Refrigerarea cu aer racit

Refrigerarea cu aer racit

Refrigerarea cu aer racit este metoda cea mai raspandita datorita in primul rand faptului ca este pretabila marii majoritati a produselor alimentare.

Indiferent de natura si caracteristicile produselor supuse racirii si de sistemul constructiv utilizat, un spatiu de refrigerare cu aer cuprinde in esenta urmatoarele elemente:

a) o incinta izolata termic;

b) produse alimentare supuse racirii;

c) schimbatorul de caldura in care este racit aerul (vaporizatorul instalatiei frigorifice aferente, racitorul de aer cu agent intermediar s.a.).

d) circulatia aerului intre racitor-produse-racitor.

Aerul, la trecerea peste racitorul de aer, isi scade temperatura si isi reduce umiditatea absoluta, iar la trecerea peste produse se incalzeste si se umidifica.

Procesul de refrigerare se poate realiza:

in mod discontinuu (in sarje), caz in care spatiul de racire este incarcat cu produsele calde care raman in pozitie fixa pana la terminarea procesului de refrigerare;

in mod continuu caz in care in spatiul de racire sunt introduse continuu produsele calde care parcurg spatiul racit (perioada de timp in care sunt refrigerate) si tot in mod continuu sunt evacuate produsele deja refrigerate;

in mod semicontinuu caz in care la anumite intervale de timp sunt introduse in spatiul racit produse calde si concomitent evacuate produsele deja refrigerate.

Principalii parametri ai aerului utilizat intr-un proces de refrigerare sunt temperatura, umiditatea relativa si viteza la nivelul produselor.

Temperatura aerului de racire in cazul sistemelor de refrigerare discontinue sau semicontinue este variabila tot timpul procesului de racire, avand valori mai ridicate la inceputul procesului si ajungand in final la valori de 4°C10°C mai scazute decat temperatura produselor refrigerate.

In cazul sistemelor de racire continue, deoarece sarcina termica este aproximativ constanta pe toata durata procesului, temperatura aerului isi mentine practic aceeasi valoare in tot timpul racirii. Nivelele temperaturilor aerului in aceste cazuri sunt net mai coborate decat in cazul sistemelor discontinue, ajungand la -0°C-18°C in tehnologiile de refrigerare rapida a carnii in carcase. Refrigerarea poate fi realizata cu unul sau mai multe nivele ale temperaturii aerului.

Deoarece viteza de racire este apreciabila, refrigerarea avand o durata de cateva ore, produsele prezinta diferente notabile intre temperaturile centrului lor termic si temperaturile suprafetelor. De aceea, sistemele de refrigerare continua cuprind, in general doua faze. In prima faza se realizeaza refrigerarea propriu-zisa, extragandu-se de la produs cea mai mare parte a caldurii necesara refrigerarii, iar in faza a doua se desavarseste refrigerarea si se realizeaza egalizarea temperaturilor produsului. De cele mai multe ori, faza a doua este discontinua. Durata acesteia este mai mare decat durata refrigerarii propriu-zise.

Viteza aerului in spatiile de refrigerare are o importanta determinata asupra duratei procesului de racire. Alegerea unei anumite viteze a aerului la nivelul produselor racite este determinata in functie de durata impusa a procesului de racire.

Pornind de la viteze ale aerului corespunzatoare convectiei naturale (0,1 m/s0,4 m/s), cresterea vitezei aerului prin intermediul ventilatoarelor, conduce la cresterea vitezei de racire prin cresterea coeficientului de convectie termica la suprafata produsului, . Aceasta crestere a coeficientului de convectie termica este considerabila pana la o anumita valoare a vitezei aerului, dupa care cresterea in continuare a vitezei aerului conduce la cresteri neinsemnate ale coeficientului de convectie. In afara acestui aspect legat de cresterea vitezei aerului in vederea maririi vitezei de racire, exista si aspecte legate de consumul de energie necesar vehicularii aerului si aspecte legate de transferul caldurii in interiorul produsului. Intr-adevar, in timp ce coeficientul de convectie termica este proportional cu o putere subunitara a vitezei aerului, caderile de presiune pe circuitul aerului sunt, teoretic, proportionale cu patratul vitezei aerului, iar energia necesara antrenarii ventilatoarelor, E, este (tot teoretic) proportionala cu cubul vitezei aerului:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

in care A, B C sunt constante in raport cu viteza aerului, iar exponentul n mai mic decat 1.

Cele de mai sus conduc la necesitatea ca viteza aerului sa fie marita numai pana la o valoare limita peste care consumul de energie electrica la ventilatoare devine prohibitiv de mare in comparatie cu avantajele pe care le aduce. In plus, cresterea vitezei aerului determina o scadere importanta a temperaturii suprafetei produsului datorita rezistentei termice conductive care se opune propagarii caldurii dinspre centrul termic al produsului spre suprafata acestuia. Scaderea temperaturii suprafetei produsului determinata de cei doi factori, cresterea coeficientului de convectie ca urmare a cresterii vitezei aerului si respectiv imposibilitatea propagarii caldurii cu aceeasi intensitate prin conductie de la centrul produsului spre suprafata) conduce la scaderea diferentei dintre temperatura suprafetei produsului si cea a aerului. Acest fapt conduce la micsorarea fluxului de caldura de la produs spre aer si, deci, la franarea transferului de caldura, ceea ce nu justifica cresterea vitezei aerului peste anumite valori.

Trebuie, in sfarsit, mentionat si faptul ca odata cu marirea vitezei aerului la nivelul produselor cresc si pierderile in greutate ca urmare a intensificarii transferului de masa la suprafata produselor. Aceasta crestere a pierderilor in greutate este insa, in general, compensata pe total proces datorita scaderii duratei de racire, asa incat este de asteptat ca la viteze mai mari ale aerului, pierderile totale in greutate ale produselor sa fie mai mici.

O problema de o deosebita importanta practica este asigurarea unei distributii cat mai uniforme a vitezelor aerului in spatiul de refrigerare in asa fel incat toate produsele supuse racirii sa beneficieze de conditii similare de racire. O distributie neuniforma a aerului in spatiul de refrigerare conduce la prelungirea duratei totale a procesului datorita zonelor in care vitezele aerului la nivelul produselor sunt mai mici, produsele din aceste zone ramanand in urma celorlalte produse din punct de vedere al racirii.

Asigurarea unor conditii similare de racire pentru toate produsele din spatiul de refrigerare se realizeaza prin alegerea unui sistem adecvat de distributie a aerului si printr-o corecta asezare a produselor in corelare cu sistemul concret de recirculare a aerului.

Umiditatea aerului poate influenta asupra pierderilor in greutate a produselor supuse refrigerarii. In acest sens sunt recomandate umiditati cat mai ridicate ale aerului pentru a se obtine pierderi in greutate mai mici.

Spatiile tehnologice in care se realizeaza refrigerarea pot fi conventional impartite in tunele de refrigerare si camere de refrigerare Refrigerarea in aer se mai poate realiza si in aparate specifice de refrigerare pentru anumite grupe de produse, aparate care vor fi descrise in capitolele de aplicatii ale tehnologiilor frigorifice.

Tunelele de refrigerare sunt spatii care, in general, au lungimea de 35 ori mai mare decat latimea. Vitezele aerului in tunelele de refrigerare incarcate cu produse au valori cuprinse intre 1 m/s si 2 m/s, putand ajunge si la valori mai mari in cazul tunelelor de refrigerare rapida.

In functie de natura produselor racite, tunelele de refrigerare pot fi cu circulatie predominant longitudinala, predominant transversala sau predominant verticala.

In cazul circulatiei predominant longitudinala, racitorul de aer 1 poate fi montat la un capat al tunelului (v. fig. 8.1), deasupra tavenului fals 5, sau pe peretele lateral in lungul tunelului, in acest din urma caz circulatia longitudinala a aerului realizandu-se in plan orizontal (in locul tavanului fals fiind prevazut un perete lateral fals). Ventilatorul 2 aspira aerul din tunel, il trece peste racitor si-l trimite in tunel prin gura de refulare amplasata la capatul opus, dupa ce aerul parcurge canalul format de planseul tunelului si tavanul fals 5. Aerul trece printre produsele 4 asezate pe rastele, carucioare sau suspendate pe carlige agatate de linii aeriene. Aerul parcurge astfel tunelul de-a lungul lui si pentru o mai intensa spalare cu aer a produselor, se monteaza, uneori, sicanele 6.

In cazul circulatiei transversale, racitoarele sunt montate pe un perete lateral al tunelului. Aerul, dupa ce trece peste racitor, este refulat in tunel pe care il parcurge transversal. Pentru obtinerea aceleiasi viteze a aerului, in cazul tunelelor cu circulatie transversala, debitele de aer sunt mult mai mari decat in cazul tunelelor cu circulatie longitudinala din cauza sectiunilor mai mari de curgere a aerului.

Tunelele de refrigerare cu circulatie verticala a aerului se folosesc in special la racirea carnii in carcase. Sunt prevazute cu un plafon fals cu fante. In spatiul dintre planseu si tavanul fals se realizeaza o camera de presiune constanta care permite o distributie uniforma a aerului la nivelul carcaselor.

Tunelele de refrigerare cu functionare continua sunt prevazute cu conveiere prin intermediul carora se asigura in permanenta introducerea si evacuarea produselor racite.

Camerele de refrigerare sunt spatii in care racirea este mai lenta decat in cazul tunelelor de refrigerare datorita vitezelor de aer mai mici. Debitele ventilatoarelor sunt determinate de viteza de racire care se urmareste a se realiza, de natura si dimensiunile produselor, de sistemul de distributie al aerului s.a. Vitezele de aer au valori peste 0,3 m/s, ceea ce corespunde in general la 50100 recirculari orare (numarul de recirculari se defineste prin raportul dintre volumul de aer vehiculat de ventilatoare timp de o ora si volumul spatiului de racire).

Distributia aerului in camera se realizeaza fie prin refulare directa si aspiratie libera (caz in care se utilizeaza racitoarele de aer montate pe perete, pe tavan sau pardosea), fie printr-un sistem de canale de refulare si aspiratie prevazute cu fante si orificii.

O importanta deosebita pentru obtinerea vitezelor de racire scontate intr-o camera de refrigerare o are modul de asezare a produselor in spatiul de refrigerare. Asezarea trebuie facuta astfel incat sa se asigure o circulatie uniforma a aerului pe langa fiecare produs. Interspatiile dintre produse trebuie orientate in directia de curgere a aerului in asa fel incat sa nu se obtina caderi prea mari de presiune, pe circuitul aerului.

Uneori, refrigerarea este urmata de o depozitare in stare refrigerata care se poate face fie in acelasi spatiu (cel mai adesea), fie in camere de depozitare construite asemanator cu camerele de refrigerare, dar la care puterea frigorifica instalata la racitoarele de aer si intensitatea circulatiei aerului sunt mult mai mici.