U.S.A.M.V. Bucuresti dr.doc. Andrei Gherghi Prelucrarea si industrializarea produselor horticole Bucuresti, 1999

SISTEME I INSTALAII DE USCAREPrincipiile fizice de baz privind procedeul de conservare prin deshidratare sunt: Evaporarea (transformarea apei n vapori); Sublimarea (transformarea apei n cristale);Efectul de ndeprtare al apei, se obine prin transmisie de cldur de la ageni de uscare naturali sau artificiali n instalaii de deshidratare cu regim de funcionare continuu sau discontinuu.Transmisia cldurii se poate realiza prin unul din urmtoarele procedee: Convecie, de la agentul termic (aer cald, gaze de ardere, gaze naturale, vapori supranclzii) la suprafaa produsului; Conducie, de la suprafee metalice nclzite (plci, benzi, cilindri) la presiune atmosferic normal sau redus; Radiaie, de la suprafaa nconjurtoare sau cu ajutorul radiaiilor infraroii, n funcie de lungimea de und la care materialul prelucrat prezint maximum de absorbie (0,5 10,0 ); la presiune atmosferic sau vid. Cureni de nalt frecven (20 150 MHz), de la surse care nclzesc produsul prin pierderi dielectrice; Convecie i conducie sau convecie i radiaie, ca porcedee combinate de transmisie a cldurii; Unde sonore, care produc o succesiune de zone de presiune i depresiune fcnd astfel s creasc considerabil att diferena ntre presiunea parial a vaporilor de ap de la suprafaa produsului i aerul nconjurtor ct i turbulena aerului la suprafaa corpului; Microunde (unde electromagnetice), produse de aparate emitoare numite magnetroane, avnd randamente de conversie a energiei de cca. 40 %. Energia este absorbit n zonele profunde, acolo unde se afl apa rezidual care nu a putut migra la suprafaa produsului astfel c nu este nclzit tot stratul de produs. Se utilizeaz n general n instalaii combinate cu alte sisteme de deshidratare la obinerea produselor instant, n instalaii de liofilizare etc. pe frecvena de 915 MHz sau 2450 MHz (pentru a se evita interferena cu radiocomunicaiile).Alegerea procedeului de deshidratare se face n funcie de caracterisiticile fizice ale produsului: form, mrime, stare de agregare (solid, lichid, aerosol), chimice (sensibilitate la cldur i oxidare n aer), de diversitatea formelor de prezentare ale produsului finit i de cantitatea de materie prim destinat deshidratrii.Exist n acest sens mai multe sisteme de deshidratare: uscarea (natural cu ajutorul energiei solare), deshidratarea la presiune atmosferic (tehnologia clasic), criodesicarea (deshidratare prin sublimare), deshidratare n strat de spum, deshidratarea asociat cu expandarea, deshidratarea prin pulverizare, deshidratarea azeotropic, deshidratarea n multiple faze.Costul acestor sisteme de deshidratare difer n funcie de natura agentului termic, grad de automatizare etc. dac se iau pentru uscare (natural) un cost de 1 unitate monetar / kg ap (1 um/kg), deshidratarea la presiunea atmosferic n curent de aer cald cost 3 um/kg, sub vid cost 8 um/kg, criodesicarea 10 12 um/kg.

Cele mai reprezentative instalaii de deshidratare

Cuptorul cu aer cald, cel mai vechi tip de usctor, cunoscut sub numele de cuptor bosniac (fig.61) folosit n principal pentru prune, mere, rdcinoase i ceap.Figura 61. Usctor tip cuptor bosniac

Sunt alctuite din una sau mai multe camere care au la partea superioar rafturi glisante cu perforaii sau stinghii, iar la partea inferioar canale de fum prin care circul gazele de ardere de la unul sau mai multe focare independente.

Deshidratoare de tip tunel (fig.62) sunt utilizate pe scar industrial la deshidratarea industrial a legumelor i fructelor. Lungimea lor variaz ntre 10,5 15 m, limea i nimea ntre 1,8 2,10 m. Produsele horticole sunt ncrcate pe grtare de lemn aezate pe crucioare care se mic n contracurent cu aerul cald care circul printre grtare, absoarbe umiditatea i este eliminat la ieirea din tunel ncrcat cu vapori de ap. Tunelul este prevzut cu termostat uscat i umed pentru controlul temperaturii aerului la intrare i la ieire.

Figura 62. Seciune longitudinal printr-un tunel de deshidratarenclzirea produselor se face cu aer cald sau cu amestec de aer cu gazele de arse rezultate de la un injector cu combustibil lichid sau arztor de gaze situate ntr-un tunel superior. Scurgerea aerului cald prin tunel se face n regim turbulent, asigurat prin amplasarea unui utilizator care aspir i refuleaz aerul pri plci dirijoare care permit i recircularea aerului uzat. Instalaia poate fi modificat i prin utilizarea aburului ca agent de uscare.Aerul cald trebuie s intre n tunel la 65 72 oC i o umiditate relativ de cca. 25 % i prsete tunelul de uscare la 38 40 oC cu o umiditate relativ de 70 80 % pentru a evita condensarea. Reglarea temperaturii se face cu ajutorul arztorului n mod automat, iar a umiditii relative se face prin introducerea de aer proaspt i reglarea just a cantitii de aer de recirculaie.

Deshidratorul de tipul tunel central (fig.63) este format din dou tunele, din care unul funcioneaz cu cureni paralel, iar cellalt cu cureni contrarii.Figura 63. Seciune longitudinal prin tunel cu micarea aerului contrar (a) i paralel (b)Deshidratorul de tip cabinet sau tunel compartimentat (fig.64) n care circulaia aerului cald se face de sus n jos, de jos n sus i echicurent.Figura 64. Seciune prin deshidrator de tip cabinet

Instalaii de deshidratare de tip tunel cu band sunt cu funcionare continu i sunt destinate n special legumelor: frunzoase, ceap, cartofi, morcovi, spanac, etc.n fig.65, 66, 67 sunt prezentate tipurile Binder, Butner i SL 2000 care difer n principal prin dimensiunile de gabarit.n principiu, produsul pregtit pentru deshidratare este preluat de un elevator, ridicat i distribuit pe o band prevzut cu valuri de egalizare, cuie sau perii care regleaz grosimea stratului de produs. Un sistem de benzi poart produsul n usctorul de tip tunel ce funcioneaz cu aer cald nclzit indirect prin baterii de abur sau cu combustibil lichid, pn la gura de evacuare.

Deshidratorul turn are ca i component principal un turn nalt de 80 90 m n care materia prim cade de sus n jos, iar aerul cald circul n contracurent de jos n sus. Este utilizat pentru obinerea de produse finite granulate, cum ar fi cele din cartofi.

Deshidratoarele rotative sunt destinate uscrii produselor granulate, a pulpelor, marcurilor etc. Au ca i component principal un cilindru n care se introduce produsul care urmeaz a fi deshidratat.n funcie de caracteristicile produsului transmisia cldurii se face fie prin convecie cu aer cald introdus direct n cilindru, fie prin conducie prin intermediul unor evi prin care circul abur.

Deshidratoarele sub vid utilizeaz domeniul vidului grosier, adic la presiuni de 25 100 mbar i la temperaturi mai mici de 45 oC.Scznd presiunea exterioar, apa se evapor la temperaturi sczute, iar pe de alt parte se produce o accelerare a transferului de vapori din produs datorit creterii gradientului de presiune dintre mediul ambiant i interiorul produsului.

Deshidratoarele n pat fluidizat, au ca principiu de funcionare suspendarea particulelor de produs supus uscrii ntr-un curent de aer cald vertical, astfel nct ntregul sistem produs - aer cald prezint aspectul fizic al unui lichid.Sunt utilizate la deshidratarea unor specii de legume de dimensiuni mici (mazre boabe, cartofi, morcovi plcue), granulate sau pulverulente etc care sunt introduse ntr-un curent ascendent de aer printr-o plnie. Dup deshidratare, produsul este evacuat ca un fluid dintr-un recipient, fie printr-un preaplin, fie prin intermediul unui ciclon n care are loc separarea aerului cald de produs

Deshidratorul pneumatic deplaseaz produsul pe o distan relativ mare (peste 10 m), ntr-o conduct, avnd diametrul adecvat produsului (legume cuburi, pulbere de amidon etc.), n care exist un curent de aer cu temperatura de peste 100 oC. n felul acesta la captul conductei, produsul ajunge deshidratat i este evacuat ntr-un ciclon montat la captul conductei.

Deshidratoare cu tambur (valuri) utilizeaz materia prim sub form de past pentru producerea fulgilor de cartofi, fasole, morcovi precum i a pulberilor de tomate, ciuperci, fructe, etc. Pentru aceasta pasta este repartizat uniform pe suprafaa unuia sau a doi cilindri nclzii n interior, astfel nct transferul de cldur are loc prin conducie termic. Materialul este preluat de pe suprafaa valurilor prin rzuire cu ajutorul unei lame aflat n contact cu valul, tangent n punctul de desprindere al peliculei la val.Grosimea peliculei de material este de 0,1 1 mm, iar turaia valului de 2 8 rot/min. nclzirea valurilor se face n general cu abur de 3 4 atm., consumul de cldur fiind redus, de cca 700 Kcal/kg ap evaporat, iar cantitatea de ap este de cca 30 kg/m2/h.Pentru a accelera i mbunti procesul de uscare peste pelicula de produs se debiteaz n timpul uscrii un curent de aer rece, care are rolul de a asigura rigidizarea ei. Pelicula uscat, avnd o umiditate de 2 3 % este dirijat ntr-un recipient dezumificator i mcintor.Coninutul maxim admisibil de umiditate din aerul care este folosit la suflare n vecintatea cuitelor nu trebuie s depeasc 20 % la temperatura de 20 oC. Lucreaz la presiune atmosferic sau sub vid.

Deshidratoarele radiant convective utilizeaz n general radiaii n infrarou electric de tip ceramic (fig. 68) i au viteze mari de uscare.Figura 68. Instalaie de uscare cu radiaii infraroii

Materialul supus deshidratrii n astfel de instalaii trebuie divizat mrunt, deoarece adncimea de penetrare a radiaiilor infraroii este de 4 -7 mm.n perioada de nclzire, sub aciunea radiaiilor infraroii umiditatea se evapor substanial din straturile superficiale, urmnd ca n perioada de oprire a radiaiilor s se produc omogenizarea umiditii. Utilizarea de radiaie intermitent la sfritul procesului de deshidratare evit supranclzirea i formarea crustelor.Vaporii de ap din produs sunt preluai de curentul de aer cald.

Deshidratoare atomizatoare utilizeaz materii prime fluide (sucuri de legume i fructe), care prin intermediul unor duze de diferite diametre este pulverizat de sus n jos ntr-un curent de aer cald care circul forat de jos n sus.Instalaiile de criodesicare sunt utilizate pe scar larg la deshidratarea sucucrilor de fructe i legume a produselor horticole proaspete. n principiu, uscarea unui produs n aceste instalaii se face prin plasarea lui n stare congelat pe plcile nclzitoare 1 unde se produce sublimarea gheii (transformarea de ap n vapori); vaporii de ap sublimai sunt dirijai ctre condensatorul 2 care-i capteaz transformndu-i n ghea. Instalaia este prevzut cu o pomp de vid 3 i o maina frigorific 4 (fig.69). Transferul vaporilor din camera de uscare la condensator, este proporional cu diferena de presiune dintre cele dou pri ale instalaiei i cu aparatul de cldur transferat produsului.Figura 69. Schema de principiu a unei instalaii de criodesicaren locul plcilor nclzitoare, procedeul de transmisie a cldurii prin conductivitate a fost mbuntit prin: utilizarea de dou plci nclzitoare cptuite cu un sistem de grile (procedeul AFD). De asemenea exist instalaii care utilizeaz nclzirea dielectric care ns poate provoca ionizarea produselor, ceea ce are ca efect modificarea gustului. Pentru mpiedicarea acestor modificri se asigur controlul cu ajutorul celulelor fotoelectrice i meninerea intensitii cmpului electric la un nivel sczut, cu folosirea concomitent a unei frecvene ct mai ridicate (1000 megacicli).nclzirea prin microunde la criodesicarea morcovului, cepei, ciupercilor, sucului de portocale poate s reduc durata procesului cu 23 46 % fa de nclzirea prin conducie.Instalaiile de criodesicare sunt prevzute i cu utilaje pentru evacuarea vaporilor de ap, care reprezint cca 30 40 % din totalul investiiei. Se folosesc n acest sens dou sisteme cu pomp mecanic i cu ejector cu vapori.Primul sistem utilizeaz pompe de vid rotative care reduc presiunea n camera de liofilizare pn la 10-3 mm Hg i care au un condensator de evacuare a vaporilor de ap.n condensator se poate realiza o temperatur de - 40oC prin utilizarea de maini frigorifice cu freon 22.Ejectoarele cu trei trepte, funcioneaz cu abur, fiecare treapt intrnd succesiv n funciune n legtura cu fluxul de vapori rezultai i care sunt trecui la un condensator ca mai sus.