INSTALATII PENTRU REALIZAREA MICROCLIMATULUI IN INDUSTRIA ALIMENTARA

INSTALATII PENTRU REALIZAREA MICROCLIMATULUI IN INDUSTRIA ALIMENTARA

1. Generalitati

Prin microclimatul dintr-un spatiu de productie se intelege totalitatea factorilor de mediu: temperatura, umiditatea relativa a aerului, compozitia aerului, miscarea aerului, presiunea, lumina, radioactivitatea, suprafata geamurilor, orientarea constructiei, izolatia termica, izolatia fonica etc.

In functie de specificul activitatii care depinde de subramura industriala si de procesul tehnologic folosit, in spatiile de productie se degaja in permanenta vapori si gaze nocive, totodata temperatura poate depasi in plus sau minus valorile normale. Toate acestea pot conduce la cresterea activitatii bacteriene, influentand direct calitatea produselor si la disconfortul muncitorilor.

Cele mai importante cauze de viciere si de crestere a temperaturii aerului sunt:

degajarile mari de caldura care se produc in salile de cazane, sectiile de fierbere, distilare, cuptoare de paine.;

gazele care se degaja in diverse procese tehnologice din industriile dextrinei, fermentatiei spirtului, berii etc.;

praful, aproape nelipsit in silozurile de cereale, industria moraritului etc.

In astfel de incaperi, necesitatea evacuarii aerului viciat si inlocuirea lui cu aer proaspat, este o conditie pentru securitatea muncii si igiena sociala a muncitorilor.

Asigurarea microclimatului in spatiile de productie se realizeaza prin ventilarea si incalzirea acestora, dupa caz racirea lor, umectarea si filtrarea aerului.

In anumite conditii deosebite de microclimat se efectueaza conditionarea aerului cu instalatii care pot efectua filtrarea, incalzirea sau racirea lui, umectarea aerului, retinerea picaturilor si preincalzirea aerului introdus de catre ventilator si uneori vidarea unor spatii de ambalare a produselor.

2. Instalatii de ventilatie

2.1. Destinatia si clasificarea instalatiilor de ventilatie

Ventilatia, dupa modul cum se realizeaza schimbul de aer intre interiorul si exteriorul unei incinte, este de doua feluri: naturala si artificiala (mecanica).

Ventilatia naturala realizeaza schimbul de aer intre interiorul si exteriorul unei hale de productie, datorita curentilor naturali care se formeaza. Ventilatia naturala este de doua feluri: neorganizata si organizata. In cazul ventilatiei naturale neorganizate, schimbul de aer se realizeaza prin canale si orificii construite in acest scop. Canalele folosite in cazul ventilatiei naturale organizate sunt de doua feluri: canale de admisie a aerului proaspat si canale de evacuare a aerului viciat. Canalele au sectiune patrata, dreptunghiulara sau circulara. Canalele de admisie sunt realizate scurte sau lungi. Gurile de admisie a aerului proaspat pot fi amplasate in acoperis (prize de aer tip deflector) sau in pereti la distanta minima de pardoseala de 2,5 m (prize cu jaluzele).

Fig. 1. Ventilatia naturala:

1 - canal de evacuare a aerului; 2 - canal de admisie.

Canalele de evacuare scurte, lungi si combinate. Aceste canale au pe peretii laterali jaluzele reglabile, la partea inferioara - clapeta reglabila pentru circulatia aerului, la partea superioara - aparatoare de protectie impotriva precipitatiilor.

Ventilatia naturala organizata asigura un climat corespunzator cand exista o diferenta de temperatura intre interiorul si exteriorul halei.

Ventilatia mecanizata realizeaza schimbul de aer cu ajutorul ventilatoarelor.

Instalatia de ventilare mecanizata asigura un climat optim, daca se realizeaza o primenire suficienta a aerului.

Dupa modul cum se realizeaza schimbul de aer ventilatia mecanizata poate fi:

prin depresiune (absorbanta),

prin suprapresiune (refulanta) si

cu presiune echilibrata.

Ventilatia mecanizata prin depresiune (Fig. 2.a) se realizeaza prin aspirarea aerului viciat din incinta si crearea unei depresiuni constante in interior. Aerul proaspat patrunde in orificii si canale, datorita diferentei de presiune existente intre interior si exterior, inlocuind aerul viciat evacuat de ventilatoarele exhaustoare.

Instalatia de ventilare prin depresiune are o constructie mai simpla, exploatarea este mai usoara si creeaza in hala un microclimat mai bun in comparatie cu instalatia de ventilare prin supraprapresiune.

Ventilatia mecanizata cu presiune echilibrata (mixta) este aceea la care are loc concomitent aspirarea aerului viciat din hala si evacuarea lui la exterior, precum si introducerea lor in incinta. Acest sistem mentine o anumita presiune in hala; pentru realizarea acestei presiuni exista ventilatoare (Fig. 2.c) care evacueaza aerul viciat si ventilatoare care introduc aerul proaspat, ce va fi incalzit pe timp rece. Instalatia de ventilatie mixta este alcatuita din canale de evacuare a aerului viciat, canale de introducere a aerului proaspat, ventilatoare, motoare electrice, baterii de incalzire, relee cu termostat si tablou de comanda si protectie.

Fig. 2. Schema instalatiilor de ventilatie:

a - aspiranta: 1 - gura de aspiratie; 2 - canale de aer, 3 - ventilator; 4 - gura de refulare;

b - refulanta: 1 - priza de aer; 2 - ventilator; 3 - baterie de incalzire; 4 - canale de aer;

5 - gura de refulare;

c - cu presiune echilibrata: 1 - guri de aspiratie; 2 - canale de aer; 3 - ventilatoare;

4 - gura de refulare; 5 - priza de aer; 6 - baterie de incalzire; 7 - guri de refulare.

2.2. Elemente componente ale instalatiilor de ventilatie

Instalatiile de ventilatie cuprind:

Prizele de aer

Prizele de aer sunt constructii verticale amplasate in loc protejat de vant, radiatii solare, praf si alte surse de poluare atmosferica. Orificiile de aspiratie se protejeaza cu gratare avand ochiuri nu prea mari, sau rame cu jaluzele pentru protectia canalelor de aer. Canalele de aer se pot prevedea cu clapete de inchidere, cu rol de a impiedica murdarirea canalului pe durata repaosului in exploatare. Amplasarea prizei se face, de preferinta, la nivelul superior al cladirii.

Filtrele pentru aer

Filtrarea aerului poate fi asigurata cu ajutorul filtrelor cu saci, filtrelor celulare din tesaturi speciale (vata de sticla) sau in cazuri deosebite, prin utilizarea electrofiltrelor cu folosirea efectului corona negativ.

Instalatiile de ventilare simple pot fi inzestrate cu umidificatoare, atunci cand se impune si o sporire a umiditatii aerului.

Utilaje pentru incalzirea si racirea aerului

Utilajele pentru incalzirea aerului folosesc, de obicei, schimbatoare de caldura cu tevi cu aripioare, incalzite cu abur sau cu apa calda, asamblate in forma unor registre. Acestea pot fi folosite in regim de racire, daca agentul de schimb va fi, pentru racire apa - gheata sau saramura racita. Registrele formeaza baterii care pot fi cuplate atat in serie (la incalzitoare), cat si paralel (la racitoare).

De regula agentul de racire va circula in contracurent cu aerul.

Ventilatoarele

Dupa constructia lor sunt de mai multe feluri: axiale (Fig. 3) radiale (Fig. 4) si

radial-axiale. Ventilatoarele radiale se mai numesc si ventilatoare centrifugale.

Fig. 3. Ventilatorul axial:

1 - orificiu de aspiratie; 2 - rotor cu palete; 3 - orificiul de refulare cu jaluzele.

Fig. Ventilatorul radial:

1 - motor electric; 2 rotor; 3 - palete; 4 - conducta de refulare; 5 - gura de aspiratie.

Ventilatoarele folosite in instalatiile de ventilatie au anumite caracteristici, dupa care pot fi alese. Aceste caracteristici sunt: debitul, presiunea totala, turatia si puterea necesara pentru actionare.

Alegerea ventilatoarelor consta din urmatoarele operatii:

se alege pozitia de montaj a ventilatorului centrifugal (Fig. 5) astfel incat la racordarea acestuia la instalatie traseul canalelor de aspiratie sau refulare sa fie cat mai scurt;

calculul debitului masic de aer Q_a [m³/h] necesar: se poate face in functie de continutul in vapori de apa din aerul incintei, continutul de caldura al aerului sau continutul de gaze nocive a halei.

Fig. 5. Pozitia de montaj a ventilatorului centrifugal

Pe cale experimentala sunt stabilite norme de ventilatie pentru diferite sectoare de activitate industriala pe diferite anotimpuri si zone climaterice.

Frecventa schimbului de aer (F) se afla din relatia:

, [schimburi / h] (1)

in care: - debitul masei de aer, m³/h;

V - volumul incintei, m³.

Numarul de ventilatoare necesar pentru o hala se calculeaza cu formula:

, buc. (2)

in care: este debitul ventilatorului, m³/h.

Viteza aerului in canale se alege intre 1 si 14 m/s. In sectoarele cele mai indepartate de ventilator viteza se alege intre 1 si 3 m/s, iar in sectoarele cele mai apropiate de ventilator intre 8 si 14 m/s.

Calculul presiunii necesare

Cunoscand reteaua de distributie a aerului, se calculeaza pierderile de presiune liniare si locale, considerate pe traseul de rezistenta maxima.

Pierderile liniare de sarcina se pot evalua din monograme (anexa 1, 2) cu relatia:

, [Pa (3)

in care: H - pierderea de sarcina liniara pe 1 m de conducta orizontala, m.

Pentru determinarea pierderilor locale totale de presiune , se utilizeaza relatia:

, [Pa] 

in care: - coeficientul de rezistenta locala;

_i - viteza aerului, m/s;

- densitatea aerului.

Coeficientii se aleg din tabelul 1 si figura 6.

Pierderile totale de presiune vor fi:

, [Pa]  (5)

Presiunea necesara ventilatorului va fi cel putin egala cu .

Cunoscand debitul de aer necesar si presiunea ventilatorului, se alege, ventilatorul cu ajutorul monogramei (anexa 3), sau din cataloage indicandu-se puterea, turatia, nivelul de zgomot si fabrica producatoare.

3. Instalatii de incalzire

Pentru a dirija factorii de microclimat din spatiile de productie este necesara asigurarea echilibrului bilantului termic al acestora. Pentru o anumita perioada de timp acest bilant se exprima cu ecuatia:

, (6)

in care: - caldura existenta in sistem, J;

- caldura data de instalatia de incalzire, J;

- pierderile de caldura prin pereti, J;

- caldura ramasa in sistem, J;

- caldura evacuata in sistem, J.

Caldura existenta in sistem () este asigurata de sursele interioare (aparate, cazane duplicat etc.), care in procesul de productie este furnizata constant.

Pierderile de caldura prin pereti se determina cu relatia:

, (7)

in care: K - coeficientul de transfer de caldura, calculat pentru fiecare fel de material, W/m² grd.;

A - suprafata totala (pereti, tavan, ferestre etc.), m²;

- diferenta de temperatura dintre cea din interior si cea din exterior, grd.

Caldura este un factor important al asigurarii microclimatului, influentand asupra sanatatii muncitorilor si asupra factorilor de dirijare a productiei.

Instalatii de incalzire dupa modul de amplasare a sursei energetice pot fi:

instalatii pentru incalzire centrala, cand sursa de caldura se gaseste in alta incapere decat cea pe care o incalzeste. Cele mai folosite instalatii de incalzire centrala functioneza cu abur, apa calda sau aer incalzit.

instalatii pentru incalzire locala, cand sursa de incalzire se gaseste la locul ce se incalzeste. Instalatiile pentru incalzirea locala folosesc caldura degajata prin arderea unui combustibil in sobe sau caldura degajata de surse electrice.

3.1. Instalatii de incalzire centrala

O instalatie de incalzire centrala este alcatuita din urmatoarele elemente: cazanul in care se produce caldura, reteaua de conducte pentru dirijarea fluidului incalzitor, corpurile de incalzire, vase de expansiune si aparatele de masura si reglare.

Cazanele sunt pentru apa calda (sub 100⁰ C) si cazane de abur de diferite presiuni.

Caldura cedata de un combustibil, prin arderea acestuia in focarul cazanului, se transmite si este acumulata de apa sau serveste transformarii apei in abur.

Dupa modul de constructie intalnim: cazane sectionale de forma paralelipipedica, asamblate din mai multe elemente usor demontabile si cazane cilindrice asezate orizontal sau vertical din elemente nedemontabile. Dupa suprafata de incalzire cazanele sectionale se construiesc in patru tipuri: tipul I de 6-12 m²; tipul II de 14-30 m²; tipul III de 33-81 m² si tipul IV de 85-120 m².

Cazanele din otel sunt construite din tevi sudate si racordate cu distribuitorul de apa si cu colectorul de apa fierbinte sau de abur.

La toate cazanele focarul se samoteaza cu caramida refractara iar la exterior se izoleaza termic si se protejeaza cu o manta din tabla.

Alimentarea cu combustibila a cazanelor

Combustibilul utilizat poate fi gazos, lichid sau solid.

In cazul combustibilului lichid, acesta se depoziteaza in rezervoare ingropate, pentru mai multe luni de zile. Din rezervorul mare, combustibilul este ridicat cu o pompa, in rezervorul de zi plasat in sala cazanelor la inaltime, de unde prin cadere libera trece in injector. Injectoarele pulverizeaza combustibilul si il amesteca cu aer, spre a asigura arderea cat mai completa a acestuia. Marimea injectorului pentru cazan este aleasa incat debitul acestuia sa fie de 1,5 kg/h pentru fiecare metru patrat de incalzire a cazanului. Debitul de aer se regleaza pentru ca pe cosul de fum sa nu se observe fum negru (debit insuficient), dar nici prea mare care ar scadea randamentul termic prin vehicularea unei cantitati prea mare de aer in cazan.

Alimentarea cu apa a cazanelor

Se realizeaza direct de la reteaua de apa sub presiune. Periodic, prin control, se completeaza nivelul apei din rezervorul de expansiune (in cazul cazanelor de abur, completarea se face cu condensul recuperat).

Armaturile de siguranta

Au rolul de a evacua in atmosfera surplusul de abur. Cazanele de presiune medie se prevad cu armaturi metalice (ventile normal - supape de siguranta).

Schimbatoare de caldura

Sunt aparate folosite in instalatiile termice pentru transferul continuu al caldurii, de la un agent primar (cu temperatura mai mare) la un agent termic secundar (cu temperatura mai mica).

Dupa destinatie, se clasifica in incalzitoare, vaporizatoare, condensatoare si recuperatoare de caldura.

Incalzitoarele pot fi calorifere, baterii de incalzire, serpentine de incalzire etc.

Vaporizatoarele si condensatoarele se utilizeaza in instalatii frigorifice si calorifice pentru transportul dinamic al caldurii.

Recuperatoarele de caldura se intrebuinteaza pentru valorificarea resurselor termice secundare. In aceasta categorie se includ boilerele (pentru incalzirea ape in timp) si aparatele in contracurent.

Instalatia de incalzire centrala cu abur

In figura 7 este prezentata schema unei centrale termice cu generator de abur.

Instalatia functioneaza in felul urmator: aburul produs de generator circula prin conducte la corpurile de incalzit, unde are loc schimbul de caldura cu aerul din incapere care se incalzeste. Apa rezultata prin condensarea aburului, circula spre bazinul de acumulare, de unde, cu ajutorul unei pompe este reintrodusa la cazan.

Fig. 7. Schema unei centrale termice cu generator de abur: 1 -

Instalatia de incalzire cu apa calda

Instalatia de incalzire centrala cu apa calda poate fi de doua feluri: cu apa incalzita sub

100⁰ C si cu apa supraincalzita la 150-180⁰ C, sub presiune.

Instalatia de incalzire centrala cu apa sub 100⁰ C poate asigura circulatia apei prin termosifon datorita diferentei greutatii specifice a apei calde si a celei reci sau fortat cu ajutorul unei pompe (Fig. 8).

In primul caz, apa incalzita datorita diferentei de greutate specifica circula prin conducte la corpurile de incalzit din incaperi, unde are loc schimbul de caldura. Apa racita se reintoarce la generator, pentru incalzire.

In al doilea caz, apa incalzita este trimisa prin conducte la corpurile de incalzit cu ajutorul unei pompe.

Instalatia de incalzire centrala cu apa incalzita sub 100⁰ C este formata din generator de apa calda, conducte de tur si retur, corpuri de incalzit, pompe, vase de expansiune, dispozitive de comanda si reglaj, aparate de masura si control etc.

Fig. 8. Schema unei instalatii de incalzire cu apa calda:

a - cu circulatia gravitationala a apei;

b - cu circulatia apei datorita pompei (prin presiune);

1 - generator de apa 2 - radiator; 3 - conducta de tur; 4 - conducta de retur; 5 - vas de expansiune; 6 - vas de dezaerisire; 7 - pompa.

Instalatia de incalzire centrala cu aer

Sunt foarte raspandite avand o constructie simpla, deoarece nu au corpuri de incalzit. Dezavantajul acestor instalatii este randamentul lor scazut.

Instalatiile de incalzire cu aer numite si aeroterme, dupa agentul termic pot fi: cu abur, cu apa de incalzire si electrice. Dupa modul de lucru sunt fixe si mobile.

In figura 9 este redata constructia unei aeroterme fixe cu apa calda sau cu abur. Aerul aspirat de catre ventilator (de la exteriorul halei sau din interior) este refulat printre spatiile conductelor bateriei de incalzire si se incalzeste inainte de a intra in hala.

Aeroterma electrica mobila fabricata la noi in tara consta din corpul de tabla cu diametrul de 600 mm, ventilatorul cu debitul de 10000 m³/h si presiunea de 15 mm. col. apa, elementul de incalzire este de 2,2 kW si turatie de 1500 rot/min.

Aerul proaspat aspirat de ventilator trecand peste rezistentele electrice se incalzeste si apoi este refulat prin conducta distribuitoare in hala. Pentru reglarea temperaturii, aeroterma este prevazuta cu un releu cu termostat cu limitele intre 18-35⁰ C.

Fig. 9. Aeroterma fixa:

1 - gura de aspiratie a aerului; 2 - condensat sau retur de apa;

3 - aer cald; 4 - jaluzele; 5 - serpentine cu nervuri; 6 - abur sau apa calda;

7 - ventilator.

3.2. Incalzirea locala

Incalzirea locala se face cu conductoare electrice (Fig 10) montate sub podeaua care are o constructie speciala. Instalatia este formata din reteaua electrica de 110 sau 220 V, releu de temperatura, intrerupator, bec de control, tuburi de protectie si conductoare electrice din cupru.

Curentul electric de la retea, trecand prin conductoare, le incalzeste, caldura rezultata producand incalzirea podelei. Cand temperatura a ajuns la valoarea optima, releul actioneaza deconectand circuitul electric. Cand temperatura incaperii scade sub valoarea stabilita, releul inchide circuitul electric si curentul trecand din nou prin conductoare, incalzeste podeaua.

In unele cazuri pentru incalzire locala sunt utilizate lampi sau rezistente electrice cu raze infrarosii.

Fig. 10. Schema incalzirii pardoselei cu conductoare electrice:

1 - intrerupator; 2, 12 - sigurante fuzibile; 3, 6 - comutatoare; 4, 5 - transformatoare;

7 - regulator; 8, 9 - contactoare magnetice; 10 - calorifer electric; 11 - transformator;

13, 16 - linii pentru transportul energiei electrice; 14, 15 - conductoare electrice intermediare si de incalzire.

Instalatii de conditionare a aerului

In ultima perioada a capatat o foarte mare raspandire efectuarea majoritatii operatiilor din cadrul industriei alimentare in anumite conditii de stare a aerului.

Aerul in incinte de lucru se caracterizeaza prin:

presiunea medie 760-800 mm Hg;

umiditatea relativa;

continutul in impuritati ca: sfaramaturi de materiale minerale sau vegetale, deseuri industriale, polenuri, microorganisme, fum, gaze, spori, resturi de animale, insecte etc.

Aerul umed se comporta ca un gaz perfect daca apa continuta este sub forma de vapori. Se considera ca presiunea partiala a vaporilor de apa in aerul umed () trebuie sa fie mai mica decat presiunea partiala a vaporilor saturati () la o temperatura data t (⁰ C). Gradul higrometric este raportul

. (8)

Aerul umed este intotdeauna mai usor decat aerul uscat in aerul uscat in aceleasi conditii de temperatura si umiditate. Entalpia aerului umed se considera ca suma a entalpiei aerului uscat plus a umiditatii continute in el.

Tinand seama ca aerul uscat are caldura specifica la presiune constanta: 0,24 kcal/kg, la un kilogram de aer uscat la t⁰ C este

[Kcal/kg]  (9)

Entalpia unui kilogram de vapori de apa, luand ca zero entalpia lichidului saturat la 0⁰ C este

[Kcal/Kg]  (10)

in care: 597 - este caldura de vaporizare la temperature medie folosita in operatiile de contitionare.

Entalpia amestecului compus din 1 Kg aer uscat si x Kg vapori cu greutatea (1 + x) Kg are valoarea:

(11)

Ventilatia naturala sau mecanica asigura toti parametrii optimi ai aerului din spatiile de productie. Intalatiile de ventialatie mecanica, prevazute cu baterii de incalzire asigura schimbul necesar de aer si intretinerea unei temperaturi optime, fara a se putea modifica umiditatea si puritatea aerului. La prelucrarea materialelor higroscopice este necesara mentinerea unei umiditati minime a aerului, independent de clima exterioara, combinata uneori si cu limitarea temperaturii din incapere. Procesul tehnologic pretinde adeseori asigurarea unei temperaturi constante a aerului atat in timpul verii cat si iarna, admitandu-se numai foarte mici abateri de la valoarea prescrisa.

In majoritatea cazurilor, nu este suficienta o completare a instalatiei de ventilatie cu dispozitive suplimentare de racire si umidificare, ci este necesar sa se foloseasca instalatii la care temperatura si umiditatea aerului introdus sa poata fi adaptate cerintelor in mod automat si in stransa corelatie.

Pentru realizarea acestor operatii, instalatiile de conditionare a aerului dispun de prize de aer, dispozitiv de filtrare, baterii de incalzire, instalatii de umidificare si uscare, ventilatoare pentru aspirarea aerului si refularea aerului, tubulatura pentru introducerea aerului proaspat si pentru evacuarea aerului viciat.

O instalatie de conditionare a aerului (Fig. 11) functioneaza astfel: aerul din exterior, aspirat de ventilator, dupa ce trece prin jaluzelele prizei de aer, se curata de praf cu ajutorul filtrului. Dupa aceasta, aerul se incalzeste, datorita unei baterii de incalzire, iar in continuare, pentru ca si-a micsorat umiditatea relativa, trece printr-un spatiu de umidificare, unde, aerul in contact cu apa pulverizata isi mareste din nou umiditatea relativa. Aerul aspirat de ventilator este trecut printr-o sita care retine picaturile de apa, dupa care se incalzeste, pentru a ajunge la temperatura corespunzatoare. Dupa aceasta, aerul este trimis de catre ventilator, in incapere.

Intrucat conditiile mediului exterior incaperii difera dupa anotimp, pentru a introduce aer cu o temperatura si umiditate corespunzatoare, aerul introdus iarna se incalzeste, iar vara se raceste. Pentru aceasta, pe tevile bateriei de incalzire, in loc de apa calda sau abur se introduce apa racita intr-un agregat frigorific.

Instalatiile de conditionare a aerului sunt automatizate pentru a asigura introducerea aerului fara praf la o temperatura si o umiditatea optima.

Fig. 11. Instalatia de conditionare a aerului:

1 - filtru de praf; 2 - bateria de incalzire; 3 - camera de umidificare; 4 - separator de picaturi; 5 - bateria de reincalzire; 6 - ventilator; 7 - rezervor de apa; 8 - pompa.