Maruntirea legumelor si a fructelor

7/22/2019 Maruntirea legumelor si a fructelor

1/55

Investete n oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013Axa prioritar1 Educaie i formare profesionaln sprijinul creterii economice i dezvoltrii societii bazate pe cunoatereDomeniul major de intervenie 1.5 Programe doctorale i post-doctorale n sprijinul cercetriiTitlul proiectului: Investiie n dezvoltare durab prin burse doctorale (INED)il

Beneficiar: Universitatea Transilvania din BraovNumrul de identificare al contractului: POSDRU/88/1.5/S/59321

Universitatea Transilvaniadin Brasov

Scoala Doctorala Interdisciplinara

Centrul de cercetare:Eco Biotehnologii i echipamente n

agriculturi alimentaie

Ing. Laura Georgiana C. CIULIC

Cercetri privind optimizarea procesului demrunire a legumelor i fructelor

Research on optimization of cutting processof vegetables and fruits

Conductor tiinific

Prof.univ.dr.ing. Florean RUS

BRASOV, 2012

1


2/55

MINISTERUL EDUCAIEI, CERCETARII, TINERETULUI I SPORTULUIUNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOV

BRAOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENAComisiei de doctorat

Numitprin ordinul Rectorului Universitii Transilvania din BraovNr. 5333 din 27.07.2012

PREEDINTE: Prof.dr.ing. Vasile PDUREANUUniversitatea Transilvaniadin Braov

CONDUCTOR TIINIFIC: Prof.dr.ing. Florean RUS

Universitatea Transilvaniadin Braov

REFERENI: Prof.dr.ing. Gheorghe VOICU

UniversitateaPolitehnicdin Bucureti

Prof.dr.ing. Ioan DANCIU

UniversitateaLucian BlagaSibiu

Prof.dr.ing. Carol CSATLOSUniversitatea Transilvaniadin Braov

Data, ora i locul susinerii publice a tezei de doctorat: ..................., ora.............,

sala..........., la Facultatea de Alimentaie i Turism din cadrul Universitii Transilvania Braov.

Eventualele aprecieri sau observaii asupra coninutului lucrrii vrugm sle transmitei

n timp util, pe adresa [email protected]@unitbv.ro.

Totodatvinvitm sluai parte la edina publicde susinere a tezei de doctorat.

Vmulumim.

2
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


3/55

CUPRINS (lb. romn)

Pg.teza

Pg.rezumat

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND OPERAIA DE MRUNIRE A

LEGUMELOR I FRUCTELOR .......................................................................... 9 71.1. Importana legumelor i fructelor n alimentaia uman...................................... 9 71.2. Produse agroalimentare de origine vegetalcultivate n Romnia ..................... 12 71.3. Ponderea culturilor vegetale n Romnia ............................................................ 20 81.4. Rolul n alimentaie a legumelor i fructelor ...................................................... 22 81.5. Cultivarea plantelor legumicole cu rdcini tuberizate 34 92.STADIUL ACTUAL AL STUDIILOR I REALIZRILOR NDOMENIUL ECHIPAMENTELOR PENTRU MRUNIREALEGUMELOR I FRUCTELOR ..........................................................................

50 11

2.1. Tehnologiile de prelucrare a fructelor i legumelor n vedereaconsumului..................................................................................................................

50 11

2.2. Obinerea produselor minim procesate ............................................................... 62 152.3. Aspecte generale privind principalele procedee de realizare a mrunirii .......... 66 172.4. Echipamente utilizate n procesul de mrunire a fructelor i legumelor ............ 70 193. NECESITATEA I OBIECTIVELE LUCRRII DE DOCTORAT ............. 89 223.1. Necesitatea lucrrii .............................................................................................. 89 223.2. Obiectivele lucrrii .............................................................................................. 90 224. CERCETRI TEORETICE PRIVIND PROCESUL DE MRUNIREAL LEGUMELOR I FRUCTELOR ...................................................................

91 24

4.1 Procesul de mrunire al fructelor i legumelor ................................................... 91 244.2 Cercetarea teoretica procesului de mrunire prin simulare numeric.............. 119 304.3. Simularea procesului de tiere utiliznd metoda elementelor finite (mef) ......... 125 315. CERCETAREA EXPERIMENTALPRIVIND PROCESUL DEMRUNIRE A LEGUMELOR I FRUCTELOR ...........................................

137 36

5.1 Obiectivele cercetrilor experimentale ................................................................ 137 365.2. Obiectul cercetrii experimentale ....................................................................... 138 375.3. Metodica cercetrii experimentale ...................................................................... 139 385.4. Aciuni preliminare cercetrilor experimentale .................................................. 139 385.5. Aparatura utilizatla cercetarea experimental.................................................. 142 395.6. Desfurarea cercetrilor experimentale 153 435.7. Prelucrarea, analiza i interpretarea rezultatelor cercetrii experimentale........... 154 436. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUII PERSONALE I DIRECII

VIITOARE DE CERCETARE ...............................................................................

203 48

6.1. Concluzii generale ............................................................................................... 203 486.2. Concluzii privind cercetrile teoretice i experimentale ..................................... 205 486.3. Contribuii personale ........................................................................................... 206 496.4. Direcii viitoare de cercetare ............................................................................... 206 49BIBLIOGRAFIE ...................................................................................................... 207 50

3


4/55


5/55


6/55


7/55


8/55

Clasificarea comercial. Produsele horticole se obin la anumite date calendaristice, faptpentru care clasificarea comercialare n vedere data apariiei, durata de comercializare i naturalor.

Clasificarea tehnologic. Pentru a evidenia ct mai bine componentele produseloragricole i horticole care pot suferi modificri, ntr-un fel sau altul, ct i pentru a cunoatedesfurarea i succesiunea n timp a procesului de prelucrare i chiar natura produselor finite,

este necesar ca acestea sfie clasificate din punct de vedere tehnologic.Clasificarea anatomo-structural. Din punct de vedere anatomo-structural produselehorticole se clasificn: frunze, rdcini, tuberculi, inflorescene, fructe etc.

Clasificarea horticol. Din acest punct de vedere produsele vegetale se pot grupa in:fructe, legume, plante medicinale i plante ornamentale, iar dup caracteristicile generale alecreterii i maturrii, care determinn acelai timp, ntr-o anumitmsuri cerinele culturale,

plantele horticole sunt: anuale, bienale, perene.Clasificarea uzual. inndu-se seama pe de o parte de structura anatomic, de faptul c

seminele sunt sau nu vizibile la secionarea fructelor considerate i dacsunt cultivate sau nu,iar pe de alt parte de regimul creterii i maturrii se folosete urmtoarea clasificare a

produselor horticole: seminoase, smburoase, fructe moi, bace, nucifere, citrice, fructe sudice,

fructe de pdure [Hodian, 2010].Legumele proaspete se clasificn dougrupe: legume vegetative i legume fructoase.n cazul legumelor vegetative, n alimentaie se utilizeaz prile vegetative ale acestora:

frunze, rdcini, tulpini, muguri, inflorescene, tuberculi. Aceast grup cuprinde urmtoarelesubgrupe: legume tuberculifere; legume rdcinoase; legume vrzoase; legume frunzoase;legume bulbifere; legume perene; legume condimentare.

Legumele fructoase se caracterizeazprin aceea cn alimentaie se folosesc fructele sauseminele acestora. Ele se subgrupeaz n urmtoarele: legume bostnoase; legume solano-fructoase; legume pstioase; legume graminee.

Fructele proaspete. Din punct de vedere structural se clasific n urmtoarele categorii:fructe smnoase (bace false); fructe smburoase (drupe); fructe ale arbutilor fructiferi; fructenucifere; fructe subtropicale i tropicale.

1.3. Ponderea culturilor vegetale n Romnia

n Romnia horticultura constituie o activitate tradiional, de mare importaneconomic,dezvoltatn decurs de secole, ca rezultat al condiiilor naturale favorabile pe care le gsete, maiales n zonele sud, sud-est, vest, Moldova, Dobrogea i centrul Transilvaniei.

Eficiena economica legumelor i fructelor este condiionatde cunoaterea permanentacerinelor consumatorilor, de livrarea prompta produsului solicitat la dimensiunea i greutateaimpus, de prezentarea n ambalaje ct mai plcute, uor de manipulat.

Fertilitatea naturala solurilor, diversitatea climei, precum i priceperea cultivatorilor, au

fost factorii principali care au contribuit ca Romnia sa aibun potenial ridicat pentru produciahorticol.Datele statistice indic faptul c din punct de vedere al suprafeei totale potenial

cultivabile cu legume i pomi, Romnia se situeaz pe locul 6 n UE dup Frana, Spania,Polonia, Italia, Germania.

Din producia horticol anual a Romniei 35% o reprezint legumele i pepenii, 35%cartofi, 15% struguri, 15% fructele. Consumul mediu/cap de locuitor /an este de cca. 110 kg.

1.4. Rolul n alimentaie a legumelor i fructelor

Legumele i fructele au un rol important n alimentaie, fiind surse de vitamine A i C,acid folic, minerale, reuind sprotejeze corpul i sl apere de diverse maladii. Legumele sunt

poriuni proaspete i comestibile ale plantelor erbacee. Acestea sunt importante ca alimente, cuefecte benefice pentru meninerea sntii i prevenirea bolilor. De asemenea, ele suntrecunoscute pentru coninutul de carbohidrai, vitamine i minerale. Ele pot fi rdcini

8


9/55


10/55

Tabelul 1.9

Speciile legumicole cu rdcini tuberizate

Familia botanic Denumirea popular Denumirea tiinificMorcov:

Spontan

Cultivat Cu rdcinlung Cu rdcinscurt

Daucus carota L. ssp. carota

ssp sativum convar. sativus convar. curtus

Ptrunjel: Spontan Cultivat Pentru rdcin

Petroselinum crispum ssp. silvestre ssp. crispum convar. radicosum

Pstrnac Pastinaca sativa

Umbelliferae

elina: Spontan

Pentru rdcin

Apium graveolens L. ssp. graveolens

convar. rapaceumCruciferae

Ridichea: De lun De vari iarn

Raphanus sativus L. convar. sativus convar. niger

Chenopodiaceae

Sfecla: Spontan Roie de mas Galbende mas

Beta vulgaris L. ssp. maritima var. canditiva var. lutea

Din aceastgrup, n Romnia se cultiv: morcovul, ptrunjelul, pstrnacul, elina pentrurdcin, ridichea de lun, de var, de iarni sfecla roie de mas.

La toate speciile din grup, principala parte de consum este rdcina tuberizat(ngroat).La ptrunjel, elina pentru rdcin i sfecla roie de mas se consum i frunzele, iar lapstrnac se pot consuma numai frunzele foarte tinere.

n alimentaia omului, prile anatomice de consum sunt folosite la pregtirea diferitelorpreparate culinare i ca materie primn industria conservelor. Ridichile sunt consumate n starecrud, ca atare, sau ca salatavnd o compoziie chimiccu o valoare alimentarnsemnat.

1.5.2. Modificri aprute n structura vegetalelor procesate

Dup ntreruperea ritmului biologic natural, fructele i legumele recoltate continu s-imeninsistemul fiziologic i s-i susinprocesele metabolice care erau prezente i nainte derecoltare. Ct timp sunt ataate de plant, pierderile provocate prin respiraie i prin transpiraie

sunt nlocuite de fluxul de sev, care conine ap, compui de fotosintez i minerale. Duprecoltare, produsul este n totalitate dependent de rezervele sale alimentare i de coninutul deap. Pierderile de apca urmare a desfurrii procesului de respiraie nu mai pot fi nlocuite incepe procesul de degradare a produsului. Maturarea, coacerea i senescena induc multeschimbri n fructe i legume. Dei, de cele mai multe ori, nu poate fi efectuato strictdiferenfiziologic ntre fazele de coacere a fructelor i senescen, coacerea grbete debutulsenescenei, cu modificri structurale ale esuturilor care cresc probalitatea de vtmare acelulelor. Coacerea fructelor implicmulte schimbri complexe precum maturarea seminelor,schimbarea culorii, modificarea esuturilor, producerea compuilor volatili, dezvoltarea stratuluide cear de pe suprafaa cojii, schimbri ale ritmului respiraiei, producerea de etilen,modificarea permeabilitii esuturilor etc.

Practicile agricole i condiiile de igien din timpul recoltrii, procesrii, ambalrii,transportului i depozitrii, influeneazgradul de infestare cu populaii microbiene a produsului[Brocklehurst, 1987].

10


11/55


12/55

2.1. Pregtirea legumelor i fructelor pentru obinerea conservelor

Pentru majoritatea procedeelor de conservare aplicate n industria conservelor vegetale,operaiile de pregtire (condiionare) a materiei prime sunt urmtoarele: recepia, sortarea,splarea, calibrarea, sortarea calitativ, trierea, curirea, divizarea, oprirea, aburirea, fierberea,

prjirea. n funcie de modul de conservare a legumelor sau a fructelor este necesar s separcurgtoate aceste etape de pregtire sau doar o parte din ele.

Recepiacuprinde controlul cantitativ i calitativ al legumelor i fructelor.Sortarea are rolul de a elimina din masa produselor, exemplarele necorespunztoare, cu

grad de coacere diferit faa de celelalte produse, exemplarele zdrobite, alterate sau cu defecte, seobin produse omogene din punct de vedere dimensional.

Calibrareaeste necesarpentru ca operaiile care se executmecanic (curire, divizare) sfie aplicate unor materii prime dintr-o anumitclasde dimensiuni, form, greutate. Acest lucruuureazdesfurarea operaiilor de prelucrare ulterioar.

Fig.2.1. Succesiunea operaiilor pentru realizarea conservelor de legume i fructe [Potter, 1995]

Splarea legumelor i a fructelor urmrete ndeprtarea impuritilor (pmnt, praf, nisip),reducerea microflorei i ndeprtarea urmelor de pesticide. S-a constatat co bunsplare are oeficienasemntoare cu tratarea termicla 100C, timp de 2 - 5 minute. De modul n care esterealizatsplarea depinde ntr-o mare msurcalitatea produsului finit. Splarea se poate realiza

prin imersare, prin jeturi de ap, prin frecarea produselor ntre ele i de organele de transport.Pentru fructele cu textura moale, splarea se face numai prin stropire.

Curirea. Aceast operaie are drept scop ndeprtarea prilor necomestibile sau greudigerabile ale materiei prime, obinndu-se produse cu grad ridicat de finisare.Curirea se poate executa ntr-unul din urmtoarele moduri: mecanic; termic; chimic; manual.

12


13/55


14/55

Fierberea are drept scop nmuierea legumelor sau a fructelor n vederea prelucrrii lorulterioare i inactivarea enyimelor. Durata fierberii depinde de tipul legumelor sau a fructelor, destadiul de maturitate, gradul de mrunire i de operaiile ulterioare.

Alte procedee de inactivare a enzimelor folosesc aerul cald, cnd are loc i o deshidratare;aerul cald este saturat cu vapori de apcnd nu se dorete deshidratarea produselor; cureni denaltfrecven.

Prjirea const n imersarea legumelor i fructelor n ulei fierbinte. Prin prjire seimbuntete calitatea legumelor datoritformrii unei coloraii specifice i a unui gust plcut,crete valoarea alimentardatoritevaporrii apei i mbibrii cu grsimi a esuturilor, reducereamicroflorei.

Sortarea este o operaie care are rolul de a separa produsele pe clase de calitate dupnsuirile generale i specifice prevazute de standarde. Se impune a fi efectuat nainte deambalarea i dirijarea produselor pentru pstrare.

Ambalarea are ca scop principal protecia produselor mpotriva diverilor factori dedegradare, precum i facilitarea operaiunilor de manipulare, transport i depozitare. Tipul imrimea ambalajelor utilizate sunt n concordancu rezistena structuro-texturali gradul de

perisabilitate al legumelor i fructelor proaspete. Ambalajele utilizate preponderent sunt

reprezentate de containere, lzi, ldie, couri, pungi, sacoe, cutii etc, confecionate din lemn,carton, hrtie, mase plastice.

Durata icondiiile de pstrarea legumelor i fructelor depind de rezistena acestora lapstrare, particularitile compoziiei chimice, rezistena structuro-texturaletc. Trebuie avut nvedere faptul c, dup recoltare aceste produse i continuprocesele metabolice sub aciuneaenzimelor proprii, ceea ce presupune dirijarea atent a factorilor de microclimat (temperatura,umiditate relativa aerului, lumin) n mediile de pstrare. n tabelul 2.1 sunt prezentate valorileoptime ale acestor parametrii care asiguro durata maximde pstrare, pentru cteva tipuri delegume i fructe [Pop, 2006].

Tabelul 2.1

Condiiile de pstrare pentru legume i fructe[Pop, 2006]

Produsul TemperaturaoptimC

Umiditatearelativa aerului

Durata maximdepstrare

Cpuni 0 85 - 90 3 - 8 zileCaise -0,5...+0,5 90 1 - 2 spt.Piersici -1...+2 90 2 - 6 sptCartofi 3-5 85 - 90 6 - 8 luniCeapuscat -1...+1 75 - 80 6 - 7 luniMorcovi 0,5 - 1 90 - 95 4 - 6 luniUsturoi 0 - 1 70 - 75 6 - 8 luniVarz 0 - 1 85 - 90 2 - 4 luni

Mere 0 - 4 85 - 90 5 - 8 luniPere -1...+2 85 - 90 2 - 6 luniStruguri de mas -1...+1 75 - 85 3 - 4 luniLmi 2 - 5 85 - 90 6 - 8 spt.Portocale 2 - 4 85 - 90 8 - 16 spt.Mandarine 4 - 8 85 - 90 4 - 6 spt.Grapefruit 8 - 12 85 - 90 6 - 12 spt.

Soiurile de legume trzii i de fructe de toamni iarnpot fi pstrate o perioadmai marede timp dacprodusele sunt recoltate atent, la momentul optim, sunt sntoase, manipulate itransportate corespunztor, fr vtmarea integritii anatomice i depozitate n condiiile de

microclimat recomandate.n general, temperatura optim de pstrare este de 4C. Scderea temperaturii sub 0C

declaneaznghearea produselor, iar temperatura ridicatfavorizeazintensificarea proceselor

14


15/55

metabolice i degradarea fructelor i legumelor. Umiditatea relativa aerului trebuie sfie de 80- 85% (sau chiar mai mult la nceputul perioadei de depozitare).

Pe perioada pstrrii se efectueaz verificri periodice pentru sortarea i eliminareaexemplarelor bolnave sau n curs de alterare.

2.2. Obinerea produselor minim procesate

n secolul 21, obiceiurile de consum ale oamenilor, precum i cunotinele acestora desprenutriie au schimbat direciile de cercetare n tehnologia produselor alimentare. Se remarcacelai proces i n supemarket-uri, care oferdin ce n ce mai multe produse, de tipul fructelorsau legumelor, ambalate n pungi sau puse n tvie, acestea fiind selectate, splate i tiate,numai bune de a fi consumate (produse vegetale proaspt tiate)[Belloso, 2011].

Aceste produse oferavantaje considerabile consumatorilor din ziua de azi datoritfaptuluic sunt uor i comod de pregtit i deoarece i pstreaz prospeimea i culoarea original,textura, aroma i savoarea frpierderea nutrienilor i a proprietilor benefice pentru sntate.Vegetalele proaspt tiate sunt pregtite pentru a fi consumate direct prin intermediul unor

procese simple (selecie, splare, decojire, tiere, igienizare); ele sunt ambalate n pungi deplastic i sunt pstrate n atmosfercontrolat[Belloso, 2011].

n mod obinuit, produsele proaspt tiate constau n fructe i legume proaspete care ausuferit nainte de a fi folosite o minim prelucrare cum ar fi: decojirea, felierea sau tocarea.Aceste produse sunt, n general, ambalate n pungi de plastic sau tvi. Caracteristicile majore

privind calitatea i sigurana acestor produse se referla urmtoarele aspecte: sunt proaspete i esutul plantei rmne viu n toatperioada de valabilitate; prin prelucrarea minimesutul plantei poate fi deteriorat n grade diferite; ambalarea protejeazprodusul de contaminarea microbiali permite mrirea perioadei

de valabilitate; produsele proaspt tiate sunt n cretere n cadrul sistemelor de asigurare a calitii; este obligatoriu a se folosi procedurile HACCP i bunele practici de igien la

producerea produselor proaspt tiate.Prelucrarea minima fructelor i legumelor are urmtoarele douscopuri:meninerea produsului proaspt, frpierderea calitii nutriionale;asigurarea unei perioade de valabilitate a suficient pentru realizarea unei distribuii

convenabile ntr-o regiune de consum.Valabilitatea microbiologic, senzorial i nutritiv a fructelor i legumelor minim

procesate trebuie sfie asiguratpe o duratde minim 4 pnla 7 zile, dar de preferinpnla21 de zile n funcie de pia. Cerinele comerciale pentru fabricarea produselor gata de a fifolosite, pre-decojite, feliate, rase sau tocate sunt rezumate n tabelul 2.3.

n majoritatea cazurilor, meninerea calitilor senzoriale a produsului depinde demetabolismul normal al esutului plantei. Prelucrarea minim a produselor proaspete, crete

considerabil activitatea fiziologic ceea ce conduce la senescen sau la perturbareametabolismului, producnd fermentarea produselor. Fructele i legumele proaspt tiate sunt deobicei, ambalate pentru a menine calitatea lor, prin limitarea pierderii de api prin creerea uneiatmosfere optim modificat(figura 2.2).

Refrigerarea fructelor i a legumelor proaspt tiate este esenial pentru a ntrziadeteriorrile biochimice i fiziologice declanate de stresul prelucrrii. Acest lucru poate generamodificri ale ritmului respiraiei esutului plantei, fapt ce poate produce schimbri rapidefermentative i alterarea produsului.

Schimbrile calitative ale fructelor i legumelor minim procesate ca rezultat al decojirii,rzuirii i tocrii, face ca dintr-un produs cu o perioad de valabilitate stabil de la ctevasptmni sau luni, s se obin un produs perisabil, ce are o perioad de valabilitate foarte

scurt, de la o zi la trei zile, la temperaturi de refrigerare. n timpul opera iei de decojire irzuire, multe celule sunt distruse, iar elementele intracelulare de tipul enzimelor oxidative sunteliberate.

15


16/55

Fig. 2.2. Exemple de produse minim prelucrate

Produsele minim prelucrate se deterioreazdin cauza mbtrnirii fiziologice, schimbrilorbiochimice i alterrii microbiale, care pot duce la degradarea culorii, texturii i aromei.

Tabelul 2.3

Cerinele pentru produsele comerciale gata-de-a-fi-folosite (fructe i legume decojite, tiate, tocate )

Principiul delucru

Cerine de prelucrare ClieniValabilitate(zile) la 5C

Exemple defructe ilegume

adecvate

Preparare azi,consum mine

Igiena buctriei standardi a ustensilelor.

Frsplarea intensivaroduselor decojite i tiate;

cartoful este o excepie.Ambalajele pot fi

eturnabile.

CateringRestaurantecoli

Industrii

1 - 2Majoritateafructelor i

legumelor

Preparare azi,consumul

produsului seface n 3 4zile

Dezinfecie.Splarea produselorecojite, cel puin cu ap.Ambalaje permeabile,artoful face excepie.

CateringRestaurantecoliIndustrii

3 - 5

MorcoviVarzSalaticebergCartofiSfeclCitriceFructe de

pdure

Produsele suntdestinatecomercializrii

O bundezinfecie.Apclorinatsau acidentru splarea produselorecojite sau tiate.Ambaje permeabile;artoful face excepie.Aditivi.

IndustriiCateringRestaurantecoliMagazinelemici

5 7

MorcoviVarzchinezeascVarzroieCarofiSfeclCitriceFructe de

pdure

16


17/55

2.3. Generaliti privind procedeele de realizare a operaiei de mrunire

n tehnologiile alimentare de foarte multe ori este necesar a se proceda la reducereadimensiunilor geometrice ale elemtelor structurale ale unor produse agroalimentare (fructe,tuberculi, rdcinoase etc.). n industria alimentar, necesitatea operaiei de mrunire rezultdinfaptul c produsele primare agroalimentare sunt rareori folosite n forma i dimensiunea loriniial, fiind necesar a fi aduse prin mrunire la mrimea i forma corespunztoare condiiilorde utilizare ntr-un anumit proces tehnologic sau pentru comercializare. n timpul desfurrii

procesului de mrunire trebuie s se previn ca materialul prelucrat s sufere modificri decompoziie i de structur.

Operaia de mrunire are drept scop reducerea dimensiunilor geometrice ale unor entitiprin distrugerea integritii fizice iniiale ca rezultat a aciunii asupra lor a unor fore exterioare.

Procedeele de realizare a operaiei de mrunire se aleg i n funcie de urmtoarele douaspecte: caracteristicile fizice ale materialului i de dimensiunile iniiale i finale ale entitilorfizice. n funcie de modul n care se transmite energia de deformaie entitilor fizice primare sedeosebesc urmtoarele procedee de mrunire: solicitare cvasistaticprin comprimare i frecarei prin ncovoiere; solicitare prin forfecare; solicitare prin impact; solicitare prin energia

transmisde mediul nconjurtor.Comprimarea i forfecarea sunt dou moduri de solicitare des utilizate n operaii dereducere a dimensiunilor corpurilor solide.

Procedeul de realizare a operaiei de tiere se alege n funcie de caracteristicile fizice alematerialului, de dimensiunile iniiale i finale ale elementelor structurale ale produseloragroalimentare. Pentru un material dat se va alege acel procedeu de tiere care necesitcel mairedus consum de energie i care asigurun maxim ritm de procesare. n cadrul procesului detiere suprafeele organelor active ale echipamentelor tehnice pot solicita elementele structuralen mod individual sau colectiv. Rezistena la tiere este o proprietate proprie fiecrui produsagroalimentar.

Distrugerea integritii produselor agroalimentare prin tiere se realizeaz solicitnd

materialele la forfecare prin intermediul a doucorpuri, din care cel puin unul prezinto muchietietoare. Materialele ce urmeaz a fi mrunite prin tiere sunt aduse n dreptul muchieitietoare.

Fig. 2.3. Solicitarea prin forfecare

Solicitarea prin impact reprezint n fapt o comprimare puternicaplicatpentru un timpfoarte scurt.

n figurile 2.4 i 2.5 sunt prezentate realizrile constructive ale firmei Urschel n ceea ceprivete cuitele care echipeazmainile de tiat legume i fructe.

17


18/55

Fig.2.4. Exemple de cuite utilizate pentru realizarea procesului de tiere

Fig.2.5. Cuite de tiat n cruce

Fiecare categorie funcional de echipamente tehnice este destinat pentru a realiza unanumit grad de mrunire, pornind de la dimensiuni diferite ale elementelor structurale alematerialului primar.

2.3.1. Organele specifice de lucru a mainilor de mrunit

Cnd organele de lucru acioneazasupra unui corp solid, acesta suferdeformri de naturelastic sau plastic n funcie de caracteristicile materialului. Deoarece deformaia atinge oanumit valoare limit determinat de natura i structura solidului (rezisten mecanic),materialul i pierde integritatea de-a lungul anumitor plane (plane de deformare). n oriceoperaie de mrunire sunt implicate fore de toate felurile avnd diferite valori. La evaluarearandamentului unei operaii de mrunire trebuie s fie luate n considerare dou aspecte:

dimensiunea fragmentelor obinute din materialul prelucrat i energia consumatn acest proces[Zeki Berk, 2009].Mrunirea prin tiere se aplic unor produse cu consisten cuprins ntre moale i

semidur precum i unor materiale fibroase. Produsul obinut prin operaia de tiere este unamestec de entiti fizice ale cror caracteristici sunt definite prin dimensiunile i forma lor.

Mrunirea prin tierea este operaia de reducere a dimensiunilor materialulu primar bazatpe aciunea muchiilor ascuite ale unor elemente mobile (cuite, lame).

Tipul cuitelor care se pot monta pe toba mainii de tiat (fig. 2.13) se aleg n funcie denatura materialului care trebuie mrunit i de destinaia materialului mrunit.

Termenul de tiere este de obicei rezervat pentru operaiile din care rezult elementestructurale cu formdestul de regulat(cuburi, felii, juliene), n timp ce termenul de mrunire

este utilizat pentru cazul n care dimensiunile acestor elemente sunt aleatoare.Tierea este realizatde cuite aflate n micare discontinuliniara tiului sau de rotaie

sau n micare ciclicalternativ(cu forma liniar fig. 2.7, ai b, curbcu ascuire pe exterior

18


19/55

fig. 2.7,c sau pe interior fig. 2.7,d,avnd muchia continusau zimatcu ascuire unilateral- fig. 2.7, e i f).

Fig.2.7. Tipuri de cuite utilizate pentru realizarea operaiei de tiere: cuite disc (a i b), cuite cu form

curbcu ascuirepe exterior (c) sau pe interior (d), cuite band(e i f).

Muchia tietoare poate fi continu (fig. 2.13,a), dinat (fig. 2.13,b) sau cu scafe (fig.2.13,c).

Cuitele sunt fixate n elementul de antrenare al mainii n lcauri speciale.Forma bucilor rezultate dup tiere depinde de configuraia geometric a cuitului, de

modul de ascuire i de poziia cuitului fade materialul ce urmeaza fi tiat.Pentru obinerea de cuburi tierea este realizat de-a lungul a trei plane reciproc

perpendiculare, materialul fiind tiat prima oar n felii, n a doua etap, feliile sunt tiate

longitudinal pentru producerea benzilor (fiilor, panglicilor), iar n a treia etap, benzile suntscurtate pentru producerea cuburilor [Zeki Berk, 2009].

Fig.2.13. Cuite utilizate pentru realizarea operaiei de mrunire: a) cu tidrept continuu;b) cu ti

drept canelat;c) cuit cu scafe;i unghiul de ascuire al cuitului

2.4 Echipamente utilizate n procesul de mrunire a fructelor i legumelor

n funcie de caracteristicile produsului obinut, mrunirea prin tiere poate fi clasificatastfel: mrunirea pentru obinerea bucilor mari; mrunirea grosier; mrunirea fin.

Materialele cu duritate foarte mic, dar care au consistenmare, nu pot fi mrunite princompresiune, lovire sau frecare, mrunirea acestora se realizeaznumai sub influena forelortietoare [Panainte, 2008].

Duptipul de cuit utilizat, echipamnetele de tiere pot fi: cu cuite disc; cu cuite plane; cucuite stea cu alte tipuri de cuite.

Dupmrimea bucilor tiate: pentru tiere n buci mari (fierstraie: lam, disc, band, circular); pentru tiere n buci medii (maini cu cuite i sit);

19


20/55

pentru tiere n buci mici (volfuri, maini de tiat cuburi); pentru tiere fin tocare ( cutere, mori coloidale, mori cu bile).

Dupconstrucia i modul de montare al cuitelor: cu cuite montate pe discuri rotative (cuite plane cu diferite forme); centrifugale cu cuite plane (tierea se face sub aciunea forei centrifuge);

cu cuite montate pe arbori rotativi (pentru tiat legume fierstru circular); cu cuite disc (cuterul); cu cuite plane de diferite forme (fierstru plat - lamelar); cu cuite stea (volful); echipamente combinate cu mai multe categorii de cuite.

2.4.1 Maini universale de tiat produse vegetale

Maina universal de tiat legume se folosete pentru divizarea sub diferite forme idimensiuni n funcie de cuitele montate. Se recomand n special pentru divizarea legumelorrdcinoase, dar pot fi utilizate i la alte specii.

n funcie de tipul organului de tiere sunt: cu disc orizontal (fig. 2.8,a), cu disc vertical

(fig. 2.8,b), cu tobcilindric(fig. 2.8,c), cu tobtronconicdubl(fig. 2.8,d), cu tobtronconicsimpl(fig. 2.8,e).

a. b. c. d. e.Fig. 2.8.Schemele mainilor de tiat: a) cu disc orizontal, b) cu disc vertical, c) cu tob

cilindric, d) cu tobtronconicdubl, e) cu tobtronconicsimpl

n cazul rdcinoaselor, cartofilor i ardeioaselor, atunci cnd se urmrete obinerea unorbuci ct mai uniforme (cuburi, plcue, fii) este necesar ca nainte de divizare, sse aplice oscurtoprire (1 2 minute) pentru a realiza o uoarnmuiere a esuturilor, ceea ce favorizeaztierea corect.

2.4.3 Echipamente pentru realizarea operaiei de tiere a fructelor i legumelor

Feliator model CC Urschel

Ofero multitudine de posibiliti de tiere, rezultnd felii plate, felii n formde V, subformde band, cu formoval, semilun.

Pot fi echipate cu motor de 1,5; 3,7; sau 7,5 kW pentru a se adapta la capacitatea deproducie a liniei de lucru.

Cuitele nu necesit reascuire i sunt interschimbabile fapt pentru care ofer flexibilitatepentru diferite tipuri de tiere.

n funcie de caracteristicile dimensionale ale rotorului acceptproduse pnla dimensiunide 101,6 mm (rotor realizat din aluminiu-mangan) i respctiv pnla 88,9 mm (rotor realizat dinoel inoxidabil).

Este de tipul cu funcionare continufapt ce asiguro producie nentrerupt.

20


21/55

Fig.2.22. Feliator model CC Urschel [Ursche] Fig. 2.23. Schema de principiu a aparatului detiere

Caracteristici tehnice: lungime: 1220 mm pentru motoare cu puterea de 1,5 sau 3,7 kW i1314 mm pentru motoare cu puterea de 8,5 kW, lime: 896 mm; nlime: 799 mm 2 sau 5 CP;769 mm 10 CP; greutate net: 250 kg.

Aparatul de tiere (fig. 2.23) este format dintr-o carcasinelarpe care sunt fixate cuitelei un rotor cu palete, antrenat n micare de rotaie. Materialul ce urmeaz a fi mrunit este

antrenat de ctre paletele rotorului, iar n momentul n care trece prin dreptul cuitului, acestadetaeazo felie de material. Grosimea feliei este datde limea fantei dintre carcasi tiulcuitului.

Maina de mrunit KRONEN KUJ

Utilajul de mrunit KRONEN prelucreazlegume, fructe i pete n cuburi egale, fii saufelii, ntr-un singur pas. Calitatea cuitelor utilizate garanteaz o tietur simpl (curat,ngrijit), fr vtmarea produsului. n funcie de tipul produsului i de grosimea tieturii,capacitatea de lucru a acestei maini este cuprinsntre 300 i 3000 kg/or.

Posibilitatea de ajustare a apte trepte de vitez, prin intermediul unui invertor de frecven,permite corelarea caracteristicilor funcionale ale echipamentului cu caracteristicile fizico-

mecanice ale materialelor prelucrate, precum cpunele sau a produselor fierte de tipul cartofilor,a sfeclei etc.

Maina de tiat legume S021

Mainde tiat legume S021 este echipatpentru tierea simpli foarte rapida spiralelordecorative de legume (din morcovi, cartofi, dovlecei, ridichi, elin, sfecletc.)

Prin intermediul unor instrumente variate spiralele pot avea diverse dimensiuni (2 x 2 mm,2 x 8 mm, 2 x 10 mm i alte dimensiuni la cerere), la o lungime maxima produsului de 250mm.

Fig. 2.31. Maina de mrunit KRONEN KUJ

[http://www.kronengmbh.de/]Fig. 2.33 Maina de tiat legume S021

[http://www.kronengmbh.de/]

21


22/55

3. NECESITATEA I OBIECTIVELE LUCRRII DE DOCTORAT

3.1 Necesitatea lucrrii

Mrunirea este una din cele mai larg utilizate operaii att n industria alimentarct i nindustriile farmaceutice, cosmetice, miniere, industria lianilor etc. Importana acestei operaiirezult din faptul c ntr-o serie de procese ce se ntlnesc n aceste industrii se impune camateriile prime, produsele finite sau produsele intermediare, s fie mrunite, fie pentruaccelerarea producerii unei faze tehnologice, fie pentru obinerea unei anumite granulaii a

produsului, fie chiar i numai pentru obinerea unui anumit aspect pentru realizareacomercializrii produselor.

Realizarea unui studiu riguros asupra operaiei de mrunire i implicit al metodelor derealizare a acesteia se impune ca necesar datoritconsumurilor energetice pe unitatea de produsdeosebit de ridicate. Astfel, scopul principal al cercetrilor din ultimele decenii a fost gsireaunor modaliti pentru reducerea consumului energetic investit.

Din cercetrile efectuate de diveri autori se constat c influena cea mai mare asupraconsumului de energie total al procesului de mrunire prin tiere o are mecanismul de producere

a operaiei de tiere propriu-zis, precum i parametrii constructivi - funcionali ai dispozitivelorde tiere, i nu n ultimul rnd proprietile structo-texturale ale produselor supuse mruniriiprin tiere. Astfel, s-au cutat i se cautsoluii viabile pentru reducerea acestuia, constatndu-sefaptul cnu existsuficiente informaii cu privire la cea mai eficientmodalitate de realizare aoperaiei de mrunire prin tiere. Cu privire la acest subiect literatura de specialitate furnizeazdoar informaii referitoare la realizarea operaiei de mrunire prin strivire, negsindu-se n

prezent suficiente informaii referitoare la mrunirea prin tiere a legumelor i fructelor.Din aceste motive cercetarea mecanismului de producere a procesului de mrunire prin

tiere a legumelor i fructelor a devenit o necesitate i o preocupare de mare actualitate, oricereducere a acestora transformndu-se ntr-un avantaj pe piaa concurenial.

n acest context se nscrie i tema prezentei lucrri de doctorat, n care se realizeaz un

studiu riguros att a metodelor de mrunire, ct i a consumurilor energetice din timpulmrunirii legumelor i fructelor.

3.2. Obiectivele lucrrii

Obiectivul principalal cercetrilor experimentale din cadrul acestei lucrri de doctorat lreprezintoptimizarea energetica procesului de mrunire a legumelor i fructelor.

n vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercetri a fost necesarparcurgereasecveniali rezolvarea mai multor obiective complementare, precum:

realizarea unui studiu asupra caracteristicelor legumelor i fructelor utilizate nalimentaie, precum i a proprietilor, a procedeelor i tehnicilor de mrunire a acestora.

analiza stadiului actual al cercetrilor i realizrilor n domeniul echipamentelorpentru mrunirea prin tiere a legumelor i fructelor;

efectuarea unor cercetri teoretice asupra energiei investitn procesul de mrunire,a dependenei dintre starea de eforturi i deformaiile specifice n timpul procesului de

mrunireprin tiere a legumelor;

realizarea unui model matematic utiliznd metoda elementului finit, care permitestudierea mecanismului de producere a operaiei de tiere i analiza nivelului forelor de

rezisten n timpul procesului de tiere, cu scoaterea n eviden a factorilor care determin

desfurarea procesului, stabilirea pentru fiecare a nivelului de influen;

ntocmirea unei metodici pentru desfurarea cercetrii experimentale i stabilireaobiectivelor specifice fiecrei etape, cu luarea n considerare a factorilor caracteristici

procesului de tiere; determinarea indicilor calitativi ai legumelor i fructelor supuse cercetrilorexperimentale;

22


23/55

stabilirea unor concluzii temeinice referitoare la influena dispozitivelor de mrunireasupra consumurilor energetice specifice i precizarea direciilor viitoare de cercetare legate de

aceasttem.

n baza obiectivelor complementare pentru rezolvarea ct mai deplin a obiectivuluiprincipal, la un nivel tiinific corespunztor cerinelor unei teze de doctorat, s-a conceputschema generalde studiu, prezentatn figura 3.1.

Fig. 3.1. Schema generalde studiu a lucrrii de doctorat.

23


24/55

4. CERCETRI TEORETICE PRIVIND PROCESUL DE MRUNIRE ALLEGUMELOR I FRUCTELOR

4.1 Procesul de mrunire al fructelor i legumelor

Comportarea materialelor solide supuse mrunirii este foarte diferit, aceasta ca urmare ainfluenei numeroilor factori implicai n desfurarea operaiei de mrunire prin tiere.

Cercetrile experimentale au scos n evidenprincipalii factori de influen care trebuieluai n considerare la explicarea modului de producere a mrunirii: natura materialului, stareainiial (forma, dimensiunile geometrice), structura (presiunea de turgscen din celule,dimensiunea i geometria celulelor, grosimea i forma pereilor celulelor, prezena fibrelor sau a

bulelor), modul de aplicare i natura forei aplicate, valoarea, viteza i durata de aplicare aefortului.

Organul de tiere are forma unei pene a carei muchie tietoare i suprafee lateraleinteracioneaz cu materialul supus operaiei de tiere. Pentru realizarea operaiei de tiere,muchia tietoare a cuitului este presat pe suprafaa materialului, n zona de contact aceastadeformndu-se corespunztor, n masa de material se dezvolt o stare special de eforturi,caracterizatde valoarea eforturilor unitare normale i tangeniale .Eforturile unitare normale

produc o ndesare a elementelor structurale ale materialului solicitat, iar eforturile unitaretangeniale tind sdeplaseze relativ aceste elemente. Deformrilor produse de aceste eforturi, lise opun forele interne de legtur. Existena fazelor lichidi gazoasintracelular, produce nmasa corpului o modificare a distribuiei eforturilor i , deoarece aceste faze nu preiau decteforturi normale.

n momentul n care ntr-un punct de contact al masei materialului cu lama cuitului,valoarea efortului unitar tangenial depete valoarea rezistenei la forfecare, are loc distrugereaintegritii materialului, lama tietoare ptrunznd n masa de material, avnd loc tierea.Caracterul tierii este dependent de caracteristica structural-morfologica materialului.

Pe msur ce fora de aciune crete, corespunztor crete i deformarea materialului

solicitat i starea de tensiune din masa acestuia.Dup ptrunderea n material, feele laterale ale tiului cuitului preseazpe suprafeelenou create, provocnd aciunea de despicare. ntre suprafeele penei i suprafeele nou createacioneazfore de frecare care se opun deplasri cuitului, n funcie de grosimea feliei prezinto anumitrigiditate fapt pentru care aceasta se ncovoaie mai mult sau mai puin. n masa feliei

pot saparfisuri, care cauzeazpierderea integritii fizice. Suprafaa nou obinutn masa debaza materialului este neregulatputnd prezenta adncituri, a cror adncime este dependentde direcia de propagare a fisurilor n zona de cedare.

Acionnd asupra materialului cu o forde compresiune, n masa acestuia se dezvoltostare de eforturi i ca urmare suprafaa lui se va deforma.

Procesul de mrunire prin tiere poate fi divizat n douetape:

o primetap, n care sub aciunea forei cu care acioneazmuchia tietoare se producecomprimarea i deformarea elastica suprafeei materialului i esutului celular al acestuia. nmodelele elaborate de Pitt (1982) i Pitt i Chen (1983), solicitarea prin comprimare determinextensie laterala celulelor, datoritincompresibilitii fluidului intracelular, n ipoteza cacestanu se deplaseaz n afara celulei, volumul celulei rmnnd constant n timpul deformrii, eadetermin o solicitare mult mai intens a pereilor celulelor care sunt orientate transversal nraport cu direcia forei dect a celor orientate pe direcia de aciune a forei. n planul deobservaie transversal pe direcia de deformare, celulele situate n acest plan i majoreazdimensiunea, fapt confirmat de observaiile experimentale ale lui Zdunek i Ulmeda (2006),efectuate pe cartofi i morcovi prin utilizarea unui microscop confocal cu laser.

esutul celular al merelor diferde cel al cartofilor i morcovilor prin numrul mult mai

mare de spaii intracelulare, cu aproximativ 20%. n cazul merelor, spaiile sunt umplute cu gazcare este uor compresibil. n timpul deformaiei, celulele vecine pot expanda liber n aceste

24


25/55

spaii i, n acest caz, volumul spaiilor libere se reduce. De aceea, n planul transversal 2D aldeformrii dimensiunea celulelor crete, iar dimensiunea spaiior descrete [Csndroiu, 2009].

a doua etap, n care fora depete valoarea critic, cnd se atinge o valoare de maximi materialul se va deforma plastic, esutul celular este distrus i se produce eliberarea sucululuicelular, se distruge integritatea materialului, cuitul ptrunznd n masa materialului.

n funcie de structura morfologic a materialului tierea se realizeaz cu sau fr

producerea de fisuri n masa de material. Fisurile se propagrapid i se ramific, pe direcia dedeplasare a cuitului, suprafeele nou obinute avnd o forma neregulat.Valoarea efortului investit n prima faz depinde de starea iniial a materialului

(umiditatea), iar pentru cea de a doua fazdepinde de structura nativa materialului.

4.1.2. Mecanismul de producere al operaiei de mrunire prin tiere a legumelor ifructelor

Efectul aparent n acest caz depinde i de viteza de deformare, ceea ce nseamncdebitulde fluid care prsete celulele este crucial.

n figura 4.9 se prezintgraficul de variaie a forei F, pe care o ntmpincuitul nregistratde maina de testare n timpul operaiei de tiere, la o vitez constat de strpungere a

materialului fibros cu un cuit de lime bcu ascuire unilaterali cu un unghi de ascuire egalcu , care are un tirectiliniu normal, care se deplaseazcu o vitezconstantva (tiere prindespicare, fig. 4.11,a):

Fig. 4.9. Graficul de variaie a forei F nregistrate de un dispozitiv de testare n timpul operaiei de

tiere: zona I cuitul ptrunde n material; zona II tierea se stabilizeaz; zona III cuitul iese din

material. [Dowgiallo, 2005]

Aceast foreste compusdin urmtoarele componente: Fe este fora consumatpentrudeformarea plastici elastic, Ffeste fora care depete fora de frecare, iar Fdeste fora dedezintegrare consumatde ctre tiul cuitului n structura materialului.

Valoarea forei Ft, care este egalcu zero (Ft= 0) n momentul n care tiul cuitului intrn contact cu materialul, crete la o valoare maxim care se refer la stabilizarea parametrilor(condiiilor) de tiere [Dowgiallo, 2005].

Organul de tiere se prezint sub forma unei prisme cu suprafa plan, cu dispunereverticalfade produsul supus prelucrrii.

25


26/55

Muchia tietoare sau tiulcuitului (fig. 4.10,a) este generatprin intersecia celor douplane ale suprafeelor nclinate i teoretic reprezinto linie dreapt. Unghiul dintre cele douplane este definit ca unghi de ascuire. Gradul de ascuire al tiului este determinat de diametrulal cercului care poate fi nscris n profilul lamei (fig. 4.10,b). Din punct de vedere al moduluide ascuire, cuitele sunt cu ascuire unilateral (pe o fa), bilateral simetric (pe dou fee)cnd existun plan longitudinal de simetrie, suprafeele care genereaztiul sunt nclinate cu un

acelai unghi fade acesta i asimetric, cnd fade planul de simetrie longitudinal suprafeelecare genereaztiul sunt nclinate cu unghiuri de valori diferite.n condiii reale, dup prelucrarea cu discuri abrazive tiul se prezint ca o muchie

neuniform cu microbavuri, proeminene i adncituri (fig. 4.10,c). Valoarea unghiului deascuire imprimrigiditatea cuitului i rezistena la tiere [Ciobanu, 2011].

Fig. 4.10. Parametriigeometrici i constructivi ai muchiei tietoare a cuitului.

[Ciobanu, 2011]

n raport cu materialul care se taie, cuitul poate executa, micri pe doudirecii: normal

i transversal (fig. 4.11). Viteza pe direcia normal este definit ca viteza de avans va acuitului n masa produsului, iar cea pe direcie transversal este definit ca viteza val dealunecare pe direcie transversal, n raport cu micarea de avans. Suma vectoriala acestor douviteze reprezintviteza absolutde tiere (fig. 4.11,b):

,vvv alat

(4.13)

valoarea vitezei absolute fiind determinatcu relaia:

.vvv 2al2at

(4.14)

Fig. 4.11. Metode de tiere cu cuitul: a tiere prin despicare; b tiere cu alunecare[Ciobanu, 2011]

26


27/55

Raportul celor douviteze caracteristice se numete coeficient de alunecare i se determinprin expresia:

Kvv aal tg/ . (4.15)

Unghiul (unghiul de alunecare) poate lua valori n intervalul (090), iar coeficientulKn intervalul (0 ). Raportul vitezelor vai vali mrimile corespunztoare Kdetermincaracterul procesului de tiere, indicatorii dinamici i energetici ai acestuia i calitatea suprafeeide tiere.

4.1.2. Modelarea matematica procesului de tiere

Cnd val= 0, = 0 iK= 0, tiul cuitului nainteazcu viteza vape normala la suprafaamaterialului (fig. 4.11). Un asemenea proces se numete tiere prin despicare.

Cnd val> 0 procesul de tiere se definete ca tiere prin alunecare.n funcie de natura materialului, operaia de tiere se poate realiza n mod diferit: cu

formare de achii, n cazul materialelor dure sau turgescente i frformare de achii, n cazulmaterialelor cu proprieti de elasticitate preponderente.

Dup caracterul ncrcrii, procesele de divizare n fraciuni, fr formare de achii, seclasificn statice i dinamice. n cazul regimului static vai fora de avans Fasunt constante.Vitezele tangeniale vali foraFapot fi constante (lineare, periferice) sau variabile (oscilatorii).

n procesul de tiere cu deplasarea cuitului pe direcie normal, se disting douetape: oprimetapn care tiul preseazasupra materialului, cnd asupra tiului cuitului se creeaztensiuni normale de contact care prin valoarea lor produc distrugerea integritii materialului, i oa doua etapn care cuitul ptrunde n interiorul materialului, moment n care faa nclinata luideformeazmaterialul, mpingndu-l n lateral prin efectul de pan, pe o direcie perpendicular

pe direcia de deplasare, fapt ce creeazn material o stare de tensiuni, care se manifestdiferitn funcie de natura materialului supus operaiei de tiere.

Din punct de vedere al structurii interne, materialele vegetale sunt materiale neomogene i

aniizotrope, motiv pentru acre pe diferite direcii, proprietile fizico-mecanice prezinto largvariabilitate.Studiul teoretic se realizeazn baza urmtoarelor ipoteze simplificatoare: materialul este

un mediu elastic omogen i izotrop, care posed o capacitate nelimitat de a se deforma pedirecie transversal,proporional cu grosimea cuitului; materialul tiat se afl n contact

permanent cu tiul i cu suprafeele nclinate ale cuitului; starea de tensiune generat nmaterial este proporionalcu deformaiile. n baza acestor aproximri pentru studiu solicitrilori deformaiilor care apar n masa materialului se poate considera ca aplicabillegea lui Hooke.

Fig. 4.12. Schema procesului de tiere executat de ctre cuit[Mikecz 1985]

27


28/55


29/55

,lcos

HE

L

b

2

1lAB

2

1N max

(4.22)

Fora de frecare dintre material i suprafaa nclinatcu unghiul a cuitului este:,NT2 (4.23)

unde este coeficientul de frecare dintre material i cuit.

Rezultanta celor dou fore care acioneaz pe suprafaa nclinat cu unghiul , sedetermincu relaia:

4coscos

4sin

N1NFR

(4.24)

Conform schemei prezentat n figura 4.12, fora FHnormal pe direcia de deplasare acuitului, se determinprin relaia:

,sinNsinFFRH

1 (4.25)

iar fora FVparalelcu direcia de deplasare a cuitului, se determinprin relaia

cosNcosFF RV 1 (4.26)

Pe faa lateralposterioara cuitului, deformaia materialului se considerceste nul, caurmare a rigiditii suportului cuitului, deplasrii cuitului n masa de material i se opune forade frecare:

sinNFT H 11 (4.27)

Fora ntmpinatde cuit n procesul de tiere, conform schemei prezentatn figura 4.12,

se determinn baza ecuaiilor de echilibru a cuitului:

.TFFF Vt 10 (4.28)

Primul termen al ecuaiei reprezint partea util a forei de tiere, orientat pentrunvingerea forelor moleculare de coeziune. Ceilali doi termeni sunt pierderi neproductive

pentru deformaiile laterale a materialului i pentru nvingerea frecrilor.

,cos

cosNsincosNlF kk

2110

n care dacse introduce relaia (4.22) devine:

,coscos

coslHE

L

blF k

2

12

10 (4.29)

Aa cum rezult din relaia (4.29), fora necesar pentru separarea materialului estedependentde proprietile de material k, i E, de caracteristicile constructive ale cuitului ,

b, H .i i de caracteristicile dimensionale ale materialului care este supus operaiei de tiere Li l.

Pentru determinarea valorii unghiului de ascuire pentru care din punct de vedere teoreticse obine valoarea minima forei de tiere, se anuleazderivata expresiei (4.29), obinndu-se

soluia: = .Pentru tierea materialelor rezistente, cu elasticitate redus, se folosesc cuite cu o grosimensemnat, cu un unghi de ascuire = 30 40. Grosimea cuitului se determindin condiiile

29


30/55


31/55

4.3. Simularea procesului de tiere utiliznd metoda elementelor finite (mef)

4.3.1 Obiectivele i etapele simulrii

Simularea 3D a sistemului de tiere are ca obiective principale simularea comportriiproduselor vegetale, n timpul procesului de tiere. Prima faza acestei modelri o reprezintgenerarea modelului geometric urmatapoi de generarea modelului discretizat. ntre aceste dou

faze se aplicipotezele simplificatore cu ajutorul crora modelul va putea fi rulat.Majoritatea cercettorilor n domeniul simulrii proceselor alimentare utilizeaz modele

matematice liniare, din motive de eficien a calculului. Simularea cu ajutorul metodei cuelemente finite poate acoperi, numeric, multe fenomene pentru acelai model, i de asemenea,

pot da indicii asupra mecanismului de ndeprtare a materialului.Aceste modele nu sunt capabile s ofere predicii realiste ale deformaiilor finite ale

esuturilor deoarece deformrile se presupun a fi infinitezimale. Este asumat, de asemenea,liniaritatea rspunsului materialului. Prin urmare, n astfel de modele este reinut principiulsuprapunerii efectelor [Miller i alii, 2007].

Scopul cercetrii teoretice este de a modela i simula deformarea neliniara materialelorpentru aplicaii care necesitinteraciuni n timp real. Un studiu prin simulare al procesului detiere trebuie sprezicdomeniul de deformare n cadrul eantionului, astfel nct s poat fiafiat utilizatorilor, i nivelul forelor interne (tensiunilor), astfel nct forele de reacie careacioneazpe instrumentele de tiere spoate fi calculate i transmise n timp real.

Simularea tierii produselor vegetale utiliznd metoda elementelor finite, ca orice programde simulare asistatde calculator, implicparcurgerea urmtoarelor etape:

etapa de preprocesare; etapa de procesare; etapa de postprocesare.

Etapa de preprocesareimplicparcurgerea urmtorilor pai:

se alege tipul de analizutilizatn vederea obinerii simulrii; se construiete modelul geometric al sistemului, fie cu ajutorul programului respectivfie cu un alt program specializat n modelare geometrici apoi modelul se importn programulutilizat;

se definesc proprietile materialelor prin introducerea constantelor de material. Astfeldac materialul se regsete n biblioteca programului, el se poate selecta din bibliotec iautomat se atribuie toate proprietile acestuia. n caz cmaterialul nu se regsete n biblioteci se cunosc proprietile acestuia, el se poate aduga de ctre utilizator n biblioteci folosit ncontinuare;

se aleg tipurile de elemente, care vor fi utilizate i pentru fiecare subdomeniu sedefinesc tipurile de elemente utilizate pentru discretizare precum i valorile constantelor reale.

Acest pas intervine atunci cnd domeniul problemei s-a divizat n mai multe subdomenii ce suntrealizate din materiale diferite i care se discretizeazcu ajutorul elementelor finite diferite;

se stabilesc parametrii reelei de discretizare i tipul de reea care se va utiliza; se realizeaz discretizarea domeniului sistemului, operaie numit discretizare

(meshing). Faza de generare a modelului discretizat reprezintmprirea formei geometrice aacestuia cu ajutorul elementelor finite, ntr-un domeniu discretizat. Alegerea tipurilorelementelor finite utilizate la discretizare este o etap importat ce implic calculareadimensiunilor maxime ale elementelor.

Etapa de procesarepresupune parcurgerea urmtoarelor etape:

alegerea regimului analizei: static sau staionar, armonic sau sinusoidal, nestaionar sautranzitoriu;

punerea condiiilor la limita elementelor finite (bundary condition) i definireasarcinilor aplicate cu proprietile lor (frecven, putere, etc. );

31


32/55

alegerea metodei numerice de rezolvare a sistemului de ecuaii n funcie de tipulsistemului de ecuaii - liniare sau neliniare.

stabilirea numrului maxim de iteraii i a criteriului de convergen. Se selecteazmrimile pentru care se stocheazvalorile n vederea post procesrii.

Etapa de postprocesarese caracterizeazprin urmtoarele:

realizarea unor reprezentri grafice ale mrimilor selectate pentru stocare n etapaprecedenti se efectueazlistarea valorilor acestora; pentru unele mrimi, rezultatele sunt raportate att la noduri i se numescsoluii nodale

ct i la elementele finite i se numescsoluii elementale; prezentarea grafic se face sub form de contururi, fiecare contur avnd o anumit

culoare i cuprinde regiunea modelului geometric, n care mrimea respectiv are o anumitvaloare, precizatntr-o legendcromatic;

programul permite ca utilizatorul s aleag numrul de contururi. Precizia dereprezentare este cu att mai buncu ct se alege un numr mai mare de contururi, nsclaritateafigurii scade[Ciobanu, 2011].

4.3.2. Dezvoltarea unui model continuu al condiiilor de tiereRelaia dintre proprietile mecanice i structura celulara produselor vegetale este de mare

interes din punct de vedere a reducerii pierderilor datorate fisurrii sau ruperii i a creterii aeficienei procesului de tiere (reducerea energiei investite, creterea cantitii de produse

procesate).Materialele de origine vegetalse comportn trei moduri diferite, ca rspuns la tensiunile

create de fore exterioare: comportament elastic (deformare recuperabil), comportament vsco-elastic (deformare dependentde timp, parial recuperabil) i comportament plastic (deformarenerecuperabil).

ntr-un material cu structur celular, acestea sunt manifestri ale deformrii pereteluicelular, curgerii fluidului printre celule, i propagarea fisurii. n circumstanele adecvate,materialul pereilor celulari se poate comporta n fiecare dintre aceste rspunsuri mecanice,[Thiel, 1998].

Presupunnd c aciunea de tiere este continu, se poate dezvolta un model continuu alcondiiilor de tiere.

Tierea ortogonal presupune c tiul organului de tiere este aezat ntr-o poziieperpendicular pe direcia lucrului mecanic sau deplasrii instrumentului de tiat, forele careacioneazsunt coninute ntr-un singur plan, starea de tensiune putnd fi studiatn sistemul 2D.

Cercul de fore al lui Merchant este o metodde calculare a diferitelor fore implicate nprocesul de tiere. Aceasta va fi explicat n primul rnd cu ajutorul diagramelor de vectori,urmate la rndul de cteva formule.

Procedura de realizare a diagramei cercului de fore Merchant (utilizndtehnici/instrumente de redactare) este urmtoarea:1. Se configureazaxa x-y ce conine forele, i originea n centrul paginii. Scala trebuie s

fie suficientpentru a include ambele fore msurate. Fora de tiere (Fc) este desenatorizontal,i fora tangenial(F t) este poziionatvertical. (Toate aceste fore vor fi n cadranul inferior dinstnga). (Not: sunt eseniale hrtia milimetrici egalitatea scalei x i y).

2. Desenarea pe rezultanta R a forelor Fci Ft.3. Se localizeazcentrul R, i se deseneazun cerc care nconjoarvectorul R. Daceste

realizat corect, toi cei 3 vectori vor fi coninui n ntregime n acest cerc.4. Se deseneaz n instrumenetul de tiere n cadranul din dreapta sus, avnd grij s se

poziioneze corect unghiul de degajare (a) fade axa vertical.

5. Se extinde linia de la faa de tiere a cuitului (la acelai unghi de degajare) prin cerc.Acest fapt ne ofervectorul de frecare (F).

32


33/55


34/55

Fig. 4.14. Modelul geometric considerat al corpurilor analizatePentru obiecte sau ansambluri geometrice n spaiul 3D, generatorul de discretizare

partiioneaz subdomeniile cu ajutorul elementelor tetraedrice, hexaedrice sau sub form deprisma cror fee, muchii i noduri se numesc fee, muchii i noduri ale reelei de discretizare.Limitele sunt discretizate n elemente triunghiulare sau patrulatere. Laturile corpului geometricsunt mprite n elemente de margine. Deoarece n acest caz de simulare se studiaz unansamblu geometric 3D, de mari dimensiuni nu se poate utiliza o discretizare oarecare asubdomeniilor deoarece soluia nu va converge.

Tierea produselor vegetalelor este un proces cu deformaii mari care implicdeformaiiplastice severe ale materialului ntr-o zon restrns, i ncorporeaz multe fenomene

semnificative, cum ar fi, ruperea materialului, lipirea i frecarea cu alunecare sau localizareaeforturilor. Aceste condiii fac simularea acestui proces o sarcin dificil. Problema primelorlucrri din domeniu a fost de a gsi un algoritm adecvat pentru modelarea separrii materialuluila vrful cuitului. Majoritatea lucrrilor s-au bazat pe un punct de vedere Lagrangian n carereeaua de elemente finite este ataat i se mic mpreun cu materialul n spaiu. Pentru asimula despicarea, cuitul se mic n prob dealungul unei linii de desprire definite n

prealabil, iar nodurile reelei din faa uneltei de tiere sunt desprite n douatunci cnd criteriulde separare este ndeplinit. Cu alte cuvinte, complexitatea simulrilor cu metoda elemetului finit(FEM) va crete n mod semnificativ atunci cnd natura dinamic a procesului de tiere esteinclusn simulare. Fig. ...aratconfiguraia procesului de tiere simulat.

Fig. 4.15. Configuraia procesului de tiere simulat (Statistica reelei) [Ipate, 2012]

34


35/55

Se utilizeaz un algoritm eficient de calcul numeric pentru deformarea esuturilor moi(produse vegetale), cu aplicaii la simularea tierii n timp real. Algoritmul se bazeazpe metodaelementului finit folosind formularea Lagrangian, pentru cazul n care eforturile i deformaiilesunt msurate n raport cu configuraia original. S-a folosit o metod implicit, deoarecerspunsul la pasul de timp curent depinde nu doar informaiile anterioare, dar i de informaiilecurente; iteraiile sunt necesare ntr-un singur pas de timp. Algoritmul este capabil smanipuleze

neliniaritile materialului sau geometrice. Pentru analiza sistemului, forma generala ecuaieide echilibru dinamic este:

,FDKDCDM

(1)

unde: {D} este vectorul deplasrilor nodale; { } vectorul vitezelor nodurilor; { }

D

D

vectorul acceleraiilor nodurilor; {F} - vectorul forelor externe nodale; [M] - matricea maselor;[C] - matricea de amortizare; [K] - matricea de rigiditate.

Analiza de stabilitate a algoritmului sugereaz c, datorit rigiditii mult mai mici aesuturilor moi dect cea a materialului de tiere, este posibil ca din punct de vedere al ordinului

de mrime paii timpului de integrare s fie mai mare dect cel folosit de obicei n simulrileinginereti.Modulul Transient Structural rezolvecuaia de mai sus folosind urmtorul algoritm:

;])1([11 nnnn DDDD t

(2)

.])21(2[2

11

2

1 nnnnn DDDDD tt

(3)

Parametrii i sunt alei pentru a controla caracteristicile algoritmului, cum ar ficorectitudinea, stabilitatea numeric, etc. Exemplele numerice confirm acurateea i eficienaalgoritmului LED propus. Parametrii materialelor i de tiere sunt alei sreprezinte condiiile

procesului de tiere ct mai realist. Aceti parametri sunt selectai ntr-un mod care spermitcomparaia rezultatelor simularii teoretice cu rezultatele cercetrilor experimentale, i suntprezentai n tabelul 4.1.

Tabel.4.1.

Proprietile materialului vegetal (morcovului) analizat

Obiect Material Densitate[kg m

-3]

Modulul lui Young[MPa]

Coeficientul lui Poisson[ ]

Modulul volumetric[MPa]

Modulul de forfecare[MPa]

Morcov Morcov 1140 1.35 0.29 1.0714 0.52326

Cuit

SuportInox 7850 2.e+005 0.3 1.66e+005 76923

Cuitul este idealizat ca un corp relativ rigid, cu un modul de elasticitate foarte mare i ununghi de ascuire de 15, cu o curburde colce reprezintraza de curbura muchiei de tiere.n aceast simulare, a fost luat n considerare o raz de curburde 0,25 mm a muchiei

cuitului. Proba de morcov este un elipsoid trunchiat cu razmaximde 15,5 mm i o lungime de52 mm.

Aceastgeometrie a probei este aleaspentru putea fi simulattierea ntr-o configuraieortogonal. Instrumentul de tiere i proba sunt modelate ca obiecte deformabile, iar la interfaaacestora sunt introduse elemente de contact pentru a reprezenta limita de demarcaie dintre ele.

Aceste elemente previn penetrarea i transmiterea forelor ntre suprafeele celor doucorpuri. Pentru a reprezenta alunecarea sau lipirea fragmentelor pe feele organului de tiere esteaplicat un model al vitezei dependente de frecare.

Odatcu avansul cuitului n produsul prelucrat n cursul tierii, elementele din apropiereavrfului sunt strivite i puternic distorsionate, deoarece instrumentul ptrunde n ele. Acest lucru

35


36/55

creeaz probleme majore de convergen, i, n cazul n care nu este prevenit, soluia va fiabandonatprematur [Ipate, 2012].

n cadrul etapei de procesare se alege n primul rnd regimul utilizat n cadrul analizei,fiind aleaso analizn regim tranzitoriu. Pentru modele cu multe grade de libertate, ca i cazulacestei simulri, metodele directe de rezolvare a sistemului de ecuaii necesitn general foartemultmemorie.

n etapa de postprocesare realizeaz reprezentrile grafice ale mrimilor selectate pentrustocare n faza precedent, i listarea valorilor acestora.Prezentarea graficse face sub formde elemente de contur. Fiecare element de contur are

o anumit culoare i cuprinde regiunea modelului geometric n care mrimea urmrit, arevaloarea precizatn legenda cromatic, ataatreprezentrii grafice.

Figura 4.16. prezint conturul deformaiei echivalente elastice estimate; imaginea deansamblu (fig. 4,a) n planul de tiere XY (fig. 4,b). La unghiuri mai mari de forfecare, sunt

produse fragmente mai groase, n timp ce la unghiuri mai mici, fragmentele devin mai subiri.Variaia unghiului plan de forfecare n timpul tierii este discutat n lucrri anterioare. Wu

(1986) a formulat oscilaia unghiului plan de forfecare i a dezvoltat un model dinamic al foreide tiere innd cont de echilibrul de fore n zonele primare i secundare de deformare plastic.

a. b.

Fig. 4.16. Conturul estimat al deformaiei elastice echivalente: vedere de ansamblu (a); plan de

tiere XY (b)

Utilizarea metodei de simulare cu ajutorul elementului finit, a fost implementat cupachetul software disponibil comercial ANSYS 14. Simulrile s-au axat pe tierea morcovilor, nscopul de a obine un model cuprinztor, care poate estima n mod real efectele diverilor

parametri de tiere asupra stabilitii procesului. Rezultatele au fost comparate cu datelemsurate experimental.

Dac se comparmagnitudinile forei de tiere, msurate n experimente, se pot obsevaaceleai valori relative, ca i n cazul valorilor estimate prin simulare. Pentru plasticiti mici imoderate, efectul vtmrilor procesului de tiere este adesea neglijabil. Acest lucru poateconduce la concluzia c software-ul ANSYS 14, este capabil s estimeze valorile relative aleforei de tiere cu o precizie bun.

5. CERCETAREA EXPERIMENTALPRIVIND PROCESUL DEMRUNIRE A LEGUMELOR I FRUCTELOR

5.1 Obiectivele cercetrilor experimentale

Cercetarea experimental reprezint unul din modurile principale de abordare aproblemelor de investigare tiinific fundamental sau aplicativ. n general, n cercetareatiinific trebuie s existe o unitate indisolubil ntre studiile teoretice i cercetareaexperimental, prin aceasta soluionndu-se problemele tiinifice pe cile cele mai scurte i maipuin costisitoare. Studiile teoretice permit stabilirea interdependenei dintre diferii parametri ai

36


37/55

proceselor tehnice, a legilor care stau la baza fenomenelor, utiliznd aparatul matematic irealizrile din domeniul tiinelor fundamentale (fizica, chimia, biologia, etc).

Cercetrile experimentale urmresc, pe de o parte verificarea adevrului ipotezelor iteoriilor care au stat la baza studiilor referitoare la procesele cercetate, iar pe de altparte, permitinvestigarea unor fenomene pentru care nu se pot obine rezultate cu aplicabilitate practic pecale teoretic, datoritcomplexitii acestora sau necunoaterii n suficientmsura legilor care

determinevoluia fenomenului cercetat.Toate cercetrile experimentale presupun msurarea unor mrimi fizice, n regim static saudinamic, folosind aparaturi mijloace de msurare adecvate, prelucrarea datelor obinute i nfinal, stabilirea concluziilor pe baza crora se paote trece la valorificarea rezultatelor. [Drunek,2010].

Valoarea rezultatelor cercetrii experimentale depinde de conceperea unei metodici decercetare corecte, de alegerea celor mai potrivite mijloace de investigare i tehnici de msurare,de buna organizare a etapelor cercetrii i de culegerea datelor, precum i de modul de prelucrarei interpretare a acestora.

Obiectivul principalal cercetrii experimentale din aceastlucrare a constat n optimizareaprocesului de mrunire a legumelori fructelor.

n vederea atingerii obiectivului principal al acestor cercetri a fost necesarparcurgereasecveniali rezolvarea mai multor obiective complementare, precum:

ntocmirea unei metodici complete i raionale pentru cercetarea experimental, culuarea n considerare a caracteristicilor echipamentelor tehnice;

determinarea indicilor calitativi ai materiilor prime supuse cercetrilorexperimentale;

determinarea influenei vitezei de lucru asupra consumului de energie n timpulprocesului de mrunire a legumelor i fructelor, utilizndu-se valori diferite ale vitezei de

solicitare a produselor, i anume de 200 i 300 mm/min;

determinarea influenei umiditii asupra procesului de mrunire, urmrindu-se

consumul de energie n timpul acestui proces; determinarea influenei parametrilor constructivi i funcionali ai organului de tiereasupra consumului de energie, n timpul procesului de mrunire a legumelor i fructelor

(unghiul de ascuire, modul de ascuire i unghiul de tiere).

compararea valorilor consumurilor de energie (forelor de rezistenmaxime) obinutela tierea acelorai produse cu caracteristici fizice asemntoare utiliznd acelai tip de cuit.

5.2. Obiectul cercetrii experimentale

Cercetrile experimentale s-au desfurat n cadrul Universitii Transilvania din Braov,Facultatea de Alimentaie i Turism, n laboratorul de Operaii i Utilaje din IndustriaAlimentar. Obiectul principal al acestuia l-au constituit legumele rdcinoase - morcovi, n stare

proaspti deshidratat, rdcinde ptrunjel i pstrnac.

a. b. c.

Fig. 5.1. Produsele vegetaleutilizate n cadrul cercetrilor experimentale:

a) morcovi; b) ptrunjel rdcin; c) pstrnac.

37


38/55

5.3.Metodica cercetrii experimentale

n vederea atingerii obiectivului general al cercetrilor experimentale, precum i aobiectivelor conexe, specificate n subcapitolul 5.1, s-a conceput o metodica general decercetare, prezentatn figura 5.2.

Fig. 5.2. Metodica cercetrii experimentale

n cadrul metodicii cercetrilor experimentale sunt precizate: obiectul cercetriiexperimentale, materialele supuse testrii i parametrii de stare ai acestora, condiiile n care sedesfoarcercetrile experimentale i parametrii urmrii.

Pentru asigurarea unei caliti nalte a rezultatelor cercetrilor experimentale, ntregulcomplex al lucrrilor de ncercare s-a executat pe faza unui program de desfurare a cercetriiexperimentale, n care s-a stabilit planificarea i strategia desfurrii lucrrilor de cercetare.

n cadru programului de ncercri s-au selectat i evideniat factorii de influen asupraoperaiei de mrunire prin tiere, n vederea stabilirii interdependenei i a nivelului lor deaciune.

Conform programului de desfurare a lucrurilor de cercetare experimental, acestea s-audesfurat n mai multe secvene, pentru fiecare din acestea fiindu-i proprie un anumit nivel alfactorilor de influen urmrii umiditatea produsului prelucrat, parametrii constructivi ifuncionali ai organelor de lucru etc).

5. 4. Aciuni preliminare cercetrilor experimentale

Pentru reuita cercetrilor experimentale a fost necesar s se organizeze n amnunimefiecare aciune, s-a analizat legislaiei referitoare la restriciile privind desfurarea acestora, s-au

38


39/55

ales i echipamentele i aparatele de msuri control, i locaiile n care s-au efectuat cercetrileexperimentale n condiii dirijate, fra fi influenate de factori perturbatori.

Fig. 5.3. Schema de lucru privind aciunile preliminare cercetrilor experimentale [Ciobanu, 2011]

Aciunile preliminare cercetrilor experimentale desfurate n cadrul acestei lucrri dedoctorat s-au desfurat urmrind schema sinteticprezentatn figura 5.3.Controlul de conformitate cu standardele de calitate este unul din elementele de baz

indispensabile, care asiguro funcionare corecta organizrii comune de piaa sectorului delegume i fructe.

Conceptul de calitate pentru legume i fructe este o noiune complex, care poate fianalizatsub urmtoarele aspecte: agronomic, comercial, organoleptic, nutriional i sanitar. ncadrul standardelor de calitate a legumelor i fructelor proaspete, conceptul de calitate estedeterminat de aspectul comercial al produselor proaspete prezentate la vnzare, princaracteristicile vizuale (prospeime, calibru, form i culoare) i de condiionare (sortare,ambalare, etichetare i prezentare) ale acestora. Ca urmare, prevederile acestor standarde de

calitate, care se numesc i standarde de comercializare, asigur uniformitatea clasificriilegumelor i fructelor proaspete, n funcie de caracteristicile comerciale ale acestor produse,printr-un sistem unic de evaluare, fcnd abstracie de tehnologiile de cultur i zonele deproducie.

5.5. Aparatura utilizatla cercetarea experimental

n cadrul cercetrilor experimentale pentru msurarea parametrilor funcionali aiechipamentelor pentru mrunirea produselor vegetale, s-au utilizat urmtoarele echipamente:echipament de testare a materialelor Z 5.0 Zwick-Roell, balantermic, ubler electronic etc.

5.5.1. Echipamentul de testare a materialelor

n cadrul cercetrii experimentale, pentru solicitarea n condiii controlate a boabelor degru i porumb, s-a utilizat echipamentul universal de testare a materialelor Z 5.0 produs de

39


40/55

firma Zwick-Roell, Germania (fig. 5.4.), care a fost echipat cu cuite cu caracteristicigeometrice diferite, realizate n cadrul activitii de pregtire a tezei de doctorat.

Echipamentul este conectat la un calculator, comunicarea cu acesta realizndu-se prinsoftul "Test Expert", soft care asigurselectarea condiiilor de desfurare a experimentului istocarea n sistemul su de operare Windows a valorilor obinute n urma ncercrilorexperimentale,fapt cepermite analiza ulterioar a acestora. Toate datele nregistrate de softul

echipamentului se pot exporta n programul Microsoft Excel.Cu ajutorul acestui echipament s-au efectuat determinri privind rla tiere folosinddispozitivul de msurare cu celula tensometric(fig. 5.4).

Fig. 5.4.Echipamentul pentru testarea materialelor Zwick/Roell 5.0 kN.

Echipamentul este compus din cadrul 1 pe care este montat un mecanism de prindere a cu itului 3,un panou de control 2 i un suport 4 pentru aezarea produselor supuse determinrilor experimentale.

Pentru cercetrile experimentale efectuate n cadrul tezei de doctorat au fost special

realizate o serie de dispozitive de tiere, cu caracteristici constructive diferite, precum i undispozitivul de aezare a materialului supus prelucrrii (fig. 5.9), destinate ncercrilor.

Cuitele realizate cu scopul realizrii cercetrilor experimentale au urmtoarelecaracteristici: cu tiascuit unilateral, cu unghiurile de ascuire de 15, 30 i 45 (fig. 5.5); cutiascuit bilateral simetric, cu unghiurile de ascuire de 15, 30 i 45 (fig. 5.6); cuite cu tinclinat, cu unghiurile de 10, 15, 20 i 30, cu unghiul de ascuire de 30 (fig. 5.7).

Dispozitivul pentru tierea legumelor i fructelor este alctuit dintr-un suport ataat celuleitensometrice pe care se poziioneazcuitele utilizate n cadrul cercetrilor experimentale fixat

pe consola mobila echipamentuluiZwick/Roell . Cu ajutorul celulei de ncrcare se determintensiunea, deformaia produsului i energia consumatn timpul procesului de tiere.

Fig. 5.5. Cuite cu tibilateral cu unghiuri de ascuire de 15, 30 i 45

40


41/55

Fig. 5.6. Cuite cu tinclinat cu diferite unghiuri, ascuite unilateral, cu unghiul de ascuire de 30.

Fig. 5.7. Cuite cu tinclinat cu diferite unghiuri, cu ascuire bilateralcu unghiul de ascuire de 30.

Dispozitivul de poziionare a legumelor i fructelor nu permite rotirea acestora n timpuloperaiei de tiere, acest lucru fiind necesar pentru eliminarea erorilor de msurare a parametrilorurmrii.

Prisma a fost astfel proiectat nct s permit aezarea mai multor tipuri de legume i

fructe cu dimensiuni i forme variabile. n mijlocul prismei a fost prevzut un canal care asigurtrecerea cuitului de tiere astfel nct tierea produsului s fie complet. Dimensiunile acestuicanal permit utilizarea tuturor tipurilor de cuite proiectate pentru efectuarea cercetrilorexperimentale.

a. b.

Fig. 5.9. Caracteristicile dimensionale ale dispozitivului de fixare a legumelor i fructelor

n timpul testrii: a) reprezentare grafic; b)prezentarea dispozitivului

41


42/55

Pe monitorul calculatorului realizarea unei determinri poate fi definitprin douferestrei anume una prin impunerea unor parametrii, i cealaltprin definirea modului de vizualizare arezultatelor (grafice, tabele). Testul poate fi realizat numai dupce toi parametrii de testare aufost introdui corect n memoria calculatorului.

5.5.4. ubler electronic Erba

ublerul electronic este un instrument de msurare, construitt n tehnica digital, fiindalctuit dintr-o riglgradati un sistem electronic cu afiare numeric(fig. 5.13).

Fig. 5.13. ubler electronic

5.5.5. Etuvcu ventilaie foratPrecisa Air Concept 60 (fig. 5.14)Caracteristici:

Capacitate 58 litri Numr de rafturi (standard) 1 Gama de temperatur: ambient +5 .250 C Uniformitate maximla 105C +/- 1.2C Fluctuaie maximtemperatur+/- 0.2C Dimensiuni externe W x D x H : 522 x 540 x 640 mm Dimensiuni interne W x D x H : 400 x 370 x 390 mm Interior confecionat din oel inox 304

Exterior acoperit cu vopsele epoxidice

5.5.6. Termohigrometrul testo 608-H2 (fig. 5.15)

Termohigrometru cu alarmprezentat n figura 5.15, este un instrument pentru msurareaprofesionala umiditii, punctului de roui temperaturii din anumite incinte, precum: depozite(ex. hrtie, lemn, cereale, fructe, legume), sere, muzee, biblioteci, producie etc.

Fig. 5.14. Etuvcu ventilaie forat

Precisa Air Concept 60

Fig. 5.15. Termohigrometrul testo 608-H2

[www.testline.ro]

42


43/55

5.6. Desfurarea cercetrilor experimentale

Cercetrile experimentale privind rezistena la tiere au fost realizate cu ajutorulechipamentului pentru testarea materialelor Zwick/Roell 5.0 kN, la care s-au ataat pe rndcuitele de tiere cu diferite caracteristici geometrice i funcionale (fig. 5.14). n cadrulcercetrilor experimentale a fost analizatfora de rezistenla tierea transversala morcovilor

proaspei din soiul Nantes, morcovilor deshidratai parial, rdcinii de ptrunjel i de pstrnac.

Fig. 5.16.Schema de desfurare a cercetrilor experimentale n cazul morcovilorproaspei.

Avnd n vedere procesul complex de solicitare a produselor n procesul de tiere, pentru

evidenierea modului de solicitare, cercetrile experimentale au fost efectuate cu cele patru seturide cuite realizate n acest scop.Scoaterea n eviden a influenei vitezei de aplicare a solicitrii, pentru fiecare dintre

dimensiunile feliei de material tiate menionate mai sus, s-au folosit diferite viteze de lucru ianume de 200 mm/min i de 300 mm/min.

Pentru fiecare categorie de legum rdcinoas, tip de cuit, valori a vitezei de tiere, s-arealizat un numr de 10 determinri, pentru analiza i interpretarea datelor cercetrilorexperimentale utilizndu-se media celor 10 determinri.

Pentru toate legumele rdcinoase luate n studiu s-a folosit aceeai schem pentrudesfurarea cercetrilor experimentale.

5.7. Prelucrarea, analizai interpretarea rezultatelor cercet

rii experimentale

5.7.1. Interpretarea rezultatelor cercetrilor experimentale efectuate asupra procesului detiere a morcovilor proaspei

5.7.1.1. Interpretarea rezultatelor cercetrilor experimentale cu privire la influena vitezei de

tiere

n cazul morcovilor proaspei, pentru viteza de tiere de 200 mm/min, graficele realizate cuajutorul datelor obinute experimental, evideniaz faptul c utiliznd cuitele cu ti drept, seobin fore de tiere mai mici pentru cuitele cu ticu ascuire unilateral, spre deosebire de celecu ticu ascuire bilateral, n special pentru cuitul cu unghiul de ascuire de 45 pentru care seobine fora cea mai mare (52.62 N).

Fora cea mai mica fost obinutpentru cuitul cu ticu ascuire unilateralcu unghiulde ascuire de 15, avnd valoarea de 23.48 N.

43


44/55

Rezultatele obinute n urma determinrilor experimentale pentru tierea morcovilorproaspei, utiliznd viteza de 300 mm/min, aratfaptul cn cazul cuitelor cu tidrept, au fostnregistrate fore mai mari pentru cuitele cu ti cu ascuire bilateral (cam cu 10 uniti maimari dect cele obinute pentru cuitele cu ticu ascuire unilateral). De asemenea, i n cazulcuitelor cu tinclinat, valori mai mari ale forei de tiere au fost obinute pentru cuitele cu ticu ascuire bilateral.

Graficul din figura 5.16 evideniazfaptul cviteza are o influenasupra procesului detiere, astfel nct odat cu creterea vitezei de tiere, scade fora necesar tierii produsului,avnd o variaie invers proporional.

n cazul cuitelor cu tiunilateral acestcretere a vitezei de lucru nseamndiminuareaforei de tiere cu 42,61% (pentru cuitele cu unghiul de ascuire de 15).

24,48

34,98

45,76

14,05

21,54

32,66

0

10

20

30

40

50

Foramediede

rezisten[

N]

v=200 mm/min v=300 mm/min

Graficul forelor de rezistenobinute la tierea morcovilor

proaspei utiliznd cuite cu tidrept cu ascuire unilateral

Unghi de ascuire de 15



Fig. 5.16. Graficul forelor de rezistenobinute la tierea morcovilor proaspei utiliznd cuite cu ti

drept cu ascuire unilateral, la viteze de 200 mm/min i 300 mm/min

Pentru cuitele cu tibilateral, creterea vitezei de lucru de la 200 mm/min la 300 mm/minreprezinto diminuare a forei de tiere de aproximativ 18,68% (pentru cuitele cu unghiul deascuire de 15).

24,53

35,36

52,69

19,95

31,85

43,92

0

10

20

30

40

50

60

Foramediede

rezisten[

N]

v=200 mm/min v=300 mm/min

Graficul forelor de rezistenobinute la tierea morcovilor

proaspei utiliznd cuite cu tidrept cu ascuire bilateral




Fig. 5.17. Graficul forelor de rezistenobinute la tierea morcovilor proaspei utiliznd cuite cu ti

drept cu ascuire bilateral, la viteze de 200 mm/mini 300 mm/min

44


45/55


46/55

Graficul forelor de rezistenla tierea morcovilor proaspei

utiliznd cuite cu tidrept cu ascuire bilateral

0

10

20

30

4050

60

70

15 30 45

Unghi de ascuire [grade]

Foramediede

tiere

[N]

Dimensiune felie 2,5 - 3 mm



Fig. 5.21. Graficul forelor de tiere pentru cuite cu tidrept cu ascuire bilateraln cazul tierii

morcovilor proaspei, viteza de tiere fiind 200 mm/min, pentru diferite dimensiuni ale feliei.

Aceste grafice (fig. 5.20 i fig. 5.21) arat faptul c fora de tiere variaz n funcie deunghiului de ascuire al tiului cuitului, i anume, crete o dat cu creterea acestuia. Deasemenea, variazi n funcie de grosimea feliei tiate, crescnd o dat cu creterea grosimiifeliei tiate, lucru ce era de ateptat, prezentnd interes procentajul de cretere a forei de tiere,funcie de aceti parametrii.

5.7.2. Interpretarea rezultatelor cercetrilor experimentale efectuate asupra procesului detiere a materialelor vegetale cu privire la influena unghiului de ascuire a cuitelor

Graficul forelor de rezistenobinute la tierea produselor vegetale

utiliznd cuite cu tidrept cu ascuire unilateral

0

20

40

60

80

100

120

15 30 45

Unghi de ascuire [grade]

Foramediedetiere

[N]

Morcov propaspt, v=200 mm/min

Morcov proaspt, v=300 mm/min

Morcovi deshidratai

Ptrunjel rdcin

Pstrnac

Fig. 5.24. Graficul forelor de rezistenobinute la tierea produselor vegetale utiliznd cuite cu ti

drept cu ascuire unilateral

Analiznd graficele din figurile 5.24 i 5.25 se constat faptul c la tierea produselorvegetale utiliznd cuitele cu tidrept, cele mai reduse valori ale forei de tiere au fost obinuten cazul morcovilor proaspei, viteza de tiere fiind de 300 mm/min utiliznd cuitul cu unghiulde ascuire de 15. Valori asemntoare au fost obinute i n cazul morcovilor deshidratai,valori mai ridicate au fost obinute pentru rdcina de ptrunjel, iar cele mai crescute valori aleforei de tiere fiind obinute la tierea pstrnacului, utiliznd un cuit cu unghi de ascuire de

45, att n cazul utilizrii cuitelor cu ascuire unilateral, ct i a celor cu ascuire bilateral.

46


47/55


48/55

Analiznd graficele din figurile 5.26 i 5.27 se constat faptul c la tierea produselorvegetale utiliznd cuitele cu ti nclinat, cele mai reduse valori ale forei de tiere au fostobinute n cazul morcovilor proaspei, viteza de tiere fiind de 300 mm/min utiliznd cuitul cuunghiul de tiere de 30. Valori asemntoare au fost obinute i n cazul morcovilor proaspei,viteza de tiere fiind de 200 mm/min, valori mai ridicate au fost obinute pentru morcoviideshidratai i pentru rdcina de ptrunjel, iar cele mai crescute valori ale forei de tiere fiind

obinute la tierea pstrnacului, utiliznd un cuit cu unghi de ascuire de 10, att n cazulutilizrii cuitelor cu ascuire unilateral, ct i a celor cu ascuire bilateral.

6. CONCLUZII FINALE. CONTRIBUII ORIGINALE. DISEMINAREAREZULTATELOR. DIRECTII VIITOARE DE CERCETARE

6.1. Concluzii generalePe ntreg mapamondul se cultivi se consumproduse vegetale, suprafeele ocupate fiind

diferite n funcie de relief, clim, sol i nivelul de dezvoltare economic, existnd zonegeografice cu o preocupare permanentpentru a asigura un consum ridicat de legume.

Fructele i legumele proaspt tiate reprezint un segment convenabil cu o rapiddezvoltare. Proprietile texturale sunt parametrii cheie n produsele proaspt tiate, iarschimbrile atributelor texturale sunt adesea factorul ce limiteaz valabilit

Maruntirea legumelor si a fructelor

Documents

Transcript of Maruntirea legumelor si a fructelor