentul frigorific con]ine [i atomi de brom, nota]ia este urmat\ de un B, cu un indice ce reprezint\ num\rul de atomi de brom.

Pentru agen]ii de tipul alchenelor [i deriva]ilor halogena]i ai alchenelor modul de codificare numeric\ este acela[i ca precedentul, dar se adaug\ un 1 pentru cifra miilor (exemplu R1150).

Hidrocarburile ciclice [i deriva]ii ciclici utiliza]i ca agen]i frigorifici sunt simbolizate prin litera C, amplasat\ înaintea num\rului de identificare a fluidului frigorific (exemplu RC 270).

Agen]ilor frigorifici de tipul compu[ilor organici le este atribuit\ seria 600, num\rul alocat fiec\rui fluid fiind arbitrar (exemplu R 630 pentru metilamin\).

Agen]ilor care sunt compu[i anorganici le este atribuit\ seria 700 [i pentru ob]inerea num\rului de identificare a fluidului frigorific se adaug\ la 700 masa sa molecular\ (de exemplu R 717 pentru amoniac).

Amestecurilor zeotrope le este atribuit\ seria 400, num\rul de identificare fiind arbitrar atribuit fiec\rui fluid în parte.

Amestecurilor azeotrope le este atribuit\ seria 500, num\rul de identificare fiind de asemenea arbitrar. A.2.3. Protocolul de la Montreal Acest protocol, semnat iniţial pe 16 septembrie 1987 de către Comunitatea Economiă Europeană şi alte 24 de state, reglementează producţia substanţelor ce au potenţial de distrugerea a stratului de ozon, inclusiv a agenţilor frigorifici. Acesta a intrat în vigoare la 1 ianuarie 1989 şi prevedea limitarea producţiei unor agenţi frigorifici de tip CFC (R-11, R-12, R-113, R-114, R-115, R-500, R-502) şi de tip haloni (care conţin atomi de brom).

Fig. A.3 – Evoluţia producţiei de CFC conform protocolului de la Montreal

Page 327: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

331

Protocolul a fost revizuit de mai multe ori: • în 1990, la Conferinţa de la Londra; • în 1992, la conferinţa de la Copenhaga; • prin amendamentele de la Viena (1995), Montreal (1997), Beijing (1999).

La 21 septembrie 2007 cele 191 de ţări semnatare ale protocolului de la Montreal au semnat un amendament prin care se accelerează procesul de scoatere din producţie a agenţilor frigorifici de tip HCFC, conform celor prezentate în fig. A.4.

a)

b)

Fig. A.4 – Producţia de agenţi frigorifici de tip HCFC a-ţări dezvoltate; b-ţări în curs de dezvoltare.

Page 328: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

332

Anexa 3 A3. ELEMENTE DE TRANSMITEREA C|LDURII; SCHIMB|TOARE DE C|LDUR|

A3.1. M\rimi utilizate `n transmiterea c\ldurii

• intensitatea (densitatea) fluxului de c\ldur\ (sau flux termic unitar) reprezint\ cantitatea de c\ldur\ transmis\ prin unitatea de suprafa]\, `n unitatea de timp; de obicei se noteaz\ cu q [i se m\soar\ `n W/m2 sau kcal/h∙m2.

• fluxul de c\ldur\ reprezint\ cantitatea de c\ldur\ transmis\ `n unitatea de

timp; se noteaz\ cu Qh sau Q& [i se m\soar\ `n W sau kcal/h. ~ntre intensitatea fluxului de c\ldur\ [i fluxul de c\ldur\ exist\ rela]ia:

SqQh ⋅= ,

`n care S este suprafa]a [m2]. • cantitatea de c\ldur\ transmis\ se noteaz\ cu Q [i se m\soar\ `n J* sau

kcal. Pentru cantitatea de c\ldur\ transmis\ sunt valabile rela]iile: ττ ⋅=⋅⋅= hQSqQ ,

unde τ este timpul, `n [s] sau [h].

A3.2. Moduri de transmitere a c\ldurii [i rela]ii de baz\ [10, 24, 47, 50]

C\ldura se poate transmite `ntre corpuri prin conduc]ie termic\, convec]ie termic\ sau radia]ie termic\.

Conduc]ia termic\ este modul de transmitere a c\ldurii dintr-o zon\ cu temperatur\ ridicat\ c\tre o zon\ cu temperatur\ coborât\, `n interiorul unui corp sau `ntre corpuri solide aflate `n contact direct, f\r\ deplas\ri aparente ale particulelor care formeaz\ corpurile respective. Ecua]ia fundamental\ pentru transmiterea c\ldurii prin conduc]ie este rela]ia lui Fourier (1822):

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅−= 2m

Wdxdtq λ ,

`n care λ este coeficientul de conductivitate termic\ [W/m·K], iar dt reprezint\ varia]ia elementar\ de temperatur\ dup\ direc]ia x pe care are loc schimbul de c\ldur\. Coeficientul de conductivitate termic\ reprezint\ cantitatea de c\ldur\ transmis\ prin conduc]ie, `n unitatea de timp, `ntre dou\ planuri paralele din corpul considerat, situate la distan]a de un metru unul de cel\lalt; propagarea c\ldurii are loc pe o direc]ie perpendicular\ pe cele dou\ suprafe]e. Convec]ia termic\ reprezint\ procesul de schimb de c\ldur\ dintre un perete [i un fluid, atunci când exist\ o diferen]\ de temperatur\ `ntre perete [i fluid; convec]ia presupune existen]a unei mi[c\ri a particulelor ce alc\tuiesc fluidul. Dac\ mi[carea apare doar ca urmare a modific\rii densit\]ii fluidului odat\ cu temperatura, convec]ia se nume[te natural\; atunci când mi[carea este

* 1 W = 1 J/s.

Page 329: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

333

determinat\ de for]e exterioare (produse de o pomp\, un ventilator etc.), convec]ia se nume[te for]at\. Ecua]ia fundamental\ a convec]iei termice este dat\ de rela]ia lui Newton (1701):

,2 ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡∆⋅=mWtq α

unde α este coeficientul de transfer al c\ldurii prin convec]ie [W/m2·K], iar ∆t este diferen]a de temperatur\ [K, 0C]. Coeficientul de convec]ie reprezint\ cantitatea de c\ldur\ transmis\ `n unitatea de timp, prin unitatea de suprafa]\, la o diferen]\ de temperatur\ de 10C. Radia]ia termic\ este procesul de transmitere a c\ldurii `ntre corpuri aflate la temperaturi diferite, separate `n spa]iu, pe baza energiei electromagnetice. Rela]ia de baz\ a radia]iei termice este ecua]ia Stefan-Boltzmann:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅= 2

40 m

WTq σ ,

`n care [ ]4280 /1067,5 KmW ⋅⋅= −σ este coeficientul de radia]ie al corpului

negru, iar T este temperatura corpului [K]. A3.3. Cazuri particulare de transmitere a c\ldurii A3.3.1. Transmiterea unidirec]ional\ a c\ldurii, prin conduc]ie, printr-un perete plan omogen Folosind nota]iile din fig. A.5 [i aplicând rela]ia lui Fourier putem scrie:

dxdtq p ⋅λ−= ,

sau, separând variabilele: dtdxq p ⋅−=⋅ λ ,

de unde, prin integrare `ntre limite:

∫ ∫⋅−=⋅p p

p

t

tp dtdxq

δ

λ0

2

1

rezult\:

( )21 ppp

p ttq −⋅=δλ

.

Utilizând nota]ia:

p

pRλδ

= ,

`n care R este rezisten]a termic\, intensitatea fluxului de c\ldur\ transmis prin conduc]ie devine:

Page 330: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

334

p

p

pppp ttR

ttq

λδ

2121 −=

−= .

Fig. A.5 – Transmiterea c\ldurii prin conduc]ie, prin perete plan omogen δp-grosimea peretelui; λp-conductivitatea termic\ a materialului peretelui.

Se observ\ c\ `n cazul `n care conductivitatea termic\ este constant\, temperatura variaz\ liniar pe grosimea peretelui.

A3.3.2. Transmiterea unidirec]ional\ a c\ldurii, prin conduc]ie, printr-un perete plan multistrat Pentru acest caz peretele plan se consider\ a fi format din mai multe straturi omogene; c\ldura se transmite perpendicular pe perete (fig. A.6). Pentru fiecare strat component al peretelui se poate scrie rela]ia determinat\ anterior pentru peretele plan omogen:

( ) ( ) ( ).ttq,ttq,ttq 433

3332

2

2221

1

11 −⋅

δλ

=−⋅δλ

=−⋅δλ

=

Fig. A.6 – Transmiterea c\ldurii prin conduc]ie printr-un perete multistrat

Presupunând c\ fluxurile de c\ldur\ transmise prin straturi sunt acelea[i (nu se pierde c\ldur\ prin `nc\lzirea straturilor), adic\ q = q1 = q2 = q3, rezult\:

Page 331: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

335

.

;

;

3

343

2

232

1

121

qtt

qtt

qtt

⋅=−

⋅=−

⋅=−

λδλδλδ

Adunând rela]iile ob]inem:

∑=

⋅=−3

141

i i

iqttλδ

[i `n final rezult\ intensitatea fluxului de c\ldur\:

∑=

−= 3

1

41

i i

i

ttq

λδ

,

sau:

∑=

−= 3

1

41

iiR

ttq ,

`n care Ri este rezisten]a termic\ a stratului i.

A3.3.3. Transmiterea unidirec]ional\ a c\ldurii, prin conduc]ie, printr-un perete cilindric omogen

~n acest caz se porne[te de la rela]ia de defini]ie a fluxului de c\ldur\: SqQh ⋅= .

Utilizând nota]iile din fig. A.7 [i ]inând cont de faptul c\ propagarea c\ldurii se face radial, aplicând ecua]ia lui Fourier rezult\:

lrdrdtQh ⋅⋅⋅⋅⋅−= πλ 2 ,

`n care l este lungimea cilindrului. Aplicând metoda separ\rii variabilelor ob]inem:

rdr

lQ

dt h ⋅⋅⋅⋅

−=λπ2

.

Integrând rela]ia `ntre limite:

∫∫ ⋅⋅⋅⋅

−=e

i

p

p

r

r

ht

t rdr

lQ

dtλπ2

2

1

,

ob]inem:

i

ehpp r

rl

Qtt ln

221 ⋅⋅⋅⋅

=−λπ

,

Page 332: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

336

deci rezult\ c\ distribu]ia temperaturii `n peretele cilindric este de tip logaritmic.

Fig. A.7 - Transferul de c\ldur\ prin conduc]ie, printr-un perete cilindric omogen l-lungimea; di-diametrul interior; de-diametrul exterior.

Fluxul de c\ldur\ transmis prin conduc]ie, prin peretele cilindric omogen, va fi:

( ) ( )2121

ln

2

ln

2pp

i

epp

i

eh tt

ddltt

rrlQ −⋅

⋅⋅⋅=−⋅

⋅⋅⋅=

λπλπ,

`n care re [i ri sunt raza exterioar\ [i respectiv interioar\ ale cilindrului, iar de [i di sunt diametrul exterior [i respectiv interior.

A3.3.4. Transmiterea unidirec]ional\ a c\ldurii, prin conduc]ie, printr-un perete cilindric multistrat

~n acest caz se consider\ peretele cilindric ca fiind format din mai multe

straturi omogene (fig. A.8); pentru fiecare strat se poate aplica rela]ia determinat\ anterior pentru peretele omogen format dintr-un singur strat:

( )

( )

( ) .ln

2

;ln

2

;ln

2

34

3

4

33

32

2

3

22

21

1

2

11

tt

rrl

Q

tt

rrlQ

tt

rrlQ

h

h

h

−⋅⋅⋅⋅

=

−⋅⋅⋅⋅

=

−⋅⋅⋅⋅

=

λπ

λπ

λπ

Se pune condi]ia Qh = Qh1 = Qh2 = Qh3 [i, procedând ca [i `n cazul peretelui plan multistrat, rezult\ `n final:

Page 333: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

337

( )413

1

1ln12 tt

rr

lQ

i i

i

i

h −⋅⋅

⋅⋅=

∑=

+

λ

π.

Fig. A.8 – Transferul de c\ldur\ prin conduc]ie, prin perete cilindric multistrat

A3.3.5. Transmiterea unidirec]ional\ a c\ldurii, prin conduc]ie [i convec]ie

Majoritatea schimb\toarelor de c\ldur\ asigur\ transmiterea c\ldurii `ntre

dou\ fluide, separate printr-un perete metalic. ~n acest caz, transmiterea c\ldurii se realizeaz\ prin convec]ie `ntre fluide [i perete [i prin conduc]ie prin materialul peretelui.

~n fig. A.9 este prezentat cazul transmiterii c\ldurii `ntre dou\ fluide, separate printr-un perete plan omogen.

.

Fig. A.9 – Transmiterea c\ldurii prin conduc]ie [i convec]ie, prin perete plan omogen

Transmiterea c\ldurii prin convec]ie se face conform legii lui Newton: • ( )1111 pf ttq −⋅= α - intensitatea fluxului transmis de la fluidul (1) la

perete;

Page 334: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

338

• ( )2f2p23 ttq −⋅α= - intensitatea fluxului transmis de la perete la

fluidul (2). Transmiterea c\ldurii prin peretele omogen respect\ rela]ia stabilit\

anterior (vezi A3.3.1):

p

p

pp ttq

λδ

212

−=

Se pune condi]ia: q = q1 = q2 = q3

[i dup\ prelucrarea rela]iilor anterioare, ob]inem:

.

;

;

222

21

111

α

λδ

α

qtt

qtt

qtt

fp

p

ppp

pf

=−

=−

=−

Adunând rela]iile ob]inem `n final:

21

21

11αλ

δα

++

−=

p

p

ff ttq .

Se noteaz\ rezisten]a termic\ ca fiind:

21

11αλ

δ

α++=

p

pR

[i intensitatea fluxului de c\ldur\ se poate scrie sub forma:

Rtt

q ff 21 −= .

~n cazul `n care peretele plan este multistrat (de exemplu format dintr-un strat de piatr\ depus\ din ap\, un strat metalic [i un strat de vopsea la exterior), rela]ia pentru intensitatea fluxului de c\ldur\ va fi:

( )21

1 21

21

11 ffn

i i

i

ff ttktt

q −⋅=++

−=

∑= αλ

δα

,

`n care n este num\rul de straturi ce formeaz\ peretele, iar k este coeficientul global de schimb de c\ldur\, determinat cu rela]ia:

Page 335: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

339

Rk n

i i

i

111

1

1 21

=++

=

∑= αλ

δα

.

Pentru cazul schimbului de c\ldur\ `ntre dou\ fluide separate printr-un perete cilindric omogen, (fig. A.10), fluxurile de c\ldur\ transmise prin convec]ie vor fi:

• ( ) lrttQ pfh ⋅⋅⋅⋅−⋅= πα 21111 ;

• ( ) lr2ttQ 2f2p23h ⋅⋅π⋅⋅−⋅α= .

Fig. A.10 – Transmiterea c\ldurii prin conduc]ie [i convec]ie, prin perete cilindric omogen

Pentru conduc]ia prin peretele cilindric se utilizeaz\ rela]ia determinat\ anterior (vezi A3.3.3):

( )212

ln

2pp

i

eh tt

rrlQ −⋅⋅⋅⋅

=λπ

.

Ca [i `n cazurile anterioare se pune condi]ia Qh = Qh1 = Qh2 = Qh3 [i ob]inem `n final:

( )21

21

1ln12

ff

ei

e

i

h tt

rrr

r

lQ −⋅

⋅++

⋅⋅⋅=

αα

λπ.

Pentru peretele cilindric multistrat fluxul de c\ldur\ va fi dat de rela]ia:

( )21

21

1

1

1ln112

ff

e

n

i i

i

ii

h tt

rrr

r

lQ −⋅

⋅+⋅+

⋅⋅=

∑=

+

αλα

π,

`n care n este de asemenea num\rul de straturi ce formeaz\ peretele cilindric.

Page 336: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

340

A3.3.5. Schimbul de c\ldur\ prin suprafe]e extinse [10, 24] Prin suprafe]e extinse se `n]eleg suprafe]ele de schimb de c\ldur\ prev\zute cu aripioare sau nervuri. ~n cazul gazelor, pentru care coeficien]ii de transfer prin convec]ie au valori mici, existen]a suprafe]elor extinse permite cre[terea suprafe]ei de schimb de c\ldur\ [i deci asigur\ m\rirea fluxului de c\ldur\ transmis. Aripioarele pot avea forme diverse (rectangulare, circulare etc.), iar `n sec]iune longitudinal\ pot avea form\ paralelipipedic\, de triunghi etc.

~n tehnica frigului suprafe]ele nervurate se utilizeaz\ `n construc]ia vaporizatoarelor [i condensatoarelor.

Pentru nervur\ se define[te randamentul nervurii η, definit ca raportul `ntre fluxul termic efectiv transmis [i fluxul termic maxim, ce ar putea fi transmis dac\ temperatura pe `ntreaga lungime a aripioarei ar fi egal\ cu temperatura la baza acesteia (`n realitate, temperatura scade de la baz\ c\tre vârf).

Pentru cazul unui perete plan prev\zut cu nervuri rectangulare (fig. A.11), la care fluidul de pe partea cu nervuri este un gaz, se noteaz\ cu Sn suprafa]a nervurat\ [i cu S’ suprafa]a peretelui cuprins\ `ntre nervuri. Suprafa]a total\ de schimb de c\ldur\ pe partea gazului va fi:

'SSS nt += .

Dac\ Qh este fluxul de c\ldur\ transmis, pe partea cu aripioare acesta are dou\ componente:

'QQQ nh += ,

unde Qn este fluxul transmis prin nervuri, iar Q’ este fluxul transmis prin suprafa]a dintre nervuri.

Fig. A.11 – Schimbul de c\ldur\ prin suprafe]e extinse αn - coeficient de transfer de c\ldur\ prin convec]ie, pentru nervuri; α’ - coeficient de transfer de c\ldur\ prin convec]ie, pentru suprafa]a dintre nervuri; λ - conductivitatea termic\ a materialului; δ - grosimea peretelui.

Folosind randamentul termic al aripioarei [i aplicând rela]ia lui Newton pentru transferul de c\ldur\ prin convec]ie, putem scrie:

( )22max, fpnnnn ttSQQ −⋅⋅⋅=⋅= αηη ,

`n care η este randamentul aripioarei, iar Qn,max este fluxul termic maxim ce poate fi transmis dac\ temperatura este acea[i pe toat\ lungimea aripioarei (egal\ cu temperatura de la baza acesteia).

Page 337: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

341

Fluxul de c\ldur\ transmis prin spa]iul dintre aripioare va fi: ( )22''' fp ttSQ −⋅⋅= α .

Rezult\ c\ fluxul total de c\ldur\ transmis pe partea dinspre fluidul rece se va calcula cu rela]ia:

( ) ( )22'' fpnnh ttSSQ −⋅⋅+⋅⋅= ααη .

Se define[te un coeficient echivalent de transfer prin convec]ie, pentru fa]a nervurat\:

( )22 fptechh ttSQ −⋅⋅= α ,

iar din egalitatea fluxurilor de c\ldur\ determinate prin cele dou\ rela]ii rezult\:

tt

nnech S

SSS ''⋅+⋅⋅= ααηα .

Din ecua]iile fluxului de c\ldur\ ob]inem egalit\]ile:

( ) ( ) ( )222111111 fptechpppfh ttSttSttSQ −⋅⋅=−⋅⋅=−⋅⋅= αδλα ,

iar `n final rezult\ fluxul de c\ldur\ transmis:

tech

ffh

SSS

ttQ

⋅+

⋅+

−=

αλδ

α11

111

21,

sau:

11

1

21

11S

SS

ttQ

tech

ffh ⋅

⋅++

−=

αλδ

α

,

ori:

t

ech

tt

ffh S

SS

SS

ttQ ⋅

+⋅+⋅

−=

αλδ

α11

111

21.

Raportul St/S1 se nume[te coeficient de nervurare [i are valori cuprinse `ntre 2 [i 20, `n func]ie de tipul nervurilor. Folosind nota]iile:

ech

ttSt

tech

S

SS

SS

k

SS

k

αλδ

ααλδ

α11

1,11

1

111

1

1

1

+⋅+⋅=

⋅++= ,

care definesc coeficien]ii globali de schimb de c\ldur\, fluxul de c\ldur\ se poate scrie [i sub urm\toarele forme:

( )2111 ffSh ttSkQ −⋅⋅=

sau ( )21 fftSth ttSkQ −⋅⋅= .

Page 338: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

342

A3.4. Schimb\toare de c\ldur\ [2, 10, 11, 24] Schimb\toarele de c\ldur\ sunt aparate termice `n care are loc transferul c\ldurii de la un fluid cu temperatur\ mai ridicat\ (fluid termic primar) c\tre un fluid cu temperatur\ mai mic\ (fluid termic secundar), `n procese de `nc\lzire, r\cire, vaporizare, condensare sau `n procese termice complexe. ~n func]ie de modul de realizare a transferului de c\ldur\, schimb\toarele de c\ldur\ pot fi: aparate cu contact indirect [i aparate cu contact direct. Schimbătoarele având contact indirect (de suprafa]\) sunt aparate la care cei doi agen]i termici nu se află în contact direct, ei fiind separa]i de o suprafa]\ de schimb de c\ldur\.

Atunci când cele dou\ fluide vin în contact permanent cu suprafa]a de schimb de c\ldur\, schimb\torul este de tip recuperativ. În figura A.12 este prezentat schematic cel mai simplu aparat de acest tip, schimb\torul cu ]evi concentrice; unul dintre fluide circul\ prin interiorul ]evii centrale, cel\lalt prin spa]iul dintre cele dou\ ]evi.

Fig. A.12 – Schimb\tor de c\ldur\ recuperativ.

Dac\ agen]ii termici vin în contact alternativ cu suprafa]a de transfer de c\ldur\, fluxul termic schimbându-[i periodic direc]ia, schimb\torul de c\ldur\ este de tip regenerativ. Aparatele regenerative pot fi realizate cu suprafa]\ fix\ (figura A.13a) sau rotativ\ (figura A.13b).

Fig. A.13 – Schimb\toare de c\ldur\ regenerative

a-schimb\tor regenerativ cu umplutur\ fix\; b) schimb\tor regenerativ rotativ.

Schimb\toarele de c\ldur\ cu contact direct sunt aparate la care agen]ii termici nu mai sunt separa]i de o suprafa]\, ei amestecându-se unul cu celalalt. Acestea pot fi aparate f\r\ umplutur\, la care transferul de c\ldur\ se realizeaz\ la

Page 339: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

343

suprafa]a fluidului pulverizat în pic\turi fine sau care curge în [uvi]e (fig. A.14a), sau aparate cu umplutur\, la care transferul termic apare la suprafa]a unei pelicule formate pe umplutura schimb\torului (fig. A.14b).

Fig. A.14 – Schimb\toare de c\ldur\ cu contact direct a) f\r\ umplutur\; b) cu umplutur\.

Fig. A.15 - Tipuri principale de curgere a) contracurent; b) echicurent; c) curent încruci[at, ambele fluide amestecate; d) curent încruci[at, un fluid amestecat [i cel\lalt neamestecat; e) curent încruci[at, ambele fluide neamestecate

~n func]ie de modul `n care are loc curgerea fluidelor, schimb\toarele de

c\ldur\ pot fi (fig. A.15): • `n echicurent; • `n contracurent; • `n curent încruci[at; • `n curent compus.

În cazul curgerii în contracurent cei doi agen]i termici circul\ pe lâng\ suprafa]a de schimb de caldur\ paralel [i în sensuri contrarii. Curgerea în contracurent asigur\ cea mai mare diferen]\ medie de temperatur\ `ntre agen]ii termici, îns\ temperatura peretelui la intrarea fluidului cald este maxim\.

Curgerea în echicurent presupune circula]ia agen]ilor termici paralel [i în acela[i sens, pe lâng\ suprafa]a de transfer de c\ldur\. Acest tip de curgere realizeaz\ cea mai mic\ diferen]\ medie de temperatur\, îns\ cea mai bun\ r\cire

Page 340: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

344

a peretelui în zona de intrare a fluidului primar. Circula]ia în curent încruci[at presupune curgerea perpendicular\ a

celor doi agen]i termici. În acest caz se pot distinge trei situa]ii: ambele fluide amestecate, un fluid amestecat [i cel\lalt neamestecat, ambele fluide neamestecate.

Un fluid se nume[te "neamestecat" atunci când are aceea[i temperatur\ în orice plan normal pe direc]ia sa de curgere, deci temperatura sa variaz\ numai în lungul curgerii. ~n cazul fluidului "amestecat" exist\ o diferen]\ de temperatur\ [i în planul normal la direc]ia de curgere.

În cazul în care agen]ii termici au mai multe treceri prin ]evi sau manta curgerea este compus\ (fig. A.16), aceasta fiind o combina]ie `ntre cele trei tipuri anterioare de curgere.

Fig. A.16 – Schimb\toare de c\ldur\ având curgere compus\

a) o trecere prin manta [i dou\ treceri prin ]evi; b) o trecere prin manta [i trei treceri prin ]evi; c) dou\ treceri prin manta [i patru treceri prin ]evi; d) trei treceri prin manta [i [ase treceri prin ]evi.

Calculul schimb\toarelor de c\ldur\ se face pornind de la ecua]iile de bilan] termic [i de transfer termic. Ecua]ia de bilan] termic este:

pQQQ &&& += 21 ,

unde 1Q& este fluxul de c\ldur\ cedat de c\tre fluidul primar (cald), 2Q& este fluxul

de c\ldur\ primit de c\tre fluidul secundar, iar pQ& reprezint\ fluxul de c\ldur\

pierdut spre exteriorul aparatului. Fluxurile de c\ldur\ schimbate de c\tre fluide sunt date de rela]iile (vezi [i fig. A.17):

( ) ( )( ) ( ),''''''

;''''''

22222222

11111111

iimttcmQ

iimttcmQ

p

p

−⋅=−⋅⋅=

−⋅=−⋅⋅=

&&&

&&&

`n care: • 1m& [i 2m& sunt debitele fluidelor [kg/s];

Page 341: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

345

• cp1 [i cp2 sunt c\ldurile specifice la presiune constant\ ale fluidelor [J/kg·K];

• t’ [i t’’ sunt temperaturile fluidelor la intrarea, respectiv ie[irea din schimb\torul de c\ldur\ [K, 0C];

• i’ [i i’’ sunt entalpiile specifice ale fluidelor la intrarea, respectiv ie[irea din schimb\tor [J/kg].

Fig. A.17 – Elemente pentru calculul schimb\toarelor de c\ldur\

Ecua]ia de transfer termic se scrie sub forma general\:

medtSkQ ∆⋅⋅=& ,

unde k este coeficientul global de schimb de c\ldur\, S este aria suprafe]ei prin care are loc schimbul de c\ldur\, iar ∆tmed este diferen]a medie de temperatur\ dintre cele dou\ fluide. Pentru schimb\toarele de c\ldur\ având curgere paralel\ (fig. A.17) se utilizeaz\ diferen]a medie logaritmic\ de temperatur\:

min

max

minmax

lntt

tttmed

∆∆

∆−∆=∆ ,

`n care ∆tmax este diferen]a maxim\ dintre temperaturile celor doi agen]i, iar ∆tmin este diferen]a minim\ de temperatur\. Pentru schimb\toarele de c\ldur\ având curgere neparalel\, diferen]a medie de temperatur\ se determin\ cu rela]ia:

Page 342: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

346

medCCmed tFt ∆⋅=∆ ,

unde F este un factor de corec]ie, iar ∆tmedCC este diferen]a medie logaritmic\ de temperatur\, determinat\ pentru un schimb\tor de c\ldur\ `n contracurent (fig. A.17b) la care temperaturile de intrare [i de ie[ire ale fluidelor sunt acelea[i ca [i `n cazul aparatului pentru care se face calculul.

Factorul de corec]ie F se determin\ din diagrame trasate pentru fiecare schem\ de curgere neparalel\, `n func]ie de parametrii P [i R. Criteriul P are sensul unei eficacit\]i termice, fiind definit ca raportul dintre gradul de înc\lzire al agentului secundar în aparat [i diferen]a maxim\ disponibil\:

21

22

'''''

ttttP

−−

= .

Criteriul R reprezint\ raportul între capacit\]ile termice* ale celor doi agen]i termici:

''''''

22

11

1

2

tttt

CCR

−−

== .

Pentru calculul efectiv al schimb\torului de c\ldur\ se poate utiliza o metod\ grafo-analitic\, care presupune reprezentarea grafic\ a intensit\]ii fluxurilor de c\ldur\ pentru fiecare fluid `n parte.

De exemplu, pentru cazul condensatorului r\cit cu aer al unei instala]ii frigorifice, temperatura agentului primar este constant\, fiind temperatura de condensare a agentului frigorific tk. Condensatorul fiind r\cit cu aer, la intrarea `n condensator aerul are temperatura t2’, iar la ie[ire are temperatura t2’’.

Se calculeaz\ diferen]a de temperatur\ medie logaritmic\ ∆tmed, cu rela]ia anterioar\; temperatura medie a aerului va fi:

medkm ttt ∆−=2 .

Intensitatea fluxului termic pe partea agentului frigorific este: ( )pkS ttq −⋅= 11 α ,

`n care α1 este coeficientul de schimb convectiv de c\ldur\ pentru agentul frigorific, iar tp este temperatura peretelui schimb\torului. Intensitatea fluxului termic pe partea aerului se determin\ cu rela]ia:

( )22 mpS ttkq −⋅= ,

unde k este coeficientul global de schimb de c\ldur\**. Cele dou\ intensit\]i ale fluxului termic se reprezint\ grafic, pentru diverse valori ale temperaturii peretelui (fig. A.18).

~n punctul de intersec]ie al celor dou\ curbe se determin\ temperatura tp a

peretelui schimb\torului [i intensitatea fluxului termic calcSq . Cunoscându-se

* capacitatea termic\ pcmC ⋅= & . ** se folose[te coeficientul global de schimb de c\ldur\ deoarece pe partea aerului exist\ suprafe]e extinse (nervuri).

Page 343: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

347

intensitatea fluxului de c\ldur\, se poate calcula suprafa]a de schimb de c\ldur\, pornind de la sarcina termic\ a condensatorului (care rezult\ din calculul termic al instala]iei frigorifice):

[ ]2mq

S calcS

Φ= ,

unde Φ este sarcina termic\ [W]. Pentru calculul coeficientului de transfer al c\ldurii prin convec]ie [i a coeficientului global de schimb de c\ldur\ se folosesc rela]ii specifice, care ]in cont de regimul de curgere al celor dou\ fluide, de tipul schimb\torului de c\ldur\ etc.

Fig. A.18 – Principiul metodei grafo-analitice

A3.5. Schimbătoare de căldură cu plăci [2, 36, 46] Conceptul de schimbător de căldură cu plăci a apărut la începutul acestui secol, acestea fiind iniţial destinate necesităţilor industriei laptelui; ulterior, utilizarea lor s-a extins în diverse alte ramuri ale industriei: chimie, tehnică nucleară etc. Conceptul nu a fost suficient exploatat până la Richard Seligman, fondatorul APV International Ltd, prima firmă ce a comercializat, începând cu anul 1923, schimbătoare de căldură cu plăci şi garnituri. Iniţial placile erau din gunmetal*, dar din 1930 acestea au început sa fie realizate din oţel inoxidabil. Primele aparate de acest tip erau limitate din punct de vedere al condiţiilor de funcţionare la o presiune de maximum 2 bar şi o temperatură de aproximativ 60°C. De atunci, schimbătoarele de căldură cu plăci şi garnituri au rămas practic neschimbate din punct de vedere constructiv şi al tehnologiei de fabricaţie, dar dezvoltările din ultimii şaizeci de ani au condus la ridicarea parametrilor operaţionali (presiune, temperatură) la 30 bar şi respectiv 180°C, ca urmare a varietăţii materialelor din care sunt realizate plăcile şi garniturile de etansare. În fig. A.19 este prezentată o clasificare a schimbătoarelor de căldură cu

* aliaj 88% Cu – 10% Sn – 2% Zn.

Page 344: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

348

plăci [36]. Schimbătoarele cu suprafaţă primară sunt cele mai răspândite, plăcile metalice asigurând separarea celor două fluide de lucru. În cazul schimbătoarelor cu suprafaţă secundară, între plăci se găseşte o umplutură metalică.

Fig. A.19 – Tipuri de schimbătoare de căldură cu plăci

În principiu, un schimbător de căldură cu plăci este format din plăcile metalice (1, fig. A.20), realizate prin ambutisare, astfel încât să se creeze canale pentru circulaţia fluidelor. Prin canalele (2), formate pe o faţă a unei plăci din pachet circulă agentul primar, în timp ce agentul secundar circulă circulă prin canalele (3), formate pe cealaltă faţă a plăcii.

Fig. A.20 – Principiul de funcţionare al schimbătorului de căldură cu plăci 1-placă metalică; 2-canale pentru circulaţia agentului primar; 3-canale pentru circulaţia agentului secundar.

În cazul schimbătoarelor cu plăci şi garnituri, plăcile (4, fig. A.21) ale schimbătorului sunt fixate pe şinele (1) şi sunt strânse cu ajutorul tiranţilor (7) şi al plăcilor de presiune (2) şi (6). Plăcile de capăt (3) şi (5) au configuraţii speciale, pentru a dirija agenţii de lucru. Grosimea unei plăci este de 0,4…0,8 mm, aceasta fiind prevăzută cu garniturile (2, fig. A.22), care asigură etanşeitatea traseelor agenţilor şi circulaţia alternativă a acestora între canale. Din fig. A.23 se observă că agentul de lucru care circulă prin racordul (2) poate trece pe faţa vizibilă a plăcii schimbătorului de căldură, în timp ce traseul agentului care circulă prin racordul (1) este etanşat faţă de această parte a plăcii. Diametrele canalelor prin care circulă agenţii sunt cuprinse, în general, între 1,5 şi 11 mm, în funcţie de presiunea de lucru (diametre mari la presiuni de lucru mici) şi de natura fluidelor.

Page 345: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

349

Garniturile sunt elemente care limitează presiunile şi temperaturile maxime în schimbătoarele de căldură în plăci; din acest motiv, în unele cazuri se utilizează garnituri duble.

Fig. A.21 – Schimbător de căldură cu plăci şi garnituri 1-şină; 2, 6-plăci de presiune; 3, 5-plăci de capăt; 4-pachet de plăci; 7-tirant.

Fig. A.22 – Circulaţia agenţilor de lucru printr-un schimbător cu plăci 1- placă; 2-garnitură; 3-circulaţia agentului primar; 4-circulaţia agentului secundar.

Fig. A.23 – Dirijarea agenţilor de lucru cu ajutorul garniturilor 1-traseu izolat: 2-traseu deschis.

În fig. A.24 sunt prezentate diferite variante de circulaţie ale agenţilor prin schimbătorul de căldură; şi pentru aceste schimbătoare sunt valabile variantele de bază: curgere în echicurent şi respectiv curgerea în contracurent. De

Page 346: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

350

obicei este preferată curgerea în contracurent.

a)

b)

Fig. A.24 – Scheme de circulaţie ale agenţilor a-o singură trecere pentru ambii agenţi; b-mai multe treceri, în număr egal pentru cei doi agenţi.

Profilul plăcii are o importanţă deosebită: acesta trebui să asigure o curgere turbulentă a fluidelor prin canale, pentru obţinerea unui coeficient mare al transferului convectiv de căldură; în acelaşi timp trebuie asigurată o distribuţie cât mai uniformă a fluidelor pe întreaga suprafaţă a plăcilor, dar şi prezenţa unor puncte de sprijin între suprafeţele metalice ale plăcilor alăturate, astfel înât aparatul să aibă o rigiditate corespunzătoare. La ora actuală sunt brevetate peste 60 de geometrii diferite ale plăcilor, unele dintre acestea fiind prezentate în fig. A.25.

Fig. A.25 – Geometrii ale plăcilor schimbătoarelor cu plăci şi garnituri

Atunci când este foarte important să se evite contaminarea unui agent de lucru de către cel de al doilea agent se apelează la soluţia dublării plăcilor schimbătorului de căldură (fig. A.26).

Cele mai frecvent utilizate materiale pentru realizarea plăcilor sunt prezentate în tabelul A.3.5.1, iar în tabelul A.3.5.2 sunt prezentate materialele utilizate pentru garnituri.

Page 347: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

351

Fig. A.26 – Dublarea plăcilor pentru evitarea contaminării agenţilor de lucru 1-garnitură; 2, 3-plăci metalice.

Tabelul A.3.5.1 Materiale metalice pentru plăci

Materialul Caracteristici

Oţel inoxidabil tip 304

C – max. 0,08%; Mn – max. 2%; Cr – max. 20%; Ni – max. 10,5%; rezistenţă la rupere - min. 515 MPa.

Oţel inoxidabil tip 316

C – max. 0,08%; Mn – max. 2%; Cr – 16…18; Ni – 10…16%; Mo – 2…3% rezistenţă la rupere - min. 515 MPa.

Oţel inoxidabil tip 317

C – max. 0,08%; Mn – max. 2%; Cr – 18…20%; Ni – 11…15%; Mo – 3…4% rezistenţă la rupere - min. 515 MPa.

Monel Ni – 65…70%; Cu – 20…29%; Fe, Mn – max. 5%; rezistenţă la rupere - 550 MPa.

Inconel

Ni – 50…72%; Cr – 14…21%; Fe – 5…10%; Mn – 0,5…1%; rezistenţă la rupere – 68…900 MPa.

Bronz de aluminiu aliaj Cu – Al (4…1%) – alte metale (Fe, Ni, Mn etc.).

Tabelul A.3.5.2 Materiale pentru garnituri

Materialul Temperatura maximă de lucru [oC] Acrilonitril 135 Izobutan-izopropan 150 Etilenă-propilenă (EPDM) 150 Fluorcarbon (Viton) 175

Page 348: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

352

Schimbătoarele de căldură cu plăci sudate sau brazate permit creşterea presiunii şi temperaturii maxime deoarece nu utilizează elemente de etanşare; presiunile de lucru pentru astfel de aparate pot atinge 40…50 bar, în timp ce temperatura maximă a fluidelor de lucru poate fi de 450…500 oC.

Aceste schimbătoare au o construcţie asemănătoare, în principiu, cu cea a schimbătoarelor cu plăci şi garnituri, fiind de asemenea formate din plăci metalice între care sunt realizate canale, fiecare faţă a unei plăci aflându-se în contact cu unul dintre cei doi agenţi de lucru. Plăcile sunt însă sudate între ele (fig. A.27) şi ca urmare a acestui fapt schimbătoarele nu au nici garnituri de etanşare şi nici tiranţi care să asigure strângerea pachetului de plăci.

Fig. A.27 – Plăci sudate 1-canal pentru circulaţia agentului de lucru: 2-sudură; 3, 4-plăci metalice.

a)

b)

Fig. A.28 – Schimbătoare de căldură sudate a-secţiune; b-vedere de ansamblu.

Faţă de schimbătoarele cu plăci şi garnituri, schimbătoarele cu plăci sudate sunt mai compacte şi au preţuri mai mici; în schimb, acestea nu pot fi demontate pentru curăţare. Principalele elemente geometrice caracteristice schimb\toarelor de c\ldur\ cu pl\ci rezult\ din fig. A.29; acestea sunt:

• unghiul de ondulare, β; • pasul de ondulare, p; • dimensiunile plăcii, l şi L; • înălţimea canalului, H0; • înălţimea ondulării, e.

Page 349: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

353

a)

b)

Fig. A.29 – Dimensiuni geometrice pentru schimb\toarele de c\ldur\ cu pl\ci a-placa; b-canalul* ondulat.

Diametrul hidraulic (echivalent) este definit de relaţia generală:

0C

h H2PS4

d ⋅≈⋅

= ,

în care Sc este secţiunea de curgere, iar P este perimetrul udat, perpendicular pe direcţia principală de curgere. Pentru calculul termic al unui schimbător de căldură cu plăci, suprafaţa de schimb de căldură avută în vedere este:

( ) pS1n2S ⋅−⋅= , unde n este numărul de plăci, iar Sp este suprafaţa unei plăci [m2]. Ecuaţia criterială a schimbului de căldură va fi:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅⋅==

λ⋅α

p

33,0bh

PrPrPrReaNud

în care Nu este numărul Nusselt, η

ρ⋅⋅=

υ⋅

= hh dwdwRe este criteriul

Reynolds, λ

⋅η= pc

Pr este criteriul Prandtl, w este viteza de circulaţie a fluidului

[m/s], η este vâscozitatea dinamică [N⋅s/m2], ρ este densitatea [kg/m3], ν este vâscozitatea cinematică [m2/s], λ este conductivitatea termică [W/m⋅K], iar cp este * canal: spaţiul de curgere dintre două plăci, ocupat de unul din agenţii de lucru.

Page 350: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

354

căldura specifică [J/kg⋅K]; Prp este numărul Prandtl corespunzător temperaturii peretelui canalului. Coeficienţii a şi b depind de unghiul de ondulare β, de pasul relativ p/H0 şi de regimul de curgere, caracterizat prin numărul Reynolds; în tabelul A.3.5.3 sunt prezentate unele valori ale acestor coeficienţi

Tabelul A.3.5.3 Valorile constantelor a şi b

β [0] a b Re p/H0 = 2

0,021 0,54 120…1000 30 0,77 0,64 1000…14600 1,67 0,54 300…2000 45 0,405 0,70 2000…20000 0,57 0,70 150…600 60 1,12 0,60 600…16000

72 1,45 0,58 200…4000 90 0,98 0,63 300…14000

p/H0 = 3,33 15 0,122 0,685 40…12600 30 0,254 0,638 45…14600 45 0,347 0,653 50…14600 60 0,344 0,705 45…13200 75 0,338 0,698 45…12500 90 0,270 0,700 50…15000

Pentru cazul în care Pr > 1 (situaţie valabilă pentru majoritatea agenţilor lichizi) în literatura de specialitate se propune şi relaţia criterială:

4,0672,0 PrRe44,0Nu ⋅⋅= . Calculul termic al unui schimbător de căldură cu plăci, urmărind determinarea numărului necesar de plăci, se desfăşoară după un proces iterativ, pe baza fluxului termic pe care trebuie să-l asigure aparatul; calculul se desfăşoară conform schemei logice din fig. A.30. Pierderile de presiune într-un schimbător de căldură cu plăci sunt date de rezistenţa hidraulică a pachetului de plăci, de rezistenţele locale ale racordurilor de intrare şi ieşire şi de modificările de înălţime ale traseului. Relaţia de calcul a căderii totale de presiune pentru unul din agenţii de lucru este:

[ ]PaLgGd

GLfnGp m

iemhi

tp ⋅⋅±⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

⋅⋅⋅⋅⋅

+⋅

⋅⋅=∆ ρ

ρρρρ2

22 112

42

5,1

în care:

• ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⋅⋅⋅

= 22

4ms

kgDmG

ip π

&;

• m& - debitul masic de agent [kg/s];

Page 351: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

355

Fig. A.30 – Algoritmul de calcul pentru proiectarea unui schimbător de căldură cu

plăci [36]

Page 352: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

356

• Di - diametrul racordului de intrare [m]; • nt – numărul de treceri* ale agentului prin aparat; • ρi – densitatea agentului la intrarea în aparat [kg/m3]; • ρe – densitatea agentului la ieşirea din aparat [kg/m3]; • ρm – densitatea medie a agentului în aparat [kg/m3]; • dh – diametrul hidraulic [m] ; • L – înălţimea plăcii (fig. A.27) [m];

• ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⋅⋅⋅= 2

0 mskg

HlnmG&

;

• f – coeficient de frecare. Coeficientul de frecare f se determin\ `n funcţie de num\rul Reynolds al

curgerii prin aparat:

,Reη

hdG ⋅=

folosind una din relaţiile: baf −⋅= Re (1)

sau

Rebaf += . (2)

Valorile constantelor a şi b necesare calculului căderii de presiune sunt prezentate în tabelele A.3.5.4 şi A.3.5.5. Pentru ultimul termen al relaţiei de calcul a căderilor de presiune se consideră semnul + atunci când sensul de deplasare al agentului este în sus şi semnul – atunci când agentul se deplasează în jos

Tabelul A.3.5.4 Valorile constantelor a şi b (p/H0 = 2)

β [0] a b Re 24,0 1,0 < 2500 0 0,079 0,25 > 2500

30 (relaţia 2) 0,059 57,5 260…3000 30 (relaţia 1) 0,898 0,263 3000…50000 45 (relaţia 2) 0,303 91,7 150…1800 45 (relaţia 1) 0,365 0,177 1800…30000 60 (relaţia 2) 1,258 189,0 90…400 60 (relaţia 1) 6,7 0,209 400…16000 72 (relaţia 2) 4,75 191,0 110…500 72 (relaţia 1) 33,0 0,296 500…12000 90 (relaţia 2) 1,41 320,0 200…3000 90 (relaţia 1) 15,9 0,289 3000…16000 * se consideră o singură trecere atunci când un agent curge în acelaşi sens printre toate plăcile, pe toată lungimea aparatului.

Page 353: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

357

Tabelul A.3.5.5 Valorile constantelor a şi b (p/H0 = 3,33)

β [0] a b Re 24,0 1,0 < 2500 0 0,079 0,25 > 2500

27,55 0,895 40…900 15 0,888 0,391 900…14000 23,33 0,809 40…500 30 0,577 0,211 500…17000 21,26 0,708 40…260 45 0,690 0,0866 260…15000 47,45 0,680 20…140 60 3,917 0,175 140…15000 46,05 0,633 25…115 75 5,739 0,191 115…10000 63,8 0,809 40…180 90 4,82 0,312 180…700

Page 354: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

358

Anexa 4 A4. CARACTERISTICI ALE PRODUSELOR ALIMENTARE A4.1. Suprafa]a de calcul pentru unele produse alimentare

Produsul Suprafa]a [m2] `n func]ie de masa m [kg] Carne de vit\ 0,02∙m Carne de porc 0,013∙m + 1,4 Carne de oaie 0,035∙m + 0,65 Pe[te (0,5...3,5 kg) 0,089∙m... 0,054∙m Pere (neambalate) 0,1∙m Pere (ambalate `n l\zi de 20 kg) 0,004∙m Salat\ neambalat\, `n curent de aer 0,4∙m A4.2. Densitatea produselor alimentare, `nainte [i dup\ congelare

Densitatea [kg/m3] Produsul ~n stare proasp\t\ Dup\ congelare

Piersici 1010 950 Caise 1000 940 Afine, coac\ze 1000 950 Prune 1030 980 C\p[uni 900 840 Vi[ine 1040 990 Maz\re 1020 970 Fasole 950 890 Ro[ii 1000 940 Carne slab\ 1000 960 Carne gras\ 920 900 Unt 950 940 Pe[te slab 1000 950

Page 355: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

359

Anexa 5

A5. COMPARTIMENTE ÎN APARATELE DE RĂCIRE DE UZ CASNIC*

Compartiment pentru păstrarea alimentelor proaspete – compartiment destinat păstrării alimentelor care nu necesită congelare, în care temperatura medie este sub 40C.

Compartiment cu temperatură moderată – compartiment destinat păstrării anumitor alimente sau băuturi la temperaturi mai mari decât cea din compartimentul pentru păstrarea alimentelor proaspete (8...14 0C).

Compartiment pentru păstrarea alimentelor foarte perisabile – compartiment în care temperatura este de -2...+3 0C. Compartiment de producere a gheţii – compartiment cu temperatură scăzută destinat producerii şi depozitării gheţii. Compartimente pentru conservarea alimentelor congelate:

• compartiment de „o stea” – destinat conservării alimentelor congelate, în care temperatura este mai mică sau cel mult egală cu -6 0C;

• compartiment de „două stele” – destinat conservării alimentelor congelate, în care temperatura este mai mică sau egală cu -120C;

• compartiment de „trei stele” – pentru conservarea alimentelor congelate, în care temperatura este mai mică sau egală cu -180C;

• compartiment congelator (de „patru stele”) – compartiment destinat congelării alimentelor de la temperatura ambiantă până la temperatura de -18 0C, care poate fi folosit şi pentru păstrarea alimentelor în condiţii de „trei stele”.

Marcaj Destinaţie

☼☼☼☼ congelare alimente proaspete sau păstrare alimente congelate, timp de 3...12 luni

☼☼☼ păstrare alimente congelate, timp de 3...12 luni

☼☼ păstrare alimente congelate, maximum 1 lună

☼ păstrare alimente congelate, maximum 1 săptămână

* conform SR EN ISO 15502:2006

Page 356: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

360

BIBLIOGRAFIE

1. Awbi. H.B., 2003 – Ventilation of buildings. SPON Press, Taylor&Francis Group. 2. Badea A., Necula H. ş.a., 2003 – Echipamente şi instalaţii termice. Editura Tehnica,

Bucuresti, 3. Badea A. [.a., 2003 – Bazele termoenergeticii. Univ. „Politehnica”, Bucure[ti. 4. B\lan M. – Instala]ii frigorifice – teorie [i programe de instruire. Univ. Tehnic\

Cluj-Napoca (http://www.termo.utcluj.ro/if/). 5. B\lan M., Ple[a Angela, 2003 - Instala]ii frigorifice – construc]ie, func]ionare [i

calcul. Univ. Tehnic\ Cluj – Napoca. 6. Bucur I., 2007 - Principii şi metode de conservare a produselor alimentare - partea

I. Edit. ALMA MATER, Bacău. 7. Brujan E.A., 2004 - Ventila]ia [i condi]ionarea aerului. Edit. Printech, Bucure[ti. 8. Căldare I., 2006 – Ambiente termice moderate în clădiri. Edit. Universităţii

Transilvania, Braşov. 9. Căliman R., 2007 – Ingineria microclimatului în incinte. Edit. ALMA MATER,

Bacău. 10. Chiriac Fl., 1982 - Procese de transfer de căldură şi masă în instalaţiile industriale.

Edit. Tehnic\, Bucureşti. 11. Chiriac, F., 1981 - Instalaţii frigorifice. Edit. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. 12. Chiriac F. ş.a., 1979 - Instalaţii frigorifice - calculul termic al instalaţiilor frigorifice

cu comprimare mecanică de vapori (îndrumător de proiectare). Institutul de Construcţii, Bucureşti.

13. Ciobanu A ş.a., 1976 – Cooling technology in the food industry. Taylor&Francis, 14. D\nescu A., Nicolescu T., 1967 – Termotehnic\ [i instala]ii termice `n agricultur\.

Edit. Didactic\ [i Pedagogic\, Bucure[ti. 15. Dennis C., Stringer M., 1990 (editori) - Chilled Foods. Wiley & Sons, New York,

USA. 16. Dima, B.M., 2004 – Utilizarea calculatorului la evaluarea confortului termic în

construcţii. Edit. PERFORMANTICA, Iaşi. 17. Enache D. [.a., 2005 – Instala]ii de ventilare [i climatizare - `ndrum\tor de

proiectare (vol. I). Edit. MATRIXROM, Bucure[ti. 18. Evans J.A., 2008 – Frozen food science and technology. Blackwell Publishing Ltd.,

Oxford, U.K. 19. Fellows, P., 1994 - Food Processing Technology, principles and practice. CRC

Press, Boca Raton, USA. 20. Gaiţă Sonia, 2007 - Contribuţii la realizarea etalonului primar al unităţii de

temperatură în domeniul cuprins între punctul triplu al argonului (-189,344 2 ˚C) şi punctul de solidificare al argintului (961,78 ˚C). Teză de doctorat

21. Gheorghe V.D., 2000 - Procese în instalaţii frigorifice. Edit. Mediamira, Cluj-Napoca.

22. Goodfellow H., Tähti E., 2001 - Industrial ventilation design handbook. Academic Press, London, UK.

23. Hera D., 2004 - Instalaţii frigorice – vol. 1 (agenţi frigorifici). Edit. MATRIXROM, Bucureşti.

24. Horbaniuc B, 2006 – Instala]ii frigorifice [i de climatizare `n industria alimentar\ (vol. 1). Edit. Cermi, Ia[i.

Page 357: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

361

25. Iliescu Gh., Vasile C., 1982 - Caracteristici termofizice ale produselor alimentare. Edit. Tehnică, Bucuresti.

26. Iosifescu Cr., Iosifescu C-tin, 2003 - Calculul şi construcţia instalaţiilor frigorifice. Edit. BREN, Bucureşti.

27. Jakobsen A. [.a., 2001 – CoolPack – a collection of simulation tools for refrigeration (tutorial, version 1.46). Dept. of Energy Engineering, Technical Univ. of Denmark (http://www.et.dtu.dk/CoolPack).

28. Jones W.P., 2001 – Air conditioning engineering. Butterworth-Heineman. 29. Kerslake D.M., 1972 – The stress of hot environments. Cambridge University Press. 30. Kudra T., Strumillo, C., 1998 – Thermal processing of bio-materials. CRC Press,

New York. 31. Kuppan T., 2000 – Heat exchanger design handbook. CRC Press, New York. 32. Leonăchescu, N., 1981 – Termotehnica. Edit. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. 33. M\d\r\[an T. [.a., 2002 - ~ndrum\tor pentru lucr\ri de termotehnic\ [i ma[ini

termice. Univ. Tehnic\ Cluj – Napoca. 34. Naghiu Al., Apostu, S., 2006 – Tehnica frigului şi climatizare în industria

alimentară. Edit. RISOPRINT, Cluj-Napoca. 35. Necula H., 2005 - Instalaţii frigorifice. Edit. BREN, Bucureşti. 36. Necula H., Badea A., Ionescu C-tin, 2006 – Schimbătoare de căldură compacte.

Edit. AGIR, Bucureşti. 37. Niculescu N., Duţă Gh., Stoenescu P., 1982 – Instalaţii de ventilare şi climatizare.

Edid. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. 38. Niculiţă P., 1998 - Tehnica şi tehnologia frigului în domenii agroalimentare. Edit.

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. 39. Niculiţă P., Purice N,. 1986 - Tehnologii frigorifice în valorificarea produselor

alimentare de origine animală. Edit. Ceres, Bucureşti. 40. O]el I., 1979 – Tehnologia produselor din carne. Edit. Tehnic\, Bucure[ti. 41. Popa B., 1977 - Termotehnică şi maşini termice. Edit. Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti. 42. Porneal\ S., B\lan M., 2003 – Utilizarea frigului artificial. Edit. Todesco, Cluj-

Napoca (http://www.termo.utcluj.ro/ufa/index.html). 43. Porneală, S. ş.a., 1986 - Tehnologia utilizării frigului artificial. Univ. Galaţi. 44. Porneală S., Porneală, D. 1997 - Instalaţii frigorifice şi climatizări în industria

alimentară. Teorie şi aplicaţii numerice. Edit. Alma, Galaţi. 45. Radcenco V. ş.a., 1983 - Procese în instalaţii frigorifice. Edit. Didactică şi

Pedagogică, Bucureşti. 46. Shah R.K., Sekulik D.P., 2003 – Fundamentals of heat exchanger design. John

Willey&Sons, U.K. 47. S\lceanu C.,1968 - C\ldur\ [i termodinamic\. Edit. Didactic\ [i Pedagogic\,

Bucure[ti. 48. Schwartzberg H.G., Rao, M.A, 1990 – Biotechnology and food process engineering.

Marcel Dekker, New York. 49. Stamatescu C., 1972 - Tehnica frigului (vol 1). Edit. Tehnic\ Bucureşti. 50. Stamatescu C. ş.a., 1979 - Tehnica frigului - Calculul si construcţia maşinilor şi

instalaţiilor frigorifice industriale (vol 2). Edit. Tehnic\, Bucureşti. 51. Sun Da-Wen, 2006 – Handbook of frozen food processing and packaging.

Taylor&Francis, Boca Raton, U.S.A. 52. Ştefănescu D., 1985 - Transfer de căldură şi masă. Edit. Didactic\ [i Pedagogic\,

Bucure[ti.

Page 358: Instalatii Frigorifice Si de Climatizare

362

53. Taoukis P.S., Labuza T.P., Saguy I.S., 2001 - The Handbook of Food Engineering Practice. CRC Press, Boca Raton, USA.

54. Tofan I., Vizireanu C., 1994 - Îndrumar pentru proiectarea instalaţiilor de condiţionare şi frigorifice folosite în industria alimentară. Univ. „Dunărea de Jos”, Galaţi.

55. Trott A. R., Welch, A., 2000 - Refrigeration and Air Conditioning. Butterworth&Heinemann, Oxford, UK.

56. Ţârdea C., Sârbu Gh. Ţârdea Angela, 2000 – Tratat de vinificaţie. Edit. „Ion Ionescu de la Brad”, Iaşi.

57. Yiu H. ş.a., 2004 – Handbook of frozen foods. CRC Press, New York. 58. Usturoi M.G.ş.a., 2009 – Industrializarea peştelui. Edit. „Ion Ionescu de la Brad”,

Iaşi. 59. Voicu Gh., David Mihaela Florentina, 2008 – Instalaţii şi tehnologii în industria de

prelucrare a laptelui. Edit. MATRIX ROM, Bucureşti. 60. Wang S.K., Lavan Z., 1999 - Air Conditioning and refrigeration. Mechanical

Engineering Handbook, CRC Press LLC, Boca Raton, USA. 61. * * * , 1999 – Control of the Cold Chain for Quick-Frozen Foods. Handbook.

International Institute of Refrigeration, Paris. 62. * * *, 1986 – Recommendations for the Processing and Handling of Frozen Foods.

International Institute of Refrigeration, Paris. 63. * * *, 1974 - Lucrări experimentale de termotehnică aplicată. Litografia I.P. Iaşi. 64. * * *, 1986 - Manualul inginerului termotehnician. Edit. Tehnic\, Bucureşti. 65. *** - Niro Freeze Concentration technology (http://www.niro-

pt.nl/npt/cmsresources.nsf/filenames/TSF02.052002.citrus.pdf/$file/TSF02.052002.citrus.pdf).

66. * * *, STAS 6472/2-89 – Calculul termotehnic al elementelor de construcţie ale clădirilor. Institutul Român de Standardizare.

67. * * *, SR ISO 7730:1997 – Determinarea indicilor PMV şi PPD şi specificarea condiţiilor de confort termic. Institutul Român de Standardizare.

68. * * *, SR EN ISO 15502:2006 – Aparate de răcire de uz casnic. Caracteristici şi metode de încercare. Asociaţia de Standardizare din România (ASRO).