Separator Centrifugal Lapte

Cuprins1. Descrierea operatiei pe care o efectuiaza aparatul ............................ pag.2. Principiul de lucru...............................................................................pag. 3. Bilantul de materiale.Bilantul de energie............................................pag.4. Calculul perametrilor de exploatare....................................................pag.5. Calculul organologic...........................................................................pag.7. Bibliografie..........................................................................................pag. 1. Descrierea operatiei pe care o efectuiaza aparatulSepararea amestecurilor eterogene sub influena forei centrifuge a devenit una din metodele cele mai rspndite. n prezent n aproape toate subramurile industriei alimentare se utilizeaz pentru separare efectul forei centrifuge. Utilajele utilizate pentru separarea sub efectul forei centrifuge poart denumirea generic de centrifuge i sunt caracterizate prin elemente mecanice, aflate n stare de rotaie, la turaie mare. In unele cazuri centrifugele primesc denumiri speciale, determinate in special de operatia realizata: separator, clarificator, concentrator, etc. Centrifugele sunt construite in principal dintr-un tambur care se roteste cu o turatie mare in jurul unui ax vertical sau orizontal. n 1864, Antonin Prandl a inventat prima centrifugare a produselor lactate n scopul de a separa smntna de lapte, iar n 1879, Gustaf de Laval a prezentat prima centrifug continu..

Separatoarele cu talere tronconiceAcest tip de separator este cel mai vechi i cu cele mai variate utilizri, avnd elemente adaptate situaiei specifice. Separarea urmareste divizarea amestecului in doua faze cu densitati apropiate. Prototipul separatorului centrifugal este celpentru separarea n sistem eterogen lichid lichid la separarea smntnii din lapte fr de care industria laptelui de consum nu poate fi conceput..Pentru smantanirea laptelui se folosesc diferite tipuri de separatoare, incepand cu tipurile de capacitati reduse - manual, pana la separatoarele mecanice de mare capacitate.

Separatoarele manuale - au debite reduse (pana la 750 l/h ) si se folosesc in special la fermele unde se smanatanesc cantitati mici de lapte. Separatoarele mecanice - au debite cuprinse intre 1000 si 10000 l/h, fiind actionate numai mecanic.

Dupa felul in care are loc intrarea laptelui in separator si iesirea smantanii si laptelui smantanit, separatoarele se impart in:

Separatoare deschise - la care intrarea laptelui, iesirea smantanii si laptelui smantanit se fac deschis (in contact cu atmosfera);

Separatoare semiermetice - la care alimentarea cu lapte se face deschis si evacuarea smantanii si a laptelui smantanit se face prin conducte inchise, sub efectul presiunii;

Separatoare ermetice - la care intrarea laptelui se face inchis, sub presiunea create de o pompa; evacuarea smantanii si a laptelui smantanit se realizeaza, de asemenea, prin conducte inchise, sub presiune.n categoria separatoarelor ermetice se ntlnesc dou tipuri de utilaje. Unele la care alimentarea se realizeaz pe la partea superioar, de exemplu tipul separatoarelor Titan, altele cu alimentarea pe lapartea inferioar.La separatoarele ermetice cu alimentare pe la partea superioar singura modificare deprincipiu, este cea a nlocuirii rezervorului de alimentare i conductei respective cu o conduct prin care se realizeaz alimentarea n sistem nchis, sub presiune. Aceasta nu aduce nici o modificare constructiv de principiu tobei de la separatorul semiermetic.Separatoarele ermetice cu alimentare pe la partea inferioar a tobei, din cauza acestui sistem de alimentare apar deosebiri constructive i la partea inferioar i la partea superioar, difereniindu-se att de separatoarele deschise ct i de cele semiermetice. Alimentarea se realizeaz prin intermediul arborelui de antrenare care este un arbore tubular. El se deosebete de arborele celorlalte separatoarepentru c are la partea superioar un dispozitiv cu orificii care permite pulverizarea lichidului de alimentare n interiorul tobei centrifugei, iar la partea inferioar apare dispozitivul de alimentare i reglarea debitului. n interiorul tobei talerul de alimentare este modificat la partea inferioar fiind nchis, i lapartea superioar modificarea fiind necesar pentru a permite lichidului cu densitate mai mic s se ridice pe acelai ax vertical cu sistemul de antrenare i s se evacueze sub presiunea imprimat de fora centrifug. Evacuarea lichidului cu densitate mai mare se realizeaz printr-un stator care este mpins sub presiune n conducta de evacuare. Separarea n interiorul tamburului, att la separatoarele semiermetice ct si la cele ermetice, la separarea lichid lichid se realizeaz n acelai principiu ca la separatoarele deschise.In gospodarii si la ferme, cele mai des intilnite sunt separatoarele deschise cu o capacitate sub 800 l/h; aceste separatoare sunt manuale, unele putind fi actionate si mecanic, cu ajutoarul unui motor electric. 2. Principiul de lucruPentru separarea amestecurilor eterogene lichid-lichid (emulsii) se folosesc centrifugele cu toba cilindrica si talere conice cu orificii. Separarea urmareste divizarea amestecului in doua faze cu densitati apropiate. In toba separatorului se gasesc trei tipuri de talere: un taler central de alimentare (3), talere curente (4) si un taler superior (5) cu rolul de a impedica amestecarea fazelor separate.Talerul central de alimentare si talerele curente au un numar de orificii (3-6) in functie de marimea talerului. Pozitia orificiilor se allege astfel ca faza care se cere mai purificata sa parcurga un drum mare pritre talere.

Faza lichida cu densitate mai mica (este dirijata spre talerul central, se ridica pe linga acesta si este evacuta prin racordul (6).

Faza lichida cu o densitate mai mare , subinfluenta fortei centrifuge, este dirijata spre carcasa, are o miscare ascendenta pe generatoarea talerului superior (5) si este evacuta prin record (7) Daca in amestecul eterogen au fost particule solide, acestea se vor depune pe peretele interior al tobei.

Intr-un canal format de suprafata a doua talere vecine, sub actiunea fortei centrifuge, faza lichida cu densitate mai mare (faza grea FG) se separa catre partea inferioara a talerului de sus, circulind spre pereferia tobei, Punctul asigurand cele mai reduse conditii pentru realizarea sedimentarii.

Lichidul cu densitatea mai mica (faza usoara FU) se separa catre partea superioara a talerului de jos, deplasindu-se catre partea central a rotorului, punctual asigurind conditii minime pentru sedimentarea aceasta. Ambele faze sunt colectate separate prin sisteme de evacuare adecvate.

Lungimea si ale canalelor formate intre cele doua talere vecine trebuie sa asigure timpul corespunzator de stationare a suspensiei in rotorul tobei, astfel incit sa se obtina sedimentarea particulelor de diminsiuni minime impuse.

Principalele pri componente ale unui separator: 1 plnie de alimentare; 2 tob; 3 talere; 4 colector de lapte smntnit;

5 colector de smntn; 6 conduc evacuare smntn; 7 conduct evacuare lapte smntnit; 8 robinet reglare; 9 ax antrenare tob; 10 motor electric;11 dispozitiv imobilizare tob; 12 dispozitiv frnare tob; 13 capac protecie;

14 baterie.

Separatorul cu actionare mixata - tip deschis se compune din:- Postamentul separatorului, care serveste drept suport pentru mecanismul de actionare si toba.

- Mencanismul pentru actionarea tobei;

- Toba in care se face separarea grasimii;

- Palniile pentru evacuarea smanatanii si a laptelui smantananit montate la partea superioara a tobei. Palniile se aseaza deasupra tobei, colectand separate laptele smantanit si smantana.Deasupra tobei se gaseste plutitorul, asigurand alimentarea uniforma cu lapte, care curge dintr-un bazin de alimentare, printr-un robinet asezat deasupra plutitorului.

Antrenarea tobei se face prin intermediul manivelei, rotii dintate si axului-pinion. Acest mecanism este prevazut cu un dispozitiv de semnalizare, fixat pe manivela. Toba constituie partea principala a separatorului, fiind compusa din urmatoarele parti:

- Corpul tobei prevazut cu un tub central prin care se introduce laptele;

- Distribuitorul de lapte format dintr-un tub, care imbraca tubul central si prin ale carui orificii interioare laptele ajunge la talere; - Talerele sau farfuriile, al caror numar difera in functie de tipul separatorului; sunt confectionate din tabla de otel inoxidabil, avand forma unui trunchi de con. Pe talere se gasesc nituri, care creeaza o anumita distanta intre ele, precum si orificiile prin care circula laptele de jos in sus, fiind corespunzatoare canalelor distribuitorului de lapte. Marginea interioara a talerelor prezinta mai multe crestaturi prin care una de forma deosebita folosita ca ghid pentru introducerea talerelor pe distribuitor intr-o singura pozitie; celelalte crestaturi servesc ca sa lase loc liber pentru trecerea smantanii pe langa distribuitor, spre iesire. Ultimul taler se deosebeste de celelalte, deoarece nu are gauri, avand nervuri pe partea exterioara si terminandu-se cu un gat; Pachetul cu talere se monteaz n tob, care se inchide cu un capac.- Capacul tobei care are forma conica, fixandu-se pe corpul tobei. Intre capac si corpul tobei se monteaza o garnitura de cauciuc. Capacul tobei se strange cu ajutorul unei piulite, cu o cheie speciala.

Pe capacul tobei sau pe gatul ultimului taler este fixat un surub, care serveste pentru reglarea continutului de grasime din smantanaLa seperatoarele ermetice sau semiermetice, toba se inchide cu capac strns puternic cu uruburi. n timpul ct separatorul este deschis pentru curare, capacul st rabatat n jurul bolului. Axul pe care se fixeaz toba este gol la tipurile de separatoare ermetice, in care alimentarea se realizeaz sub presiunea dat de o pomp. Pentru creterea presiunii necesare nvingerii rezistenei n talere pe axul de antrenare se monteaz un rotor, care primete laptele din conducta de alimentare. Acest rotor refuleaz laptele n axul gol i de aici, pe talerul suport, ajunge n zona de separare de sub talere. De asemenea pe partea superioar a axului se monteaz doua rotoare ce evacueaz sub presiune meninnd n conduct laptele degresat.Partea inferioar a carcasei gzduiete mecanismul de transmitere a micrii format din melcul ce face corp comul cu axul i roata melcat. n aceast parte a carcasei se afl si baia de ulei pentru ungerea tuturor pieselor n micare. Motorul este montat n consol pe carcas, n intregul ansamblu se sprijin pe supori .Modelele de separare difer ntre ele, iar deosebirile apar eseniale pentru construcia talerelor si a tobei. Toba poate avea forme diferite, dup cum talerele care se monteaz n pachet n interiorul ei sunt diferite construcii.

Inainte de punerea in functiune a separatorului, se toarna in bazinul separatorului 2-3 l apa curate, incalzita la temperatura de 40-45 C, dandu-se drumul treptat la robinetul bazinului, pentru ca apa sa treaca in toba. Este indicat ca pe bazinul separatorului sa se fixeze un tifon, pentru strecurarea laptelui, inlaturandu-se eventualele impuritati. Se incepe apoi imediat rotirea manivelei, din ce in ce mai repede. La inceput, clopotelul fixat pe manivela va suna la fiecare invartitura, iar in momentul in care manivela ajunge la circa 60 invartituri pe minut, clopotelul numai suna, deci s-a atins turatia normala.

Se toarna laptele incalzit la 3540 C si se deschide robinetul. Laptele trece in vasul cu plutitor, de aici in distribuitorul tobei, pe care sunt asezate talerele, apoi se imparte in mod egal intre talere, repartizandu-se in straturi subtiri.

Sub actiunea fortei centrifuge, care ia nastere prin invartirea tobei, partile mai grele din lapte sunt aruncate la marginea tobei (laptele smantanit), iar partile mai usoare (globulele de grasime), care antreneaza cu ele si o parte din celelalte component ale laptelui, se strang spre centrul tobei, formand smantana. Acestea se ridica pe langa distribuitor, ajunge pe langa ultimul taler, care nu mai este gaurit, si iese afara prin orificiul pentru smantana al tobei, in palnia colectoare.laptele smantanit, care este proiectat spre marginea din afara a talerelor, se ridica deasupra ultimului taler negaurit si iese prin orificiul pentru lapte smantanit in a doua palnie colectoare.

Reglarea continutului de grasime al smantanii se face numai cand toba este scoasa afara, cu ajutorul surubului fixat in partea superioara a tobei.

La terminarea lucrului, se opreste alimentarea cu lapte si se introduce apa, pentru a se elimina resturile de smantana si lapte care pot ramane in toba si in piesele prin care trec.

Smantana si laptele smantanit, care rezulta de la separare, sunt colectate in bidoane de aluminiu curate.

In timpul smantanirii, o data cu laptele smantanit, sunt aruncate spre peretii tobei si impurtatile continute in lapte, care se aduna sub forma unui strat denumit namol de separator. Deoarece acest namol impiedica functionarea normal a separatorului, dupa circa doua ore de smantanire, separatorul trebuie oprit pentru curatare. Cantitatea de namol de separator este cu atat mai mare, cu cat laptele contine mai multe impuritati si are un grad de aciditate mai ridicat.Spalarea manuala. Dupa terminarea lucrului se trece apa calda la 35-45C prin toba separatorului pentru antrenarea resturilor de lapte sau de smntna. Se opreste separatorul si se demonteaza partile componente care au venit n contact cu laptele. Se clatesc apoi piesele cu apa la temperatura de 25-30C dupa care se nmoaie n solutie alcalina 1% la 40-50C si se spala prin frecare cu perii de plastic, acordndu-se o atentie deosebita orificiilor talerelor. n continuare, se clatesc piesele cu apa calda la 40-45C pentru ndepartarea resturilor de solutie alcalina, dupa care se dezinfecteaza cu apa fierbinte la minimum 83C timp de 5 minute sau cu solutie clorigena, 200mg clor activ/litru. Piesele spalate si dezinfectate se aseaza pe rafturi curate pentru scurgere. Corpul tobei se curata de namol si se spala cu apa calda.Spalarea mecanica. Talerele se aseaza pe un suport si se scufunda ntr-un bazin cu solutie alcalina la 70-75C. Piesele se freaca cu perii sau prin stropire cu jeturi de solutie alcalina. Dupa ndepartarea impuritatilor, talerele se clatesc abundent cu apa pentru nlaturarea resturilor de solutie alcalina si se dezinfecteaza cu apa fierbinte la minimum 83C.Conditii pentru realizarea unei bune smintiniri ai laptelui

Pentru realizarea unui proces de smantanire corespunzator si obtinerea unei separari cat mai complete a grasimii din lapte, in afara de functionarea corecta a separatorului, mai sunt necesare unele precizari:

- Cu cat gradul de puritate al laptelui este mai scazut si contine multe impuritati, toba separatorului se infunda mai repede, formandu-se o cantitate mai mare de namol de separator, influentand negativ buna desfasurare a procesului de smantanire. Pentru a preveni aceasta deficienta, laptele inainte de a intra in bazinul separatorului trebuie bine filtrat (strecurat);

- Temperatura laptelui in timpul smantanirii trebuie sa fie cuprinsa intre 35 si 40C deoarece laptele cald, avand o vascozitate mai mica, se smantaneste mai bine;

- Se recomanda smantanirea laptelui la turatia tobei stabilita pentru separatorul respectiv.

La separatoarele manuale, pe manivela este notat numarul de rotiri ale manivelei pe minut. Pentru respectarea acestei rotiri, pe manivela este montat un clopotel special, care inceteaza sa sune, in momentul in care s-a atins turatia necesara. Micsorarea numarului de rotatii face ca sa se reduca forta centrifuga si cu aceasta viteza de separare a globulelor de grasime, iar marirea turatiei tobei separatorului peste cea prescrisa prezinta pericolul descentrarii tobei si cresterii uzurii separatorului;

- Uniformitatea functionarii separatorului poate influenta gradul de smantanire a laptelui; in cazul in care separatorul nu lucreaza uniform si toba vibreaza in timpul functionarii, in laptele smantanit trece o cantitate mai mare de grasime;

- Debitul de intrare a laptelui in toba separatorului determina in mare masura gradul de smantanire a laptelui: cu cat cantitatea de lapte ce intra in toba este mai mare, cu atat gradul de smantanire va fi mai redus, deoarece acesta va sta mai putin timp in separatorsi actiunea fortei centrifuge asupra globulelor de grasime va fi mai redusa. In mod normal, fiecare tip de separator are un debit fixat, care trebuie respectat.

Intretinerea si defectiunile separatorului

Separatorul trebuie amplasat astfel incat sa se poata manevra, curata si repara usor.

La montare trebuie asigurata pozitia perfect verticala a separatorului, ceea ce se verifica cu nivela cu bula de aer. De asemenea, separatorul trebuie bine fixat pe postamentul sau, astfel incit sa nu permita trepidatii in timpul functionarii.

Inainte de prima intrebuintare sau atunci cand au stat un timp mai indelungat nefolosite, separatoarele trebuie verificate pentru a vedea daca toate piesele sunt bine imbinate si functioneaza usor. Se recomanda ca, inainte de a se pune uleiul, sa se spele bine baia si mecanismele, cu petrol lampant.

Separatoarele noi sau cele care au fost reparate trebuie sa fie rodate (se lucreze in gol) circa 3-6 ore, urmarind ca functionarea lor sa fie normal (sa nu prezinte batai, frecari, etc.)

Prezinta o importanta deosebita, pentru buna functionare a separatorului, ungerea, care trebuie sa se faca in mod corespunzator. Controlul uleiului din baie se face cu ajutorul unui indicator de nivel.

Prima umplere a baii cu ulei se face prin orificiul din capacul baii (carcasei); se toarna ulei pana se depaseste reperul inferior.

In caul in care, dupa un anumit timp de functionare, se observa ca uleiul a devenit negru, vascos sau prezinta pilituri de metal, trebuie scos din baie prin dopul de ulei.

Nerespectarea regulilor de functionare, intretinere si curatare ale separatorului determina aparitia unor defectiuni care trebuie imediat inlaturate. Cunoasterea cauzelor acestordefectiuni, precum si masurile pentru inlaturarea lor, sunt foarte importante pentru cei care lucreaza cu separatorul: DefectiuniCauzeMasuri de inlaturare

Separatorul nu smintineste deloc sau smintineste neuniform1.Laptele este prea rece1. Laptele trebuie incalzit la 35-40 C

2. Spatiile si orificiile de separare ale talerelor s-au infundat cu impuritati sau cu substante proteice coagulate (daca laptele a fost prea acid)2. Se va demonta si curata toba

3. Toba se roteste incet3. Se va misca manivela cu numarul de invartiri inscrise pe ea sau pana ce clopotelul nu mai suna. La separatoarele mecanice, se va verifica ambreiajul

4. Axul vertical este prea jos si smantana din toba se scurge in palnia de lapte smantanit, amestecandu-se cu acesta4. Se slabeste contrapiulita surubului care sustine fusul vertical si se invarteste surubul, ridicandu-se fusul.Orificiul pentru iesirea smanatanii trebuie sa fie cu 2-4 mm deasupra marginii palniei

5. Talerele sunt strimbe sau uzate5. Se indreapta sau se inlocuiesc

6. Intra prea mult lapte in toba6. Se inchide putin robinetul(micsorarea debitului)

2. Curge lapte in locasul tobei sise prelinge afara1.Garnitura de cauciuc a tobei este asezata stramb, nu este stransa sau lipseste1.Se va aseza si strange bine sau se va inlocui

2.Toba este prea jos si laptele smanatanit se scurge pe sub marginea pilniei2.Se va ridica axul tobei

3.In toba intra lapte mai mult decat este puterea de prelucrare a separatorului si astfel se revarsa3.Robinetul bazinului trebuie inchis putin

3.Separatorul lucreaza cu zgomot1.Toba uzata, nemaifiind central pe ax, loveste palniile1.Se va inlocui toba sau se varepara (rebalansa)

2.Toba este ridicata prea sus si se freaca de palnii sau este lasata prea jos si atinge locasul tobei2.Se va regla inaltimea axului tobei

3.Separatorul nu este bine fixat si toba trepideaza3.Se strang butoanele de ancorare; daca rondelele de cauciuc lipsesc ori s-au uzat, se vor completa

4.Lagarele sau rulmentii sunt uzati, sparti sau axul lagarului este rupt4.Se inlocuiesc piesele defecte

4. Nu se obtine smantana cu un continut mic de grasime, desi se regleaza surubul1.Viteza de rotire este prea mare1.Se reduce numarul de rotatii

2.Orificiile de separare si spatiile pentru depozitarea impuritatilor sunt in parte infundate si micsoreaza cantitatea de lapte ce intra in toba2.Se curata bine toba

3.Intra prea putin lapte in toba3.Robinetul se deschide mai mult (marirea debitului)

5. Nu se obtine smantana cu un continut ridicat in grasime,desi se regleaza surubul1.Viteza de rotire este preamica1.Se mareste numarul derotatii

2.Intra lapte prea mult in toba2.Se inchide putin robinetul (micsorarea debitului)

3.Toba este prea sus si laptele se scurge partial in palnia de smantana3.Se va regla corect inaltimea axului tobe

Mecanismul separatorului nu functioneaza bineMecanismele murdare sau uzate fac sa scape manivelaSe va curata iar angrenajele uzate se va inlocui

3.Bilantul de materialeBilanul de materiale exprimcantitativ transformrile pe care materiileprime le sufer, prin prelucrarea lor, ntr-un proces tehnologic.Pentru conducerea proceselor tehnologice, identificarea operatiilor unitare si pentru dimensionarea corespunzatoare a aparatelor si utilajelor din componenta liniilor tehnologice este necesar sa se stabileasca cantitatile de materiale participante. Pentru stabilirea materialelor ce concura la realizarea fiecarei faze operatii tehnologice este necesar sa se intocmeasca bilantul de materiale. Aprecierea modului de folosire a materiilor prime i a celorlalte materiale ntr-o anumit perioad de activitate a unei secii sau ntreprinderi se face pebaza bilanului de materiale antecalculat, care se ntocmete pe baza consumurilor specifice planificate (din fiele tehnologice). La sfritul perioadei se ntocmete bilanul de materiale post calculatlund n considerare consumurile reale, rezultate din fiele de eviden primar. Comparnd rezultatele celor dou bilanuri se poate evidenia situaia real i se pot lua msuri pentru mbuntirea activitii (dac este cazul). Bilanul de materiale post calculat permite compararea rezultateloreconomice obinute de dou sau mai multe ntreprinderi care au acelai profil i utilizeaz acelai proces tehnologic.Bilanul de materiale se calculeazpe produs,pe secie, pe ntreprindere (obinut prin nsumarea bilanurilor de materiale pentru toate produsele fabricate). Se pot calcula bilanuri de materiale pentru pri din procesul tehnologic, numite bilanuri partiale sau pentru ntregul proces tehnologic, numite bilanuri totale sau globale. La baza calculelor bilanurilor de materiale st legea conservrii materiei. Suma maselor materiilor prime intrate n procesul tehnologic trebuie s fie egal cu suma maselor produselor procesului. Admind c pe parcursul desfurrii procesului tehnologic apar i pierderi, relaia care exprim legea conservrii masei este:Me+Mi=Mies+Mr+MpMe=material existente; Mi=material care intra;

Mp=material care se pierd ; Mr=material care raman.

Mies=material care ies;

Mi=Qsp

unde: Qsp cantitatea de semiprodus care intr

Mies=Qp+Qs

unde: Qp cantitatea de produs principal(smntn) rezultat la procesare

Qs cantitatea de produs secundar(lapte smntnit) rezultat la procesare

Qn cantitatea de namol rezultat la procesare Qsp=Qp+Qs+QnAstfel, lund n considerare datele de mai sus, rezult c pentru Qsp= 1000l lapte care se degreseaz se va obine: 898 l lapte smntnit cu 0,1% uniti de grsime (Qs)

100 l smntn cu 32% uniti grsime (Qp)

2 l namol rezultat in urma procesului de separare a 1000 l lapten cazul unui proces discontinuu, relaia se aplic foarte bine, calculul fiind fcut pentru o arj. n cazul proceselor continue, prin faptul ca instalaia funcioneaz nentrerupt, bilanul se face pe un interval de timp (o or,o zi), innd ns cont de faptul c i la nceputul perioadei de bilan ca i la sfritul ei, n instalaie exist cantiti de materie de care trebuie inut seamaBilantul energetic Daca bilantul de materiale serveste la urmarirea circulatiei materialelor printr-o instalatie, linie tehnologica si in functie de cantitatile materialelor, se dimensioneaza capaciatatile de productie, bilantul energiilor foloseste la stabilirea necesarului de energie pentru desfasurarea in bune conditii a procesului tehnologic. La intocmirea bilantului energiilor se are in vedere principiul conservarii energiilor, iar ecuatia generala este de urmatoarea forma:

Ei+Ee=Er+Eies+Ep unde: Ei=suma energiilor care intra in sistem; Ee=suma energiilor existente in sistem; Er=suma energiilor ramase in sistem; Eies=suma energiilor care ies din sistem; Ep =suma energiilor pierdute din sistem. Prin suma energiilor pierdute din sistemul luat in studiu, se intelege toate energiile mecanice, termice, chimice etc., care parasesc sistemul in mod natural si inevitabil. Energiile pierdute pot fi micsorate, dar nu evitate si prin valoarea lor se defineste randamentul energetic al instalatiei. Spre deosebire de bilantul de materiale, care poate fi intocmit partial, bilantul energetic trebuie intocmit la nivelul sistemului luat in studiu.In general bilantul energiilor cuprinde in mod curent urmatoarele forme de energie: energia potential sau de pozitie: Ep=mgh; energia cinetica sau de miscare: Ec=; energia interna: Eu=mu;unde m=energia interna a unitatii de masa; (J/Kg) lucru mecanic extern sau energia de presiune necesara introducerii unui corp in sistemul considerat: Le=mpV;unde: m masa produsului; p presiunea sistemului; V volumul specific al produsului; energia caloric absorbita din/sau cedata in exterior (Q); lucru mecanic dat sistemului din exterior (Lm).In ansamblu energiile pot fi purtatoare de mase ale corpurilor care intra sau ies din sistem (EP, Ec ,Eu, Le) sau energii de schimb intre sistem si exterior (Q, Lm) in aceste conditii bilantul energiilor capata urmatoarea forma:(Ep+Ec)i+Eui+Lei+Q+Lm=(Ep++Ec)ies+Euies+Leies.De regula,pentru simplificarea calculului bilantului energiilor se considera ca lucrul mecanic (Lm) dat sistemului din exterior poate fi neglijat. De aceea, datorita unor inlocuiri in formule putem ajunge, in aceste conditii, sa obtinem expresia bilantului termic (caloric) : mi+Q=0. Aceasta expresie simplificata poate avea si formula:Qe+Qi=Qies+Qr+Qp,in care Qe, Qi, Qies, Qr si Qp reprezinta suma caldurilor existente: introduse, iesite, ramase si pierdute ale sistemului.Din cauza simplificarilor efectuate bilantul caloric calculat dupa formulele de mai sus nu este exact pentru sistemele in care materialele au viteze mari sau in care lucrul mecanic al pompelor, agitatoarelor, turbinelor are valori ridicate.Caldurile specifice ale unui sistem ce reprezinta un proces tehnologic din industria alimentara sunt urmatoarele:1. Cadurile sensibile: reprezinta cantitatea de energie interna specifica fiecarui corp si este data de suma energiilor de translatie si rotatie ale particulelor componente.2. Calduri latente: reprezinta caldura absorbita sau eliberata fara ca substanta sa-si schimbe temperature. Absorbtia sau cedarea caldurii deci marimea sau micsorarea energiei interne a sistemului fara modificarea temperaturii este insotita de modificarea legaturilor intermoleculare si determina in final schimbarea starii fizice. In general intalnim urmatoarele transformari de faza: topire-solidificare, evaporare-condensare, sublimare- desublimare, cristalizare-dizolvare-diluare, absorbtie-desorbtie.3. Calduri transmise: prin conductivitate, convective si radiatie permite introducerea sau scoaterea dintr-un sistem considerat a unei cantitati de caldura.

Dupa studierea bilantului energetic, se considera ca pentru un separator centrifugal cu capacitatea de 1000 l/h, bilantul=0, considerand ca nu apar pierderi de energie, decat foarte mici, aproape nesesizabile.

4.Calculul parametrilor de exploatare

Pentru calculul vitezei de sedimentare in cimp centrifug se are in vedere viteza de sedimentare in cimp gravitational a particulelor solide de forma sferica, ce se calculeaza cu relatia:

Prin analogie, inlocuind in aceasta relatie acceleratia gravitationala cu acceleratia centrifugala se determina ecuatia pentru calculul vitezei de sedimentare in cimp centrifug si anume:

Daca cum =g, rezulta ca viteza de sedimentare in cimp centrfug se calculeaza cu relatia:

In aceste conditii se poate determina raportul intre viteza de sedimentare in cimp centrifug si in cimp gravitational (), dat de relati

= Pentru un regimtru centrifuge de curgere laminar, unde =24/, iar =v.d/ rezulta ca viteza de sedimentare va fi:

Pentru o deplasare infinitezimala dr, viteza de sedimentare in cimp centrifug va fi:

Prin integrare rezulta durata t a sedimentarii, adica timpul necesar pentru ca particula sa parcurga distanta ( fiind raza tamburului, iar cea corespunzatoare inelului de lichid format prin centrifugare, adica:

Diametrul minim (), adica diametrul celor mai mici particule care se depun in timpul centrifugii, se calculeaza cu relatia:

Pentru centrifuge cu actiune discontinua:

Pntru centrifuge cu functionare continua, viteza lichidului in lungul centrifugei este egala cu raportul dintre debitul de alimentare si sectiunea inelara a lichidului in centrifuga:

In timpul ) in care lichidul parcurge lungimea centrifugei L este data relatia:

Pe suprafata inferioara a tamburului centrifugei se depun acele particule, pentru care durata de sedimentare (t) este mai mica sau egala cu durata ) in care lichidul trece prin centrifuga (t, adica:

de unde rezulta diametrul minim al particulelor () care se separa prin sedimentare in cimp centrifug:

Asadar, cele mai multe particule care au diametrul mai mare de vor fi eliminate prin centrifugare, cele cu diametrul se vor imparti egal intre faza solida indepartata si lichidul clarificat, iar particulele inferioare diametrului minim vor ramine numai in lichid.

Debitul teoretic al lichidului limpezit prin sedimentare in cimp centrifug, in regim laminar, se poate calcula cu relatia:

unde este viteza de sedimentare in cimp centrifug(m/s);- suprafata activa a centrifugei ();- factor de separare;

Produsul . = poarta denumirea de indice de productivitate si are valori diferite in functie de regimul de functionare a centrifugei, astfel:

Pentru regimul laminar:; Pentru regim de tranzitie:; Pentru regim turbulent:=;Productivitatea reala a separatorului centrifugal, exprimata prin debitul real (), se determina cu relatia:

unde este coeficientul de de eficacitate si se determina experimental in functie de turatia rotorului, care depaseste turatia suspensiei; Q debitul teoretic calculat cu relatia de mai sus.

Puterea de demaraj necesara actionarii centrifugei pina la atingerea turatiei de regim se calculeaza cu relatia:

[Kw]

unde - puterea de regim; - puterea necesara pentru aducerea maselor in miscare la turatia de regim; - puterea necesara aducerii materialului supus centrifugarii la turatia de regim; - puterea necesara invingerii frecarii din lagarele centrifugei; - puterea necesara invingerii frecarii dintre centrifuga si aer; puterea necesara invingerii unor rezistente interioare suplimentare.

Puterea de regim (), reprezinta puterea necesara actionarii centrifuge la turatia de regim in toate etapele operatiei de centrifugare. In functie de tipul de centrifuga se poate calcula cu relatia:

pentru centrifuge cu functionare continua:

[Kw]

pentru centrifuge cu functionare discontinua:

[Kw]

Puterea necesara pentru aducerea maselor in miscare la turatia de regim, se calculeaza cu relatia:

unde: H - este inaltimea partii cilindrice a tobei [m]; densitatea materialului tobei [kg/]; - raza bazei mici a tronconului ce formeaza talerul (m); - timpul de demaraj, [ore].

Puterea necesara aducerii materialului supus centrifugarii la turatia de regim se calculeaza cu relatia:

[Kw]

In care: este densitatea materialului supus centrifugarii [kg/]; - raza bazei mari a tronconului ce formeaza talerul [m].

La centrifugele uzuale se alege =1,4 .

Puterea necesara invingerii frecarii din lagarele centrifugei se calculeaza cu relatia:

[Kw]

unde: este coificientul de frecare in lagare (=0,07-0,1); m masa totala a tobei si a materialului supus centrifugarii; r distanta de la axa de rotatie la punctul de frecare din lagar [m].

Puterea necesara invingerii frecarii dintre centrifuga si aer este data de relatia:

[Kw]

in care: este coificientul de rezistenta (=2,3); - densitatea aerului;

Puterea necesara invingerii unor rezistente interioare suplimentare este data de relatia:

=5,5k [Kw]

unde : k este coeficient ce tine seama de directia de evacuare (pentru evacuarea radiala k=1,1); - debitul real al centrifugei (/s); - distanta de la axa tobei pina la racordul de evacuare (m).Marimea fortei centrifuge.

Separarea este determinata de marimea fortei centrifuge care se exercita asupra materialului care trebuie sa fie separate, forta centrifuga aparind prin rotirea in jurul unei axe.

Marimea fortei centrifuge care apare la rotirea corpului in jurul unei axe de rotatie se determina pe baza legilor mecanicii.

Forta care ia nastere in cazul unei miscari circulare a unui corp de masa m,cu viteza unghiulara pe o traiectorie de raza R este:

F=m R

Daca in loc de viteza unghiulara se ia in considerare turatia: =2n, forta centrifuga este data de relatia:

F=m(2n)R

Din relatiile de mai sus se constata ca forta centrifuga este proportionala cu masa si raza pe care se realizeaza miscarea de rotatie si cu patratul vitezei unghiulare sau al turatiei. O consecinta a acestui fapt este ca pentru aceeasi masa se obtine o forta centrifuga mai mare daca se creste turatia respectiva viteza unghiulara, chiar daca in anumite limite este micsorata raza.

Ca si greutatea forta centrifuga este o forta care se aplica unei mase. Tinand seama ca greutatea G=mg si comparand aceasta relatie cu a fortei centrifuge din relatiile de mai sus rezulta ca R respectiv (2n)R reprezinta acceleratia cimpului centrifugal sau acceleratia centrifugala asa cum (g) reprezinta acceleratia cimpului gravitational.

Desi efectul campului de forte centrifuge este calitativ acelasi cu cel al cimpului gravitational intre cele doua campuri exista mari diferente si anume:

-intr-un sistem in miscare centrifugala, campul de forte nu este omogen spre deosebire de campul gravitational. Chiar la aceeasi viteza unghiulara, respectiva turatie el variaza pe lungimea razei;

-directia fortelor centrifuge este radiala pe cand a fortelor gravitationale paralela in plan vertical;

-intensitatea fortei centrifuge pentru aceeasi masa variaza cu turatia (viteza unghiulara) si raza, pe cand intensitatea fortelor gravitationale este constanta. Raportul dintre intensitatea celor doua campuri este dat de raportul acceleratiei respective si se numeste factor de eficacitate respective factor de separare,

z=se observa ca R/g=Fr si nR/g=Fr, de unde rezulta ca z=Fr. De fapt aceasta reiese si din definitia criteriului Fr care este raportul dintre fortele centrifugale si cele gravitationale. Factorul de separare (criteriul lui Froude) reprezinta modul cel mai obiectiv de clasificare a utilajelor care realizeaza separarea pe principiul fortei centrifuge.

Factorul de separare utilizat pentru separarea unor amestecuri este limitat ca valoare maxima de natura materialului supus separarii.

.Natura materialului de separat.

Materialul supus separarii sub influenta fortei centrifuge influenteaza separarea printr-o serie de caracteristici.Toate caracteristicile materialului supus separarii care influenteaza sedimentarea si filtrarea ,influenteaza implicit si separarea centrifugala.Influenta anumitor proprietati insa nu are aceeasi importanta. Vascozitatea influenteaza defavorabil separarea centrifugala.Pe masura ce creste vascozitatea separarea se realizeaza mai greu.Orice masura luata pentru micsorarea vascozitatii ,in genere ajuta separarea sub influenta fortei centrifuge. Spuma este un obstacol de separare,deoarece bulele care o alcatuiesc se aseaza pe particulele solide,le mareste volumul aparent si prin aceasta micsoreaza densitatea aparenta.Este indicat ca spuma sa fie indepartata inainte de inceperea separarii centrifugale sau sa se introduca in amestec substante care impiedica spumarea. Presiunea la care este supus stratul de sediment respective de precipitat in cazul separatoarelor centrifugale este un factor limitativ pentru conducerea procesului tehnologic.Pe de alta parte separarea centrifugala este cu atat mai eficace cu cat turatia este mai mare deoarece actioneaza la puterea a doua in factorul de eficacitate respective de separare.

Presiunea exercitata asupra materialului separarii centrifugale de catre forta centrifuga este data de relatia:

P=,unde: P- presiunea care se exercita asupra sedimentului,respective precipitatului;A- suprafata prin care actioneaza forta centrifuga asupra sedimentului,respective precipitatului.

Natura materialului din care este construit utilajul

Materialul din care este construit utilajul limiteaza prin comportarea la coroziune,dar si prin rezistenta admisibila a materialului care este supus presiunii ce apare datorita efectului fortei centrifuge.

Aspectul de comportare la efectele corozive ale mediului cit si de cel de pastrare a caracteristicilor lichidului-ceea ce este important pentru industria alimentara-limiteaza materialele de constructie care pot fi utilizate.

=R sau =(2)Rn Relatia de mai sus arata ca un material care are o anumita rezistenta la rupere si o anumita densitate , limiteaza produsul Rn la care poate functiona utilajul pentru separarea centrifugala si ca acesta nu depinde de grosimea peretelui tobei.

Alegerea materialului de constructie pentru utilajele de separare centrifugala va trebui sa se faca tianand seama de comportarea fata de materialul supus separarii (aspectele de coroziune) si in acelasi timp de economicitatea procesului sub aspectul costului materialului intrebuintat pentru constructie la care intervine si raportul /.

Elemente de luat in considerare la construirea centrifugelor

La construirea centrifugelor trebuie sa se tina seama de elementele impuse de :-materialul supus centrifugarii;-materialul din care este construita centrifuga;-constructia centrifugei,pe care le putem concretiza in :-limitarea razei si turatiei centrifugei;-limitarea volumului ocupat de produs in centrifuga datorita formei pe care o ia produsul in timpul miscarii de rotatie;-turatia critica care apare la centrifugare.R - limiteaza marimea razei;

n -limiteaza marimea turatiei.Grosimea peretelui centrifuge

Se determina tinand cont de presiunea provocata de forta centrifuga datorita produsului si peretelui tobei centrifugei.

=+a

-grosimea peretelui tobei.

Puterea consumata la centrifugare Puterea maxima ceruta de o centrifuga cu functionare discontinua in perioada de pornire este :

N=;

Puterea consumata de centrifugele discontinue in perioada de regim este:

N=;

Puterea consumata de centrifugele continui in perioada de regim este:

N=;

5.Calculul organoleptic:

Separarea in centrifuge si in separatoare se realizeaza sub influenta fortei centrifuge,care mareste considerabil viteza de separare in comparartie cu sedimentarea sub influenta fortei de gravitatie.

Constructia centrifugelor si a separatoarelor se bazeaza si in prezent in buna masura pe rezultate experimentale. Pentru separatoarele centrifugale de smantana, vom calcula, arboreal care sustine si antreneaza toba.

Metoda generala de calcul al arborilor are in vedere faptul ca ei sunt supusi la solicitari compuse - incovoiere, rasucire, eventual si compresiune.

Dimensionarea directa prin evaluarea precisa a tuturor solicitarilor este dificila. De aceea, dimensiunile aproximative ale arborilor se stabilesc printr-un calcul simplificat, pe baza rezistentei la rasucire, apoi se verifica luand in consideratie celelalte solicitari. In functie de rolul functional si de forma lor, unii arbori se verifica la oboseala, rigiditate si la turatia critica.CALCULUL LA RASUCIRE:

Numerosi arbori sunt solicitati in principal la rasucire, astfel incat incovoierea fiind mult mai mica poate fi neglijata. Un astfel de caz il constituie, de exemplu, arborii de transmisie pentru miscarea de translatie a podurilor rulante.

Asemenea arbori se dimensioneza pe baza rezistentei admisibile la rasucire , aplicand relatia cunoscuta:

Mt=WpEste mai comod sa se transforme aceasta relatie in functie de puterea necesara a fi transmisa P, in kW, cunoscuta sau data si de turatia arborelui, n, exprimata in rotatii/minut, de asemenea este cunoscuta sau data anterior:

[Nm].

Modulul de rezistenta polar Wp, pentru sectiuni circulare are expresia:

Wp=0,2Egaland-se cele doua relatii pentru Mt si inlocuind Wp se obtine:

Deci:

CALCULUL ARBORELUI:

Vom calcula diametrul unui arbore solicitat la rasucire, construit din OL 70, capabil sa transmita o putere de P=2,2 kW cu o turatie de 6000rot/min, avand porniri si opriri , frecvente.

Cunoastem faptul ca pentru OL 70 avem valoarea lui 0=350 MPa. In ipoteza sectiunii uniforme, putem calcula rezistenta admisibila:

Aplicand relatia vom obtine:

d = 0,015 m = 15 mm

Schema cinematica a unui mecanism pentru antrenarea centrifuge1.- toba centrifugei;2.- arborele de antrenare a tobei3.- sistem de sustinere elastic;4 si 6. - multiplicator de ture;5.- lagar axial;7.-cuplaj;8.- motor electric

PAGE 5