BILANTUL DE MARERIALE SI BILANTUL TERMIC

BILANTUL DE MARERIALE SI BILANTUL TERMIC

II.1 BILANTUL DE MATERIALE

In cadrul bilantului de materiale am calculat cantitatile de materii prime si auxiliare necesare pentru obtinerea a 10 tone de inghetata de lapte. Pentru aceasta am pornit de la cantitatea de inghetata obtinuta ca produs finit, luand in calcul pierderile de la fiecare operatie si ajungand in final la cantitatea de materii prime si auxiliare necesara.

Pierderile pentru fiecare operatie din procesul tehnologic sunt prezentate in tabelul 16:

Tabelul 18. Pierderi

Depozitare inghetata

I_C

	DEPOZITARE

P₁=0,05%

I_D

I_C = I_D + I_C · P₁ → I_C - I_C· P₁ = I_D

I_C = = =

I_C = 10005 kg/ zi

P₁ = 5 kg/ zi

Unde: I_C - inghetata calita;

I_D - inghetata depozitata = 10000 kg/zi;

P₁ - pierderile rezultate in urma depozitarii = 0,05%.

Calire inghetata

I_A

	CALIRE

P₂=0,03%

I_C

I_A = I_C + I_A · P₂ → I_A - I_A· P₂ = I_C

I_A = = =

I_A = 10008 kg/ zi

P₂ = 3 kg/ zi

Unde: I_A - inghetata portionata si ambalata;

P₂ - pierderile rezultate in urma operatiei de calire =0,03%.

Portionarea si ambalarea inghetatei

I_F

	PORTIONARE SI AMBALARE

P₃=0,5%

I_A

I_F = I_A + I_F · P₃ → I_F - I_F· P₃ = I_A

I_F = = =

I_F = 10058,29 kg/ zi

P₃ = 50,29 kg/ zi

Unde: I_F - inghetata freezata;

P₃ - pierderile rezultate in urma operatiei de portionare si ambalare =0,5%.

Freezarea inghetatei

A_M

	FREEZARE

P₄=0,05%

I_F

A_M = I_F + A_M· P₄ → A_M - A_M· P₄ = I_F

A_M = = =

A_M = 10063,32 kg/ zi

P₄ = 5,03 kg/ zi

Unde: A_M - cantitatea de amestec maturat;

P₄ - pierderile rezultate in urma operatiei de freezare =0,05%.

Maturarea amestecului de inghetata

V A_R

	MATURARE

P₅=0,15%

A_M

A_R + V = A_M+ A_R· P₅ → A_R - A_R· P₅ = A_M - V

V = A_M 0,25%

V = 10063,32

V = 25,16 kg/zi.

A_R = = =

A_R = 10053,24 kg/ zi

P₅ = 15,07 kg/ zi

Unde: A_R - amestec racit;

P₅ - pierderile rezultate in urma operatiei de maturare =0,15%.

Racire amestecului de inghetata

A_O

	RACIRE

P₆=0,05%

A_R

A_O = A_R+ A_O· P₆ → A_O - A_O· P₆ = A_R

A_O = = =

A_O = 10058,27 kg/ zi

P₆ = 4,94 kg/ zi

Unde: A_O - amestec omogenizat;

P₆ - pierderile rezultate in urma operatiei de racire =0,05%.

Omogenizarea amestecului de inghetata

A_F

	OMOGENIZARE

P₇=0,1%

A_O

A_F = A_O+ A_F· P₇ → A_F - A_F· P₇ = A_O

A_F = = =

A_F = 10068,33 kg/ zi

P₇ = 10,68 kg/ zi

Unde: A_F - amestec filtrat;

P₇ - pierderile rezultate in urma operatiei de omogenizare =0,1%.

Filtrarea amestecului de inghetata

A_P

	FILTRARE

P₈=0,05%

A_F

A_P = A_F+ A_P· P₈ → A_P - A_P· P₈ = A_F

A_P = = =

A_P = 10073,36 kg/ zi

P₈ = 5,03 kg/ zi

Unde: A_P - amestec preracit;

P₈ - pierderile rezultate in urma operatiei de filtrare =0,05%.

Preracirea amestecului

A_PS

	PRERACIRE

P₉=0,05%

A_P

A_PS = A_P+ A_PS· P₉ → A_PS - A_PS· P₉ = A_P

A_PS = = =

A_PS = 10078,40 kg/ zi

P₉ = 5,04 kg/ zi

Unde: A_PS - amestec pasteurizat;

P₉ - pierderile rezultate in urma operatiei de preracire =0,05%.

Pasteurizarea amestecului

A_I

	PASTEURIZARE

P₁₀= 1%

A_PS

A_I = A_PS+ A_I· P₁₀ → A_I - A_I· P₁₀ = A_PS

A_I = = =

A_I = 10180,21 kg/ zi

P₁₀ = 101,80 kg/ zi

Unde: A_I - amestec initial, dupa adaugarea ingredientelor;

P₁₀ - pierderile rezultate in urma operatiei de pasteurizare = 1%.

Prepararea amestecului 

Zahar

Lapte praf smantanit Gelatina

Unt Apa

L_PP

	REALIZARE AMESTEC

P₁₁= 0,05%

A_I

L_PP + L_PS + U + A + Z + G = A_I+ L_PP· P₁₁ → L_PP· (1 - P₁₁) = A_I - L_PS - U - A - Z - G 10000 kg amestec.. 1216,21 kg U..399,83 kg L_PS .. 1400 kg Z . 50 kg G .1908,96 kg A

A_I = 10180,21kg.U kg L_PS kg Z kg .G kg .A kg

U = 1238,13 kg/zi

L_PS = 407,03 kg/zi

Z = 1425,23 kg/zi

G = 50,90 kg/zi

A = 1943,36 kg/zi.

Unde: U, L_PS , Z, G, A = cantitatea de unt, lapte praf smantanit, zahar, gelatina si respectiv apa adaugata la realizarea amestecului;

L_PP =

L_PP = =

L_PP = 5118,11 kg/ zi

P₁₁ = 2,55 kg/ zi

Unde: L_PP - lapte pasteurizat preincalzit;

P₁₁ - pierderile rezultate in urma operatiei de preparare a amestecului = 0,05%.

Preincalzire lapte pasteurizat

L_P

	PREINCALZIRE

P₁₂= 0,1%

L_PP

L_P = L_PP+ L_P· P₁₂ → L_P - L_P· P₁₂ = L_PP

L_P = = =

L_P = 5123,23 kg/ zi

P₁₂ = 5,12 kg/ zi

C_MPP = L_P + L_PS + Z + G + V +U

C_MPP = 5123,23 + 407,03 + 1425,23 + 50,90 + 25,16 + 1238,13

C_MPP = 8269,68 kg/zi (apa nu o vom lua in calcul pentru ca nu participa la operatiile de receptie, depozitare, pregatire)

Unde: L_P - lapte pasteurizat;

C_MPP - materii prime pregatite;

P₁₂ - pierderile rezultate in urma operatiei de preincalzire a laptelui pasteurizat .

Pregatire materiilor prime

C_MPD

	PREGATIRE MATERII PRIME

P₁₃= 0,1%

C_MPP

C_MPD = C_MPP+ C_MPD· P₁₃ → C_MPD - C_MPD· P₁₃ = C_MPP

C_MPD = = =

C_MPD = 8277,96 kg/ zi

P₁₃ = 8,27 kg/ zi

Unde: C_MPD - cantitatea de materii prime depozitate;

P₁₂ - pierderile rezultate in urma operatiei de pregatire a materiilor prime = 0,1%.

Depozitarea materiilor prime

C_MPR

DEPOZITAREA MATERIILOR PRIME

P₁₄ = 0,1%

C_MPD

C_MPR = C_MPD+ C_MPR· P₁₄ → C_MPR - C_MPR· P₁₄ = C_MPD

C_MPR = = =

C_MPR = 8286,24kg/ zi

P₁₄ = 8,28 kg/ zi

Unde: C_MPR - cantitatea de materii prime receptionate;

P₁₄ - pierderile rezultate in urma operatiei de depozitare a materiilor prime = 0,1%.

Receptia calitativa si cantitativa a materiilor prime

C_MPN

RECEPTIE MATERII PRIME

P₁₅ = 0,05%

C_MPR

C_MPN = C_MPR+ C_MPN· P₁₅ → C_MPN - C_MPN· P₁₅ = C_MPR

C_MPN = = =

C_MPN = 8290,38 kg/ zi

P₁₅ = 4,14 kg/ zi

Unde: C_MPN - cantitatea de materii prime necesara pentru receptie;

P₁₄ - pierderile rezultate in urma operatiei de receptie a materiilor prime = 0,05%.

Confom calculelor anterioare avem nevoie de:

8269,68kg am..5123,23kg L_P..407,03kg L_PS..1425,23 kg Z..50,9 kg G..25,16kg V..1238,13kg U

8290,38 kg am..L_PL_PSZ.GV..U

L_P = 5136,05 kg/zi

U = 1241,23 kg/zi

L_PS = 408,05 kg/zi

Z = 1428,80 kg/zi

G = 51,03 kg/zi

V = 25,59 kg/zi

A = 1953,52 kg/zi.

BILANT DE MATERIALE GLOBAL

Tabel 19. Bilantul global de materiale

III.2 BILANTUL TERMIC

Bilantul tremic are loc pe urmatoarele operatii tehnologice unde are loc tranfer de caldura (vom neglija eventualele pierderi de caldura):

1. Preincalzire initiala lapte pasteurizat

Lapte pasteurizat: 10 - 30˚C

Apa calda: 20 - 85˚C

Necesarul de apa calda pentru incalzire este:

m_LP c_LP Δt_LP = m_a c_a Δt_a

m_LP - debitul laptelui pasteurizat supus preincalzirii = 5123,23 kg/zi;

c_LP - caldura specifica a laptelui pasteurizat la temperatura sa medie = 3935,6 J/ kg K;

Δt_LP - diferenta de temperatura a laptelui pasteurizat = 20˚C;

m_a - necesarul de apa pentru realizarea preincalzirii;

c_a - caldura specifica a apei la temperatura sa medie = 4182 J/kg K;

Δt_a - diferenta de temperatura a apei = 65˚C;

m_a =

m_a =

m_a = 1483,50 kg/zi

2. Preincalzirea a II-a lapte pasteurizat

Lapte pasteurizat: 30 - 60˚C

Apa calda: 50 - 85˚C

Necesarul de apa calda pentru incalzire este:

m_LP c'_LP Δt'_LP = m_a c'_a Δt'_a

m_LP - debitul laptelui pasteurizat supus preincalzirii = 5123,23 kg/zi;

c'_LP - caldura specifica a laptelui pasteurizat la temperatura sa medie = 3957,8 J/ kg K;

Δt'_LP - diferenta de temperatura a laptelui pasteurizat = 30˚C;

m'_a - necesarul de apa pentru realizarea preincalzirii;

c'_a - caldura specifica a apei la temperatura sa medie = 4189 J/kg K;

Δt'_a - diferenta de temperatura a apei = 35˚C;

m'_a =

m'_a =

m'_a = 4148,97 kg/zi

3. Preincalzire amestec de inghetata

Amestec : 30 - 60˚C

Apa calda: 50 - 85˚C

Necesarul de apa calda pentru preincalzire este:

m_am c_am Δt_am = m"_a c"_a Δt"_a

m_am - debitul amestecului de inghetata supus preincalzirii = 10180,21 kg/zi;

c_am - caldura specifica a amestecului la temperatura sa medie = 3609,0 J/ kg K;

Δt_am - diferenta de temperatura a amestecului = 30˚C;

m"_a - necesarul de apa pentru realizarea preincalzirii;

c"_a - caldura specifica a apei la temperatura sa medie = 4189 J/kg K;

Δt"_a - diferenta de temperatura a apei = 35˚C;

m"_a =

m"_a =

m"_a = 7517,72 kg/zi

4. Pasteurizarea propriu- zisa

Amestec nepasteurizat: 60 - 90˚C

Abur: 120 - 70˚C

Caracteristici pentru abur:

70˚C ← m r ← 100˚C ← mc_pΔt ← 120˚C

Necesarul de abur pentru pasteurizare este:

m'_am c'_am Δt'_am = m_ab (c_ab Δt_ab + r + c_a Δt_a)

m'_am - debitul amestecului supus pasteurizarii = 10180,21kg/zi;

c'_am - caldura specifica a amestecului la temperatura sa medie = 3600,6 J/ kg K;

Δt'_am- diferenta de temperatura a amestecului nepasteurizat = 30˚C;

m_ab - necesarul de abur pentru realizarea pasteurizarii;

c_ab - caldura specifica a aburului la temperatura sa medie = 2093,4 J/kg K;

Δt_ab- diferenta de temperatura a aburului = 20˚C;

c_a - caldura specifica a apei la temperatura sa medie = 4201 J/kg K;

r - caldura latenta de condensare a aburului = 2201 10³ J/kg;

Δt_a- diferenta de temperatura a apei = 30˚C;

m_ab =

m_ab =

m_ab = 464,20 kg/zi

5. Preracire amestec inainte de omogenizare

Amestec pasteurizat : 90 - 65˚C

Apa rece: 50 - 20˚C

Necesarul de apa rece pentru preracire este:

m"_am c"_am Δt"_am = m_ar c_ar Δt_ar

m"_am - debitul amestecului de inghetata supus preracirii = 10078,4 kg/zi;

c"_am - caldura specifica a amestecului la temperatura sa medie = 3684,4 J/ kg K;

Δt"_am - diferenta de temperatura a amestecului pasteurizat = 25˚C;

m_ar - necesarul de apa rece pentru realizarea racirii;

c_ar - caldura specifica a apei reci la temperatura sa medie = 3994,2 J/kg K;

Δt_ar - diferenta de temperatura a apei reci= 30˚C;

m_ar =

m_ar =

m_ar = 7747,24 kg/zi

6. Racire amestec pentru maturare

Amestec omogenizat : 65 - 4˚C

Apa rece: 55 - 2˚C

Necesarul de apa rece pentru racire este:

m"'_am c"'_am Δt"'_am = m'_ar c'_ar Δt'_ar

m"'_am - debitul amestecului omogenizat supus racirii = 10058,27 kg/zi;

c"'_am - caldura specifica a amestecului la temperatura sa medie = 3597,4 J/ kg K;

Δt"'_am - diferenta de temperatura a amestecului omogenizat = 61˚C;

m'_a - necesarul de apa rece pentru realizarea racirii;

c'_ar - caldura specifica a apei reci la temperatura sa medie = 4183,5 J/kg K;

Δt'_a - diferenta de temperatura a apei reci= 53˚C;

m_ar =

m"_a =

m"_a = 9954,65kg/zi

7. Congelare partiala - freezare

Amestec maturat: 4 - (-5)˚C

Amoniac : -8˚C

Temperatura de vaporizare a amoniacului este t_v = t₁ = t₂ = -8˚C.

Necesarul de amoniac pentru congelare partiala este:

m^IV_am c^IV_am Δt^IV_am= m_NH3 l_v

m^IV_am- debitul amestecului maturat supus freezarii = 10063,32kg/zi;

c^IV_am- caldura specifica a amestecului la temperatura sa medie = 3284,4 J/ kg K;

Δt^IV_am- diferenta de temperatura a amestecului maturat = 9˚C;

m_NH3- necesarul de amoniac pentru realizarea freezarii;

l_v - caldura latenta masica de vaporizare a amoniacului = 1290,6 kJ/kg;

m_NH3=

m_NH3=

m_NH3= 230,48 kg/zi

8. Calire inghetata freezata

Inghetata freezata: -5 - (-18)˚C

Amoniac : -20˚C

Temperatura de vaporizare a amoniacului este t_v = t₁ = t₂ = -20˚C

Necesarul de amoniac pentru congelare totala este:

m_i c_i Δt_i = m'_NH3 l'_v

m_i- debitul inghetatei ambalate supus calirii = 10008kg/zi;

c_i- caldura specifica a inghetatei la temperatura sa medie = 2168,8 J/ kg K;

Δt_i- diferenta de temperatura a inghetatei = 13˚C;

l'_v - caldura latenta de vaporizare a amoniacului = 1329 kJ/kg;

m_NH3=

m_NH3=

m_NH3= 212,32 kg/zi

CAPITOLUL IV

ALEGEREA SI DIMENSIONAREA UTILAJELOR

IV.1 DESCRIEREA PRINCIPALELOR UTILAJE

Principalele utilaje folosite intr-o sectie de producere a inghetatei sunt:

1. Vana pentru pregatirea amestecului tip TVVF

2. Pasteurizator cu placi Tehnofrig

3. Omogenizator K 5 OGA - 60

4. Racitor cu placi Tehnofrig - Cluj

5. Vana de maturare TVVF

6. Freezer continuu Vogt clasic

7. Pompe centrifuge

1. Vana pentru pregatirea amestecului de inghetata tip TVVF - 60

Mixul de poate fi realizat in vane de fermentare care, in lipsa pasteurizatoarelor cu placi sau a altor tipuri de pasteurizatoare, pot fi utilizate si pentru pasteurizarea mixului.

Cel mai des utilizata este vana TVVF, care este formata din doua mantale cilindrice din otel inoxidabil. Mantaua interioara are doi pereti dubli prin care circula agentul de incalzire si o manta exterioara , intre cele doua mantale gasindu-se izolatia termica. Vana este sustinuta de trei picioare reglabile. Controlul si accesul pentru o igienizare buna este asigurat printr-o gura de vizitare prevazuta cu capac rabatabil.

Alimentarea vanei cu ingredientele lichide se poate face print-un racord montat la partea superioara a vanei, cand acestea provin din tancuri de depozitare. Ingredientele solide sunt introduse prin gura de vizitare. Golirea vanei este asigurata prin constructia usor conica a fundului, stutul de golire prevazut cu canea fiind racordat la partea cea mai de jos a fundului conic. Incalzirea vanei se poate face cu apa calda. De asemenea, la fundul vanei mai este prevazut un stut de evacuare a apei calde dintre peretii dubli in cazul in care pentru incalzire se lucreaza cu apa calda.

Vana este prevazuta cu agitator actionat prin intermediul unui motoreductor. Vana este, de asemenea, prevazuta cu un termometru de contact care poate fi pus in legatura cu un ventil automat de admisie agent de incalzire, situat lateral, in partea superioara a vanei, respectiv cu termometru cu cadran care indica temperatura agentului de incalzire.

Caracteristicile tehnice:

capacitate: 6000 l

turatie agitator: 17,5 rot/min

putere instalata: 0,55 kW

diametru agitator: 1590 mm

gabarit: 2325x 1220 x 2335 mm

masa: 881 kg.

2. Pateurizator cu placi Tehnofrig

Pentru pasteurizarea mixului de inghetata se poate folosi un pasteurizator cu placi care este folosit la pasteurizarea smantanii, avand in vedere vascozitatea apropiata a celor doua produse.

Pasteurizatorul se utilizeaza pentru distrugerea formelor vegetative ale microorganismelor existente in amestecul de inghetata. Pasteurizatorul cu placi este format dintr-o serie de placi din otel inoxidabil pe suprafata carora sunt prevazute canale.

Placile formeaza mai multe sectiuni (zone), asfel:

preincalzirea initiala a amestecului de la 30-60˚C prin circulatie in contracurent cu amestecul cald pasteurizat (zona de recuperare I);

pasteurizarea propriu-zisa, unde amestecul atinge temperatura dorita in functie de regimul ales;

revenirea de scurta durata la temperatura de pasteurizare (in functie de regimul ales);

zona de racire cu apa unde temperatura amestecului scade la 65˚C.

Pasteurizatorul de amestec de inghetata se monteaza in cadrul unei instalatii de pasteurizare. In afara aparatului de pasteurizare acesta mai contine un vas cu plutitor, o pompa centrifuga pentru amestec, un ventil de recirculare, un boiler pentru prepararea apei calde, o pompa centrifuga pentru apa calda, armaturi, conducte si robinete.

Caracteristici tehnice:

tip Tehnofrig TIPL - 120

capacitate: 12000 l/ h

putere instalata: 20kW

presiune abur maxima: 4 bar

temperatura intrare amestec: 60˚C

temperatura iesire amestec: 65˚C

timp de mentinere la pasteurizare: 20-40 s

abur (minim 2 bar): 150 bz/ h

apa de retea: 15 m³/ h

suprafata ocupata: 16 m²

masa neta: 3000 kg

tensiune: 220/380 V

frecventa: 50Hz.

3. Omogenizator Dispers 1 Romania

Din punct de vedere constructiv, acest omogenizator este format din urmatoarele parti componente: mecanismul biela-manivela, blocul pistoanelor cu corpurile de omogenizare, supapele de aspiratie si manometrele, batiul cu electromotorul de antrenare si dispozitivul de tensionare.

Principiul de functionare a omogenizatorului este urmatorul: mixul intra printr-o conducta prin cadere libera sau este alimentat cu o pompa in camera de aspiratie. De aici este preluat de cele trei plonjoare, prin jocul de supape si evacuat cu circa 200 kgf / cm² in canalul de refulare spre capul de omogenizare, trecand prin laminare si crestere a vitezei prin spatiul creat intre supapa de omogenizare si scaunul acesteia.

Urmeaza o usoara detenta prin care se realizeaza dispersarea globulelor de grasime in treapta I de omogenizare. Urmeaza o noua laminare in acelasi mod, realizandu-se treapta a II-a de omogenizare, dupa care mixul este evacuat pentru operatiile urmatoare.

Mecanismul biela-manivela se afla intr-o baie de ulei, ungerea realizandu-se in timpul miscarii. Blocul pistoanelor si capul de omogenizare sunt din otel inoxidabil de calitate superioara. Ungerea plonjoarelor se face la exterior cu apa in curent continuu.

Reglarea treptelor de omogenizare se face in general la 150-200 bar in treapta I si la 40-60 bar in treapta a II-a.

Caracteristicile tehnice:

capacitate, l /h : 6200

presiune de lucru, kgf / cm²: 200

temperatura de lucru, ˚C: 60 - 65

putere electromotor, kW: 18,5

turatie motor, rot / min: 1000

turatie arbore, rot / min: 266

numar pistoane: 3

cursa pistoane, mm: 70

numar trepte de omogenizare: 2

masa, kg: 1300

gabarit, mm: 2670 x 1852 x 1530

4. Racitor cu placi Tehnofrig - Cluj

In acest tip de racitor, circulatia mixului se realizeaza pe o parte a placii, iar pe cealalta parte agentul de racire. Numarul de placi si sectiunea canalelor de circulatie a mixului determina debitul aparatului.

Caracteristici tehnice:

capacitate, l/ h: 12000

debit de apa de racire, l/ h: 21000

temperatura apei la intrare, ˚C: 1-2

presiunea de lucru, bar: 4

numar de placi, buc: 58

suprafata de schimb de caldura, m²: 367

gabarite, mm: 1500 x 580 x 1400

greutate, kg: 367.

Avantajele principale ale aparatului cu placi sunt: posibilitatea usoara de curatire si dezinfectare, gabaritul redus si posibilitatea de a varia capacitatea dupa necesitati, deoarece sepot scoate si adauga usor alte placi.

5. Vana de maturare TVVF

Vana de maturare folosita este tip TVVF de constructie romaneasca, confectionata din aluminiu sau otel inoxidabil si care asigura posibilitatea de curatire-dezinfectare si permite supravegherea usoara a procesului de maturare fiind acoperita cu capac.

Vana este prevazuta cu agitator actionat prin intermediul unui motoreductor. Vana este, de asemenea, prevazuta cu un termometru de contact care poate fi pus in legatura cu un ventil automat de admisie agent de incalzire, situat lateral, in partea superioara a vanei, respectiv cu termometru cu cadran care indica temperatura agentului de incalzire.

Caracteristicile tehnice:

capacitate: 6000 l

turatie agitator: 17,5 rot/min

putere instalata: 0,55 kW

diametru agitator: 1590 mm

gabarit: 2325x 1220 x 2335 mm

masa: 881 kg.

6. Freezer cu functionare continua Vogt clasic

Freezerul Vogt clasic este echipat cu doua pompe de mix. Prima pompa este calculata pentru debitul de mix ce trece prin freezer. A doua pompa are un debit de 3 ori mai mare de cat al primei pompe. Intre cele doua pompe se introduce aer printr-o valva reglabila. Amestecul de aer-mix intra in freezer sub presiune si avanseaza de la un capat al freezerului la capatul de evacuare inghetata.

Agitarea mixului in freezer este asigurata de un " mutator ". cilindrul de lucru este inconjurat de doua mantale si anume mantaua care inconjura cilindrul de lucru se aduce amoniac lichid de la acumulatorul de NH₃ iar amoniacul gazos ajunge in cea de-a doua manta, apoi se aduce in acumulator de unde se aspira de catre compresor.

Caracteristici tehnice:

capacitate, kg/h: 12000

grad de crestere in volum, %: 60-100

capacitate vana pentru mix: 3000

gabarit, mm:2140 850 x 1547

masa, kg: 800

putere motor, KW: 10

rotor cu cutite, ture/min: 540

rotatii pompa cu o treapta ture/min:140-240

rotatii pompa cu doua trepte, ture/min: 304-795

temperatura la iesire, sC: -3.-5

Pompe centrifuge

Sunt tipurile de pompe cel mai des folosite la fabricarea inghetatei.Majoritatea acestor pompe lucreaza innecat iar unele realizeaza la aspiratie o depresiune.

Caracteristici tehnice:

tip pompa centrifuga refulanta: TPC 5/25

debit nominal: 25 m³/h

inaltimea de refulare: 25 m

putere motor: 2,2kW

masa neta: 32 kg.

V.1.1 DIMENSIONAREA VANEI DE PREPARARE A AMESTECULUI

Vana de preparare a amestecului este un schimbator de caldura cu manta, are o capacitate de 6000 l amestec de inghetata care initial are o temperatura de 30 sC (t'₁), iar temperatura finala este de 60 sC (t'₂). Incalzirea se face cu apa fierbinte la temperatura de 90 sC (t₁), care iese din vana la temperatura de 80 sC (t₂).

Coeficientul global de transfer termic este de 800 W/ m² K.

Vana are forma cilindrica verticala, cu fund si capac plan.

Consideram ca raportul H/D ≈ 1, coeficientul de umplere φ = 85% iar mantaua se dispune pe intreaga inaltime a vanei.

Q _apa = Q_amestec

Q _apa = m c_p Δt = m_apa c_{p apa} (t₁- t₂),

Unde: - m_apa - cantitatea de apa folosita

- c_{p apa} - capacitatea temica masica a apei

- t₁ - temperatura de intrare a apei in vana

- t₂ - temperatura de iesire a apei din vana

Q_amestec = m c_p Δt = m_amestec c_pamestec (t'₂ - t'₁)

Unde: - m_amestec - cantitatea de amestec folosita

- c_pamestec - capacitatea temica masica a amestecului

- t'₁ - temperatura de intrare a amestecului in vana

- t'₂ - temperatura de iesire a amestecului din vana

Q _apa = Q_amestec m_apa c_{p apa} (t₁- t₂) = m_amestec c_pamestec (t'₂ - t'₁)

ρ_amestec = 988 kg/ m³

ρ = → m = ρ×V = 988×6 = 5928 kg

c_{p apa} = 4193 J/kg K

c_pamestec = 3851,8 J/kg K

m_apa = = = 1,6×10⁴ kg

Q_amestec = m_amestec c_pamestec (60 - 30) = 5928×3851,8×30 = 6,85×10⁵ J

Q = K A ΔT_med =Q_amestec = 6,85×10⁸ J

A_nec =

K - coeficientul total de transmisie a caldurii, W/ m² K

A_nec - aria suprafetei de schimb termic necesara, m²

ΔT_med - diferenta medie de temperatura.

Δt_M = 90 - 60 = 30˚C

Δt_m = 90 - 30 = 60˚C

= = 0,5 < 2 → Δt_{med I} = → Δt_{med I} =

Δt_{med I} = 45˚C

A_nec = = 14,09 m²

Volumul vasului, tinand seama de de volumul lichidului si de coeficientul de umplere al vasului, este:

V_u = 6000 l = 6 m³

V_t = = = 7,06 m

V_t = H

D ≈ H

V_t = → D = → D = → D = 2,106 m

Se alege D_i = 2,1 m

H = = = 2,16 m

Conform geometriei vasului, aria suprafetei de schimb de caldura se calculeaza cu relatia:

A_g = п D H_l + (m)

Unde: H_l - inaltimea pana la care se ridica lichidul in vas;

φ = = =

φ = → H_l = φ H = 0,85 2,16

H_l = 1,73 m

A_g = п D (H_l + ) = 3,14 2,1 (1,73 + )

A_g = 14,86 m²

Aria de transfer termic rezultata din geometria vasului este suficienta pentru realizarea incalzirii, comparativ cu aria de transfer termic necesara.

V.1.2 DIMENSIONAREA RACITORULUI CU PLACI

Pentru racirea amestecului omogenizat de la temperatura de 65˚C la temperatura de 4˚C se foloseste un schimbator de caldura cu placi cu doua zone de tip Tehnofrig (T-10000).

In prima zona racirea se face cu apa de la retea cu temperatura de 14˚C pana ce mixul ajunge la temperatura de 30˚C. Temperatura finala a apei in prima faza este de 34˚C.

In a doua zona racirea se face cu apa racita cu temperatura initiala 2˚C si temperatura finala 10˚C.

I Bilantul caloric pentru fiecare zona

A. Zona I

t₁ = 65˚C t_ai = 14˚C

t₂ = 30˚C t_af = 34˚C

M_am c_am (t₁ - t₂) = W_a c_a (t_af - t_ai) + Q_p

Q_p = 0 se neglijeaza pierderile de caldura

W_a =

M_am = cantitatea de amestec omogenizat supus racirii = 10058,27 kg/h

W_a = = 15507,58 kg/h

B. Zona aII-a

t₂ = 30˚C t_{ar i} = 2˚C

t₃ = 4˚C t_{ar f} = 10˚C

M_am c_am (t₂ - t₃) =W_ar c_ar (t_{ar f} - t_{ar i}) + Q_p

Q_p = 0

W_a =

W_ar = = 30174,81 kg/h

II Calculul suprafetei de schimb de caldura pentru fiecare zona

A. Zona I

A_I = ,(m²)

Q_trI = M_am c_am (t₁ - t₂)

Q_trI = 3694,4 (65 - 30)

Q_trI = 36 10⁴ W

Δt_M = 65 - 34 = 31˚C

Δt_m = 30 - 14 = 16˚C

= = 1,94 < 2 → Δt_{med I} = → Δt_{med I} =

Δt_{med I} = 23,5˚C

Calculul coeficientului global de transfer de caldura

k₁ = , (W/ m² K)

unde: α₁ - coeficientul partial de transfer de caldura convectiv pentru amestecul de

amestecul de inghetata, m/(m² K);

α₂ - coeficientul partial de transfer de caldura convectiv pentru apa de racire,

m/(m² K);

δ - grosimea placii, m;

λ - conductivitatea termica pentru otel inoxidabil, W/(m K).

Caracteristicile placii Tehnofrig T-10.000 sunt:

lungimea L = 1530 mm

latimea l = 410 mm

grosimea δ_p = 1 mm

aria suprafetei de transfer A₀ = 0,5 m²

distanta dintre placi δ_c = 3 mm

aria sectiunii de curgere S₀ = 175 10^-5 m²

diametrul echivalent d_ech = 9,5 mm

grosimea placii de capat δ_pc = 110 mm

grosimea placii intermediare δ_pi = 72 mm

Ecuatia criteriala este:

Nu = 0,0645 Re^0,78 Pr^0,46 ( )^0,25

1,05 pentru incalzire

( )^0,25 =

0,95 pentru racire

Calculul lui α₁ (amestec de inghetata)

Re = ; Nu = ; Pr₁ =

Unde: c,ρ,η,λ - caracteristicile amestecului de inghetata la temperatura medie, t_{med I}.

t_{med I} = = = 47,5˚C

Stiind ca w_optim = 0,2 - 0,8 m/s, se adopta w_am = 0,7 m/s.

Din ecuatia continuitatii debitului:

= m₁ w S₀ , (m³/s)

Se calculeaza m₁ - numarul de canale pentru o singura trecere

m₁ = = =

Se alege m₁ = 2 canale.

Se recalculeaza viteza reala

w_r = = = 0,732 m/s.

Caracteristicile termofizice ale amestecului de inghetata la temperatura sa medie din zona I si II sunt:

Re₁ = = 4417,16

Pr₁ = =

Nu₁ = 0,0645 (4417,16)^0,78 (11,03)^0,46 0,95 = 128,84

α₁ = = = 5928 W/ (m² K)

Calculul lui α₂ (apa)

Caracteristicile termofizice pentru apa la temperatura sa medie din zona I si II:

= → = → m₂ = 4 canale

Viteza de curgere a apei intre placi:

w = = = 0,41 m/s.

Re₂ = = 4383,74

Nu₂ = 0,0645 (4383,74)^0,78 (6,94)^0,46 1,05 = 114,68

α₂ = = = 6279 W/ (m² K)

k₁ = = 2523,39 W/ (m² K)

λ_Olinox = 14,7 W/ (m K)

A _I = = 6,07 m².

B. Zona II

A_II = ,(m²)

Q_trII = M_am c_am (t₂ - t₃)

t_{med II} = = = 17˚C

Q_trI = 4055,6 (30 - 4)

Q_trII = 294 10³ W

Δt_M = 30 - 4 = 26˚C

Δt_m = 10 - 2 = 8˚C

= = 3,25 > 2 → Δt_{med II} = → Δt_{med II} =

Δt_{med II} = 15,2˚C

Calculul coeficientului global de transfer de caldura

k₂ = , (W/ m² K)

unde: α₁ - coeficientul partial de transfer de caldura convectiv pentru amestecul de

amestecul de inghetata, m/(m² K);

α₂ - coeficientul partial de transfer de caldura convectiv pentru apa de racire,

m/(m² K);

δ - grosimea placii, m;

λ - conductivitatea termica pentru otel inoxidabil, W/(m K).

Calculul lui α₁ (amestec de inghetata)

Re = ; Nu = ; Pr₁ =

Unde: c,ρ,η,λ - caracteristicile amestecului de inghetata la temperatura medie, t_{med I}.

Din ecuatia continuitatii debitului:

= m₁ w S₀ , (m³/s)

Se calculeaza m₁ - numarul de canale pentru o singura trecere

m₁ = = =

Se alege m₁ = 2 canale.

Se recalculeaza viteza reala

w_r = = = 0,728 m/s.

Re₁ = = 3158,3

Pr₁ = =

Nu₁ = 0,0645 (3158,3)^0,78 (15,31)^0,46 0,95 = 115,32

α₁ = = = 5988 W/ (m² K)

Calculul lui α₂ (apa)

Caracteristicile termofizice pentru apa la temperatura sa medie din zona I si II:

= → = → m₂ = 6 canale

Viteza de curgere a apei racite in canale:

w = = = 0,43 m/s.

Re₂ = = 2916,98

Nu₂ = 0,0645 (2916,98)^0,78 (9,29)^0,46 1,05 = 94,93

α₂ = = = 5866 W/ (m² K)

k₂ = = 2469,13 W/ (m² K)

λ_Olinox = 14,7 W/ (m K)

A _II = = 7,83 m².

Deoarece in calcul nu s-a tinut cont de pierderile de caldura, de depunerile pe suprafata de schimb de caldura si nici de coeficientul de utilizare a suprafetei, se majoreaza aria suprafetei determinata teoretic cu 10-20%.

A_{I real} = 1,1 6,07= 6,67m²

A_{II real} = 1,1 7,83 = 8,61m²

III Calculul numarului de placi pe zona

n =

A - suprafata placilor din zona;

A₀ - suprafata unei placi.

A. Zona I

n_I = = 13,35 ≈ 13 placi

B. Zona II

n_II = = 17,22 ≈ 17 placi

IV Calculul lungimii zonelor

L = n δ + (n-1) d,

Unde: δ - grosimea placii = 1 mm = 1 10^-3 m;

n - numarul de placi;

d - distanta dintre placi = 3 10^-3 m.

A. Zona I

L = 13 10^-3 + (13-1) 3 10^-3 = 0,049 m

B. Zona II

L = 17 10^-3 + (17-1) 3 10^-3 = 0,065 m

V Calculul lungimii racitorului cu placi

L_r = L_z1 + L_z2 + 2 L_pc + L_pi

Unde: - L_r - lungimea activa a racitorului cu placi;

- L_z1 - lungimea primei zone de racire;

- L_z2 - lungimea celei de-a doua zone de racire;

- L_pc - lungimea placii de capat;

- L_pi - lungimea placii intermediare

L_r = 0,049 + 0,065 + 2 0,11 + 0,072

L_r = 0,46 m