Procese i utilaje pentru panificaie 43

4.4.1.3. Frmnttoare cu ax vertical La aceste frmnttoare organul de frmntare este format dintr-un cadru (bare sau brae) de diferite forme care se rotete n interiorul cuvei, n jurul unui ax vertical. Zona de frmntare format prin rotirea cadrului mobil nu ocup ntregul volum al cuvei i, de aceea, pentru ca ntreaga mas de aluat s treac prin zona de frmntare s-au adoptat dou soluii: fie cuv rotitoare, fie element mobil cu micare de revoluie (planetar). Este ntlnit i soluia cu bra de frmntare mobil i cuv care se rotete prin efectul de interaciune cu braul (fig.4.10).

Fig.4.10.Frmnttor cu bra conductor i cuv condus (Tkacev) 1.cuv; 2.bra de frmntare; 3.crucior; 4.urub conductor acionare bra; 5.opritor.

Datorit vscozitii (consistenei) aluatului i distanei d (dintre cuv i braul de frmntare), cuvei i se transmite n timpul frmntrii un moment de rotaie care face cuva s se roteasc singur, cu viteza unghiular 2, diferit de viteza unghiular a braului 1, care variaz n limite destul de largi. Pentru detaarea cuvei, braul de frmntare 2 se poate ridica, prin sistem urub-piuli. Dac neglijm distana d ca fiind relativ mic n raport cu raza braului R1, respectiv cu raza cuvei R2, atunci viteza periferic a cuvei este egal cu viteza periferic a braului de frmntare, adic:

2211 RRv p == (4.13) de unde rezult viteza unghiular a cuvei 2:

12

12 R

R= (4.14) Frmnttoarele planetare (fig.4.11) sunt mai complicate din punct de vedere

constructiv i necesit sisteme de ridicare i coborre a cuvelor, astfel nct braele de frmntare s poat fi scoase sau introduse n masa de aluat. Aceste frmnttoare sunt mai fragile, au mas mare i un cost ridicat.

Utilaje pentru frmntarea aluatului 44

Fig.4.11. Scheme de principiu pentru frmnttoare planetare 1.cuv fix; 2.brae de frmntare; 3.carcasa angrenajelor; 4.melc-roat melcat;

5.pinion cu micare planetar; 6,6.coroan dinat fix; 5

Fig.4.12.Frmnttor Tehnofrig 1.cuv; 2.crucior; 3.sistem de blocare; 4.bra de frmntare; 5.colivie;

6.bra fix; 7.carcasa transmisiei; 8.mecanism ridicare bra. Din categoria frmnttoarelor cu ax vertical face parte i frmnttorul

Tehnofrig (fig.4.12) cu bra fix i cuv mobil (rotitoare). Braul de frmntare este alctuit din dou elemente: un rotor cu bare curbe i o lamel fix care mbrac cuva prin interior. Lamela fix urmrete profilul cuvei, formnd n timpul rotirii acesteia o zon de frmntare cilindric. Rotorul cu bare curbe, aflat n interiorul cuvei, se rotete liber pe axul su datorit interaciunii cu aluatul din cuv i antreneaz n micare aluatul din zona sa de aciune, astfel c ntreaga mas de aluat este supus procesului de frmntare. Datorit vitezelor periferice diferite (R1 i R2) care apar n timpul rotirii cuvei, ia natere un moment rezultant ce va

Procese i utilaje pentru panificaie 45 nvrti rotorul cu bare, formnd un vrtej ce deplaseaz aluatul din centru ctre periferie i invers, toat masa de aluat din cuv trecnd prin zona de frmntare.

Ambele organe de frmntare (lamela fix i rotorul cu bare) se pot ridica din cuv prin rotirea manual a unei roi melcate acionat de la volanul 8. Pentru modificarea zonei de frmntare nainte de legarea aluatului, braul de frmntare trebuie mereu ridicat i cobort.

Fig.4.13.Frmnttor de aluat cu bra furc vertical 1.cuv; 2.bra de frmntare; 3.crucior; 4.carcasa angrenajelor; 5.mecanism ridacre bra.

Fig.4.14. Frmnttor de aluat cu bra spiral mobil i cuv rotitoare

1.cuv; 2.crucior; 3.bra de frmntare spiral; 4.roi antrenare cuv; 5.aprtoare. Din categoria frmnttoarelor cu axe verticale fac parte i frmnttoarele cu bra furc vertical (fig.4.13) i cu bra spiral (fig.4.14), ambele avnd att braele ct i cuvele rotitoare. Totodat, braele de frmntare pot fi retrase, dup

Utilaje pentru frmntarea aluatului 46 frmntare, deasupra cuvei astfel nct cruciorul cu cuv s poat fi detaat de la mecanismul de acionare.

4.4.1.4.Frmnttoare cu micare spaial Aceste frmnttoare sunt, n general, frmnttoare care imit micrile fcute de om la frmntarea manual a aluatului. Au o construcie mai complicat

i nu dau cele mai bune rezultate, cu toate c ele se mai ntlnesc i astzi n expoziiile cu astfel de utilaje. Frmnttoarele cu micare spaial pot fi: cu dou brae verticale, cu bra berbec (cu btaie), cu pivot cardanic, cu palet cu micare eliptic, etc. Frmnttorul cu dou brae (Artofex fig.4.15) are n componen dou brae de frmntare formate din dou segmente de bar 1 i 2 prinse ntre ele rigid sub unghiul . Segmentele 2 i 3 au lungime constant fiind delimitate de articulaia C care se mic n plan vertical pe axa de simetrie i de articulaia B, respectiv D, care au micare circular. Segmentele 5 i 6 au lungime variabil, putndu-se regla cu ajutorul unor uruburi de reglaj, la diferite nlimi n cuva cu aluat i se termin la captul din cuv cu furci de frmntare de forme diverse. Articulaiile B i D se rotesc n sensuri contrare cu aceeai turaie. Cele dou brae formeaz n cuv dou zone de frmntare, ceea ce impune o micare de rotaie a cuvei pentru ca tot aluatul s treac prin aceste zone.

Fig.4.15. Mecanismul braelor la frmnttorul cu dou brae (a) i zonele de frmntare date

de punctele sale caracteristice (b)

5 6

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4X [m]

Y [m]

YF(XF)

YG(XG)

YF1(XF1)

YG4(XG4)

Procese i utilaje pentru panificaie 47

La sfritul procesului de frmntare, segmentele de bar 5 i 6 se ridic deasupra cuvei (prin intermediul unor manoane de fixare), iar cuva i cruciorul acesteia pot fi detaate i ndreptate spre urmtoarea operaie tehnologic. Frmnttorul cu bra berbec imit sistemul de frmntare manual cu btaie.

Sistemul mecanic al mecanismului frmnttor cu bra berbec (fig.4.16) este constituit dintr-un mecanism patrulater articulat care are o micare n planul longitudinal al cuvei. Elementul de execuie al mecanismului este biela 2, a crei form constructiv este cerut de necesitatea conducerii unui punct trasor T de pe biel,

Fig.4.16.Frmnttor cu btaie pe o curb dat n interiorul 1.cuv; 2.bra de frmntare; 3.roat motoare; 4.balansier cuvei, fr a lovi marginea de

sus a acesteia. Curba pe care trebuie s se mite punctul T este dictat de necesitile procesului tehnologic de frmntare. Astfel, la partea de jos biela trebuie s se deplaseze pe o direcie orizontal paralel cu suprafaa inferioar a cuvei, ct mai aproape de aceasta, pentru a desprinde aluatul de pe fundul cuvei i a-l antrena n procesul de omogenizare. La partea central a cuvei, biela trebuie s se deplaseze pe o direcie vertical descendent, supunnd aluatul din cuv la tensiuni de compresiune i forfecare, iar retragerea bielei din aluat, pe lng partea exterioar a cuvei, trebuie s se fac pe o curb care s permit o legtur continu ntre zona orizontal i cea vertical a curbei de biel. n aceast zon aluatul este supus la solicitri complexe de ntindere, torsiune i forfecare. Ca i la cellalt frmnttor, nu tot aluatul din cuv este supus deodat procesului de frmntare, ci se creaz n interiorul acesteia o zon prin care aluatul este trecut datorit micrii de rotaie a cuvei. 4.4.2.Frmnttoare cu funcionare continu Dintre frmnttoarele cu funcionare continu cele mai cunoscute sunt frmnttoarele cu spire i benzi elicoidale, tip Nudelman sau Iverson, precum i frmnttoarele cu palete, Rabinovici. Toate aceste frmnttoare reproduc concomitent toate fazele operaiei de frmntare: amestecarea componentelor, formarea aluatului i tensionarea lui.

Utilaje pentru frmntarea aluatului 48 Materialele (fin, ap, drojdie, etc.) se introduc n mod continuu prin racordul de alimentare, cu un debit constant i n proporii bine stabilite, pe la captul opus alimentrii ieind aluatul. Frmnttorul Nudelman este prezentat schematic n figura 4.17. La acest frmnttor, n zona I de lucru se afl spira elicoidal 2 care amestec i deplaseaz axial materialele, n zona II se execut hidratarea i formarea aluatului datorit barelor (benzilor) 3, iar n zona III acioneaz discurile cilindrice 4, montate excentric, care preseaz aluatul pe pereii cuvei producnd deformri. Aceast ultim zon este prevzut cu manta de rcire, datorit nclzirii aluatului prin frecarea i presarea pe cuv. Frmnttorul este dotat cu dou cuve intersectate n care se rotesc n sens contrar doi arbori paraleli.

Fig.4.17. Frmnttorul de aluat Nudelman Momentul de reaciune din carcasa motorului se preia printr-un resort 7 i un amortizor 8 care sunt legate la un capt de prghia 6 rigidizat cu statorul motorului. n timpul funcionrii carcasa motorului se rotete cu un unghi , tensionnd resortul. Momentul reactiv din carcas este egal cu:

cosPlM r = (4.15) iar momentul activ se compune din momentul la mersul n gol Mo i din momentul necesar la frmntare Mf. Rezult:

of MPlM = cos (4.16) Prin etalonare, pe scala 9 se poate citi direct consistena aluatului. Frmnttorul planetar Iverson (fig.4.18) prezint avantajul c permite desfacerea aluatului blocat pe arborele frmnttorului, dar este scump datorit construciei sale mai complicate. n interiorul cuvei orizontale 1, se rotesc o spiral planetar 7 i dou bare excentrice 4 i 5. Bara 5 este introdus n interiorul braului spiral pentru a desprinde aluatul aderent la el. Cuva cilindric este limitat la cele dou capete de

Procese i utilaje pentru panificaie 49 dou discuri 2 care se rotesc n jurul axei orizontale x-x, cu aceeai vitez unghiular fiind antrenate de la un arbore comun 3. Discurile sunt unite ntre ele prin bara de frmntare cu rol 4 i bara n consol 5 a crei poziie fa de discuri se regleaz prin uruburile 6. Spirala elicoidal primete micare de rotaie prin intermediul roilor dinate fixe 8 i 9 i a roilor dinate 10 i 11 de pe arborele tubular de capt. n procesul de lucru toate elementele mobile se rotesc n jurul axei x-x, acionnd asupra aluatului care este reinut de suprafaa interioar a cuvei. Datorit sistemului de angrenare, spirala se rotete i n jurul axei x-x formnd o zon de frmntare planetar cilindric, n interiorul creia se afl elementul fix 5. Prin rotirea spiralei i a barei 5, aluatul se deplaseaz axial i nu se blocheaz n interiorul ei. 9 10

Fig.4.18. Frmnttorul planetar Iverson Frmnttoarele continui cu palete (Rabinovici) fig.4.19 sunt cele mai rspndite frmnttoare continui, care au la baz un principiu simplu dar care necesit anumite proporii ntre suprafeele fixe i cele mobile, poziii i distane corespunztoare ntre acestea, precum i un anumit echilibru ntre micrile radiale i axiale astfel nct s se elimine blocarea aluatului pe arborele purttor de palete. n general, un astfel de frmnttor se compune dintr-o cuv semicilindric fix n care se rotete un arbore cu palete radiale nclinate fa de generatoare cu un unghi . La varianta din figura 4.19a, cuva este mprit n trei zone. n prima i a doua zon se amestec componentele i se formeaz aluatul din materialele introduse n mod continuu. Aluatul format trece peste peretele P n compartimentul urmtor unde aciunea mecanic se continu i este evacuat printr-o deschidere. Rolul peretelui este de a reine din rotaie aluatul prins de arborele rotorului. La varianta din figura 4.19b, n interiorul cuvei exist dou rotoare cu palete intersectate, iar la varianta din figura 4.19c, pe peretele interior al cuvei sunt prinse

Utilaje pentru frmntarea aluatului 50 nite lamele fixe care mresc reinerea aluatului, acionnd asupra deplasrii axiale a acestuia, n funcie de orientarea lamelei (de unghiul acesteia cu direcia axial).

Fig.4.19. Frmnttoare continui cu palete (Rabinovici) 4.5. Calculul puterii de acionare la frmnttoarele continui cu palete La frmnttoarele continui formarea aluatului are loc pe msura avansrii de-a lungul cuvei, trecnd succesiv prin toate fazele: amestecare, formare, tensionare. n cuv au loc concomitent toate fazele frmntrii. De aceea, calculul puterii se face pe zone: zona I amestecarea, zona II formarea aluatului, zona III tensionarea aluatului, puterea necesar fiind o mrime variabil pe zone.

IIIIII PPPP ++= (4.17) n prima zon (I) puterea necesar PI este mai mic, deoarece paletele se mic n fin sau n lichid.

Fig.4.20. Schem de calcul la frmnttoarele cu palete Asupra paletei de suprafa S, cufundat n material de densitate (densitate aparent), la adncimea hm, cu un unghi de frecare intern o, acioneaz rezultanta forelor:

+=22

. 2 om tggShN (4.18)

Rezultanta R a tuturor forelor ce acioneaz pe palet, inclusiv fora de frecare Ff, ndeplinete relaia:

fFNR += (4.19)

Procese i utilaje pentru panificaie 51 Astfel, vom avea dou componente ale lui R care acioneaz pe palet, una axial i alta radial:

+==

sincos

cossin

fr

fax

FNR

FNR (4.20)

n care, la limit, Ff=N. Rezult: [ ][ ]

+

+=

+=

sincos24

...

cossin24

...

2

2

omr

omax

tghgSR

tghgSR (4.21)

La viteza de rotaie a arborelui cu palete, punctul de aplicaie al forelor ce acioneaz asupra materialului i viteza axial i radial ale acestuia, variaz n funcie de lungimea paletei l, de nivelul de umplere a cuvei b i de unghiul de poziie . Vitezele materialului antrenat de palet depind, ns, de vitezele proprii paletei (punctului de pe palet care coincide cu punctul de aplicaie al forelor), conform schemei din figura 4.20. n aceast figur vn este viteza normal a materialului, n cazul lipsei micrii relative ntre material i spir (viteza normal a spirei), vp este viteza de rotaie a spirei, iar vo este viteza de avans a spirei pe direcie axial. Aadar:

60.npvrv op == (4.22)

n cazul antrenrii materialului de ctre o palet, pentru b>0 i l=a, rezult:

)sin(coscos

2

2;cos

2

=

=+=lv

lvblh

ax

pm (4.23)

pentru b = 0 i l = a, avem:

)sin(coscos

32

32;cos

32

=

==

lv

lvlh

ax

pm (4.24)

pentru b < 0 i l a, vom avea:

)sin(coscos

3

3;cos

3

=

=

=alv

alvbalh

ax

pm (4.25)

In zona I aceste mrimi (hm, vr, vax) se determina dup cea de-a treia varianta, introducndu-se n formula general pentru calculul puterii:

Utilaje pentru frmntarea aluatului 52

( += z rraxaxI vRvRP1

) (4.26) n care z este numrul de palete cufundate n aluat la un moment dat. n zona a II-a, formarea aluatului este nsoit de creterea vscozitii i apariia parial a elasticitii, caracterizndu-se printr-o deplasare relativ a paletei n aluat. Asupra paletei acioneaz acum forele: greutatea aluatului de pe palet; fora de frecare a aluatului cu paleta; fora de frecare intern; fora de adeziune a aluatului la palet. Lund n considerare i fora de adeziune, atunci:

+++=2

.22

.. 2 oom tgCtgghSN (4.27)

( ) cossin24

.224

..cos2

2

++

+

+= ooax tgCtggblSR (4.28)

( ) sincos24

.224

..cos2

2 +

++

+

+= oor tgCtggblSR (4.29) unde C este fora specific de adeziune a aluatului la palet (N/cm2). n aceast zon nivelul aluatului se afl deasupra axei rotorului cu palete, iar mrimile hm, vr, vax se calculeaz pentru cazul b > 0. In zona a III-a a cuvei frmnttorului, n care are loc tensionarea aluatului, se consum energie pentru ridicarea acestuia Ph, desprinderea lui de pe perei Pd i ruperea (forfecarea) aluatului Pf:

fdhIII PPPP ++= (4.30) ceea ce este echivalent cu relaia: ( ) max.rSCSGkkP rrpcgsIII ++= (4.31) n care: ks=0,5-0,7 este un coeficient de simultaneitate a aciunii paletelor asupra aluatului; kg0,7 coeficientul centrului de greutate al aluatului n lungul razei paletei; G - greutatea aluatului din zona a treia a cuvei; rmax raza maxim a paletei; viteza unghiular a paletei; Spc suprafaa peretelui de pe care este desprins aluatul; Sr suprafaa de rupere a aluatului; r tensiunea de rupere a aluatului. n general, rezultatele obinute prin calcul la frmnttoarele continui cu turaie redus (30-60 rot/min) sunt cu circa 10% mai mari dect valorile practice, deci ele sunt acoperitoare.

Pentru alte tipuri de frmnttoare, puterea consumat n proces se poate calcula estimativ cu urmtoare relaie:

][102

KWRAl=Pfr

(4.32)

n care: Al reprezint masa aluatului din cuv, n kg; R raza circumferinei descris de centrul de greutate al masei de aluat antrenat de braul frmnttorului (R(0,70,8)R1); R1 raza celei mai mari circumferine descrise de punctul extrem

Procese i utilaje pentru panificaie 53 al braului de frmntare, n m; viteza unghiular a braului de frmntare (s-1); randamentul mecanic de acionare.

La frmnttoarele cu axe nclinate masa aluatului care se ia n calcul este circa 1/3 din masa total a aluatului din cuv.