ifcia-introducere

8/7/2019 IFCIA-introducere

1/8

IFCIA - CURS 1 + 2

INSTALAII DE CLIMATIZARE N INDUSTRIA ALIMENTAR

1. UTILIZAREA AERULUI CONDIIONAT N INDUSTRIA ALIMENTAR

Aerul condiionat se folosete n industria alimentar n scopul depozitrii

materiilor prime i a produselor finite, precum i la realizarea unor procese

tehnologice ce necesit condiii de temperatur i umiditate diferite de cele ale

mediului ambiant.

Un mare utilizator de aer condiionat este industria crnii. Astfel, tranarea crnii

se face n ncperi special amenajate condiionate la t=8-10C; =40-50%; i viteza

aerului sub 0,3m/s. Umiditatea relativ mic impus microclimatului evit depunerea

condensului pe suprafaa rece a carcaselor de carne.

Tot n industria crnii, n procesul tehnologic de fabricare a salamurilor crude

intervine operaia de maturare cu mai multe etape, care necesit un microclimat

specific pentru fiecare dintre fazele procesului.

n industria laptelui, aerul condiionat se folosete la colectarea si pasteurizarea

laptelui, fabricarea brnzeturilor fermentate, depozitarea cacavalului cu impunerea

unor condiii specifice de microclimat, n funcie de caracteristicile i tehnologia de

obinere a produsului.

n industria berii, aerul condiionat este folosit la germinarea orzului (t=10-15C;

=70-90%, cu un raport ntre aerul proaspt i cel recirculat de -1/3 cu variaii in

conformitate cu tehnologia de germinare), la fermentarea primar (t=4-6C) i

secundar a berii (t=2-4C). Toate operaiile de filtrare i depozitare a berii au loc la

temperaturi sczute (t=6-8C).

n industria de panificaie, aerul condiionat este necesar la fermentarea maielei

i a aluatului (t=30-32C, =75-80%, folosind doar aer proaspt fr recirculare, aerul

uzat cu coninut ridicat de CO2 rezultat din fermentare se evacueaz), la condiionareaaerului din depozitul de fin, n silozul i secia de cernere: t =18C; =60%, din

depozitele de pine (produs finit) n vederea creterii duratei de prospeime: t =18-

20C; =65-70%.

Aerul condiionat este folosit pe scar larg la pstrarea cerealelor la temperaturi

sczute n celulele de siloz i n diferite alte scopuri tehnologice n industria

morritului, rezult c el este utilizat n aproape toate subramurile industriei

alimentare.

1


2/8

Aer

Produs alimentar

Spatii de lucru,echipamente,materiale

Personal

O alt categorie de zone din lanul alimentar n care este necesar condiionarea

aerului este cel al magazinelor alimentare si al slilor de vnzare, precum i a

vitrinelor pentru prezentarea si comercializarea produselor

n ultimul timp, se folosesc pe scar tot mai larg spaiile de depozitare aseptice

pentru produsele alimentare perisabile, spaii cu un microclimat industrial i o

microflor controlate. Acestea sunt organizate n vederea evitrii contaminrii

biologice i a creterii gradului de igien a acestora.

Un rol deosebit n biocontaminarea produselor alimentare l are aerul ce vine n

contact direct cu acestea. Din schema din figura 1 rezult c biocontaminarea

produselor alimentare rezult n urma unui ansamblu de factori dintre care aerul are

un rol foarte important.

Figura 1. Factorii care favorizeaz biocontaminarea produselor alimentarePentru diminuarea efectului poluant al aerului i pentru meninerea parametrilor

calitativi ai produselor, condiionarea aerului trebuie atent supravegheat impunndu-

se o filtrare n prealabil a aerului (prefiltrare, filtrare fin i ultrafiltrare).

Definiie i terminologie

Climatizarea desemneaz un ansamblu de tratamente ale aerului ce au ca scop

obinerea unui microclimat definit prin temperatur i umiditate. Realizarea

microclimatului necesit echipamente care s acioneze asupra principalilor parametri

de stare ai aerului umed (temperatur, umiditate, vitez, debit coninut de impuriti).Spre deosebire de climatizare, condiionarea aerului are ca obiectiv realizarea

microclimatului industrial i vizeaz elaborarea unui produs i admite tolerane mai

mici de temperatur i umiditate.

2. AERUL UMED

Aerul este utilizat ca agent de lucru n numeroase sisteme termodinamice prin

care se realizeaz procese de transfer de cldur, nsoite de regul de schimb de

mas (respectiv umiditate).

n procesele de ventilare i condiionare, la climatizarea incintelor cu atmosfer

controlat, la refrigerarea i congelarea produselor alimentare se folosete aerul umed

2


3/8

ca agent termodinamic. Fenomenele care nsoesc aceste procese sunt influenate att

cantitativ ct i calitativ de proprietile fizice, chimice, termodinamice ale aerului

utilizat.

2.1. Proprieti fizice ale aerului umed

Compoziia aerului atmosferic

Aerul atmosferic, curat i uscat conine azot i oxigen ca gaze componente

principale n amestec cu alte gaze (Ar, CO2, Ne, He, Kr, H, Xe, ozon) n proporii

neglijabile.

n atmosfer, aerul uscat este ntotdeauna amestecat cu vapori de ap, fapt

pentru care este numit aer umed. Coninutul de vapori de ap n amestec poate fi mai

mare sau mai mic, definind astfel o anumit stare de aerului umed.

Mrimile de stare ale aerului umed

Starea aerului umed este definit de urmtoarele mrimi fizice: temperatur,

presiune, umiditate, densitate, cldur specific i coninut de cldur.

Temperatura. n tehnica condiionrii aerului se definesc trei noiuni de

temperatur: temperatura termometrului uscat (t), temperatura termometrului umed,

temperatura punctului de rou.

a) Temperatura termometrului uscateste o msur a cldurii sensibile a aeruluiumed. Ea caracterizeaz doar starea sau intensitatea cldurii i nu mrimea total a

cldurii aerului. Se msoar cu un termometru obinuit, cu rezervor uscat i ecranat

mpotriva radiaiei.

b) Temperatura termometrului umed (tu) este definit ca fiind cea mai sczut

temperatur a unui film superficial de ap care se vaporizeaz liber n aer

(temperatura de saturaie adiabatic a aerului umed). Pentru a vaporiza la orice

temperatur trebuie asigurat cldura latent; aerul n contact cu apa poate asigura

aceast cldur i ca urmare coninutul caloric al aerului se micoreaz, iartemperatura scade. Temperatura termometrului umed msoar coninutul total al

cldurii coninute n aer. Se msoar cu un termometru obinuit cu rezervorul nfurat

ntr-o pnz de tifon mbibat cu ap.

Pentru vaporizarea aerului din stratul superficial se consum cldura latent de

vaporizare, care este preluat de la aer, cldura sensibil a acestuia se micoreaz i

temperatura scade pn la o valoare minim, corespunztoare strii de saturare

adiabatic a aerului umed din stratul limitrof. n felul acesta, termometrul umed va

indica o temperatur tu < t. Temperatura termometrului umed este o mrime de stare

care poate caracteriza gradul de umidificare a aerului.

3


4/8

c) Temperatura punctului de rou (tr) este temperatura termometrului uscat la

care aerul atmosferic devine saturat n vapori de ap, iar vaporii condenseaz sub

forma picturilor de ap sau de rou.

Se obine printr-un proces de rcire izobar a aerului umed pentru care

presiunea parial a vaporilor de ap devine egal cu presiunea lor de saturaie i

corespunde momentului n care vaporii de aer, devenind n exces, ncep s

condenseze.

Umiditatea relativ a punctului de rou este totdeauna =100% iar aerul saturat

la temperatura t i pv = ps va avea tu = tr = t.

Presiunea. Considernd aerul atmosferic ca un amestec gazos format din aer

uscat i vapori de ap, se deosebesc:

a) presiunea aerului umed, corespunztoare presiunii atmosferice (barometrice),

respectiv presiunea total a amestecului i depinde de condiiile meteorologice i

momentul n care este determinat. Convenional, s-a admis presiunea normal fizic

1 atm = 760mmHg (torr) = 1,013 bar, exercitat la nivelul mrii creia i corespunde

altitudinea zero.

b) presiunea parial a vaporilor de ap (pv) reprezint presiunea pe care ar

exercita-o vaporii de ap din amestec dac ar ocupa singuri, la aceeai temperatur,

volumul ntregului amestec; are valori cu att mai mari cu ct coninutul de vapori namestec este mai mare.

Pentru o temperatur dat i o presiune total (barometric) cunoscut

corespunde un coninut maxim de vapori de ap n amestec. Aerul corespunztor

acestei stri se numete aer umed saturat; acestuia i corespunde o valoare maxim a

presiunii pariale a vaporilor de ap, numit presiune de saturaie a vaporilor (ps) care

este independent de presiunea barometric i variaz cu temperatura 8este cu att

mai mare cu ct temperatura este mai ridicat).

Relaia dintre presiunea parial a vaporilor de ap i presiunea de saturaie estedat de formula:

pv = ps

c) presiunea parial a aerului uscat (ps) reprezint presiunea pe care ar

exercita-o aerul uscat din amestec dac ar ocupa singur, la aceeai temperatu,

volumul ntregului amestec.

n conformitate cu legea lui Dalton, pentru aerul umed i componentele sale, la o

temperatur T a amestecului, se pot scrie urmtoarele relaii:

- pentru presiunea total: va ppp +=

(1)

4


5/8

- pentru presiunile pariale:

TRp

TRp

aaa

vvv

=

=

(2)

unde: v i a reprezint densitile vaporilor de ap i ai aerului uscat, n kg/m 3,corespunztoare presiunilor pariale i temperaturii T;

Rv constanta gazelor pentru vaporii de ap, Rv= 461,5 J/(kgK);

Ra constanta gazelor pentru aerul uscat, Ra= 287 J/(kgK);

innd cont cV

m= , rezult din relaiile 2:

TRV

mp

TRV

mp

a

a

a

a

v

v

vv

=

=(3)

Umiditatea aerului umed

Aerul umed se poate prezenta ]n raport cu cantitatea de vapori de ap[ pe care o

conine la aceeai temperatur i presiune barometric, ca aer umed saturat,

nesaturat sau suprasaturat.

Cantitatea de ap, sub form de vapori, n amestec cu un kilogram de aer uscat

este denumit coninut de umiditate, se noteaz cuxi este definit prin relaia:

=

uscataerkg

apadevaporikg

m

mx

a

v

(4)

Coninutul de umiditate,xexprim proporia dintre cantitatea de vapori de ap

(mv) i cantitatea de aer uscat (ma).

La o presiune barometric dat, p i la o anumit temperatur, T, coninutul de

vapori de ap la un kilogram de aer uscat nu poate depi o anumit limit, x s,

corespunztoare strii de saturaie a aerului umed pentru care presiunea parial a

vaporilor de ap devine egal cu presiunea lor de saturaie la aceeai temperatur.Dac n aceleai condiii, aerul umed are un coninut de umiditate x > x s, el este

suprasaturat i surplusul de vapori (x xs) trece, prin condensare, n stare lichid, se

formeaz ceaa (amestec de aer umed cu aer saturat cu picturi fine de ap fin

dispersate).

Aplicnd legile gazelor perfecte amestecului de aer uscat vapori de ap, se pot

scrie relaiile:

va mmm += (5)

5


6/8

va VVV += (6)

Unde: m, ma, mv masa aerului umed, a aerului uscat i a vaporilor de ap, kg;

V, Va, Vv volumele ocupate de aerul umed, aerul uscat i vaporii de ap

la presiunea barometric, m3.Din relaiile 3, se exprim masele celor dou componente ale aerului umed:

v

v

v

vvv

a

a

a

aaa

R

p

T

V

TR

pVm

R

p

T

V

TR

pVm

=

=

=

=

(7)

Coninutul de vapori, x, este definit ca raportul dintre masa vaporilor de ap i

masa de aer uscat, de unde rezult:

a

v

a

v

a

v

v

a

a

a

v

v

a

v

p

p

M

M

p

p

R

R

pV

TR

TR

pV

m

mx ==

== (8)

Considernd masele moleculare pentru aer uscat Ma = 28,97 kg/kmol i pentru

vaporii de ap, Mv = 18,016 kg/kmol i exprimnd presiunile pariale cu relaia 1,

rezult:

==

uscataerkg

apadevaporikg

pp

p

p

px

v

v

a

v622,0

97,28

016,18(9)

Pentru aerul umed saturat, pv = ps i =1, se obine:

=

uscataerkg

apadevaporikg

pp

px

s

s622,0 (10)

Se definete umiditatea relativ a aerului umed, ca raportul dintre cantitatea

de vapori de ap efectiv coninut de un metru cub de aer i cantitatea maxim de

vapori de ap pe care o poate conine, la aceeai presiune barometric i aceeai

temperatur:

s

v

sv

v

sv

v

sv

v

p

p

m

m

V

mVm

====

(11)

Rezult din relaia 11 c umiditatea relativ reprezint n acelai timp raportul

dintre presiunea parial a vaporilor de ap i presiunea de saturaie. Se exprim n

valori absolute sau procente, iar pentru aerul umed saturat =1 sau =100%.

Volumul specific i densitatea

6


7/8

Se consider un amestec format dintr-un kilogram de aer uscat ixkilograme de

vapori de ap la presiunea barometric p i temperatura T. Masa aerului umed va fi n

acest caz , m = 1 +x, kg aer umed / kg aer uscat.

Conform ecuaiei de stare a gazelor perfecte, volumul ocupat de un kilogram de

aer uscat estep

TRV

aa

= , iar cel ocupat de cele x kilograme de vapori de ap:

p

TRxV

vx

= , iar volumul corespunztor celor (1+x) kilograme aer umed va fi

( )

+=+=+=+

a

v

avavax

R

Rx

p

TRRxR

p

T

p

TRx

p

TRV 11 (12)

nlocuind valorile constantelor n relaia 12 rezult:

( )

+=+

uscataerkg

mxp

TV x3

1 61,11287 (13)

Volumul specific al aerului uscat rezult:

( )

++

=+

=+

uscataerkg

m

p

T

x

x

x

Vv

x3

1

1

61,11287

1(14)

Cldura specific a aerului umed

Majoritatea proceselor n care intervine aerul umed se consider izobare (la

presiuni constante). n aceste condiii se va lua n calcul cldura specific medie la

presiune constant cpm pentru domeniul respectiv de variaie a temperaturii. n

intervalul 0-tC, cldurile specifice medii ale componentelor aerului umed se pot

calcula cu formulele:

- pentru vapori:

+

+=

Kkg

kJttcpv

2

10000373,0

1000094,08584,1 (15)

- pentru aerul uscat:( ) 28 301035,1005,1 ++= tcpa (16)

Pentru calculele curente, se folosesc valorile aproximative:

cpa = 1,006 kJ/(kgK) = 0,24 kcal/(kgC), ntre 0 i 50C;

cpv = 1,863 kJ/(kgK) = 0,445 kcal/(kgC), ntre 0 i 50C.

Cldura specific a aerului umed, considernd un amestec de (1+x) kg, va fi:

+

+=

Kumedaerkg

kJ

x

cxcc

pvpap

1

1

(17)

Entalpia aerului umed

7


8/8

Coninutul de cldur al aerului umed se exprim prin entalpia h, exprimat n

kJ/kg aer uscat, respectiv n kJ/(1+x) kg aer umed.

Entalpia componentelor aerului umed se exprim astfel:

- pentru aerul uscat:

=

uscataerkg

kJ

tchpaa

(18)

- pentru vaporii de ap:

+=

apadevaporikg

kJtclh pvvv (19)

Pentru aerul umed care conine (1+x) kg, entalpia specific va fi:

( )

+

++=

+

+=

umedaerkg

kJ

x

tclxtc

x

hxhh

pvvpava

11

1(20)

8

ifcia-introducere

Documents