PRESAREA IN INDUSTRIA ALIMENTARA
1.Generalitati
Presarea este procesul hidrodinamic de separare a amestecurilor eterogene solid-lichid prin retinerea particulelor solide pe un mediu (structura) poros,prin care trece numai faza lichida.
Forta motrica de desfasurare a operatiunilor de presare o constituie diferenta de presiune care apare intre cele doua faze. Conditia esentiala ce se cere materialelor care urmeaza a fi presate este ca scheletul substantei solide a sistemului de faze sa fie compresibil si sa formeze in el capilare de scurgere, prin care lichidul sa poata trece.
Operatia de presare se aplica in industria alimentara pentru obtinerea sucului din fructe, mustului din struguri, in industria uleiurilor vegetale si in prelucrarea produselorin industria carnii. Presarea este utilizata in industria branzeturilor, pentru eliminarea apei din masa de coagul sau pentru imprimarea unor forme caracteristice sortimentului. Sunt situatii,spre exemplu: fabricarea semiconservelor din carne, fabricarea produselor zaharoase,cand prin presare se urmareste sa se dea o forma anumita produsului.
O presa folosita la separarea sucului consta in principiu dintr-un recipient si un element mobil de apa sare, care in timpul procesului de separare, micsoreaza volumul de presare. Recipientul de presare are pereti rigizi lasand sa treaca lichidul.
Dupa introducerea produsului care urmeaza sa fie presat, la inceput are loc scurgerea sucului fara o actiune din exterior, numai prin efectul presiunii stratului de material. Aceasta prima faza reprezinta un proces pur de filtrare sub influenta unei coloane de lichid.
In timpul exercitarii presiunii, la inceput este evacuat aerul cuprins in spatiul de presare, particulele de substante solide se deplaseaza, iar faza lichida se evacueaza intens in afara.
Odata cu continuarea comprimarii materialului se formeaza un strat capilar prin care se elimina faza lichida-filtrarea de profunzime. Daca diametrul capilarelor se micsoreaza pana la o valoare critica, atunci fortele capilare cresc atat de mult incat separarea lichidului nu se mai poate continua si ca urmare presarea se opreste.
Factorii care influenteaza presarea sunt:
a)Suculenta materiei prime.Fructele care dupa zdrobire elimina o cantitate mare de suc(strugurii)permit o crestere a productivitatii preselor deoarece sucul se poate separa gravitational sau cu centrifuge,la presare introducandu-se numai pulpa propriu-zisa(bostina);
b)Grosimea stratului de material.Cu cat grosimea stratului este mai mare,cu atat exista posibilitatea sa se infunde capilarele si in consecinta sucul nu mai poate fi eliminat;
c)Consistenta si structura stratului de presare.Se comporta bine produsele cu consistenta elastica care nu se distrug prin presare si care isi pastreaza structura capilara. Prunele si caisele de exemplu, se preseaza mai greu deoarece nu opun o rezistenta suficienta la presare.Pentru evitarea acestui lucru se propune folosirea in amestec a rumegusului si a nisipului spalat cu apa si acid clorhidric pentru a mari rezistenta la presare.
d)Gradul de maruntire.Influenteaza in mare masura asupra randamentului presarii. Daca merele sepreseaza sub forma de rondele se obtine 30-35% suc,pe cand daca se preseaza merele razuite se obtine 60-70% suc.Pentru ca sucul sa se scurga bine este necesar ca in pulpa sa existe un numar suficient de canale.Cu cat este mai fina zdrobirea pulpei cu atat vor exista din punct de vedere teoretic,un numar mai mare de canale si cu atat va creste mai mult randamentul in suc.In realitate,o maruntire prea fina provoaca un randament de presare necorespunzator si necesita o crestere a presiunii si un timp de presare prelungit.Cand granulatia este mai grosiera,sucul se scurge mai repede si folosindu-se o presiune uniforma,se realizeaza randamente bune.
Pentru materialele oleaginoase rezistente la prafuire (soia, germeni de porumb) grosimea optima a particulelor macinate(paiete)destinate extractiei este de 0,20-0,25 mm, iar pentru cele mai putin rezistente(floarea soarelui,arahide)de circa 0,30 mm.
e)Descojirea ssemintelor oleaginoase.Materiile prime oleaginoase care au un continut ridicat de coaja se supun descojirii inainte de prelucrare ceea ce duce la marirea capacitatii de prelucrare a instalatiilor de presare si extractie, imbunatatirea calitatii sroturilor prin micsorarea cantitatii de celuloza, reducerea uzurii masinilor, reducerea pierderilor de ulei in sroturile de extractie. Descojirea semintelor de floarea-soarelui se realizeaza in doua etape si anume:prin spargerea semintelor (cojilor) in tobe de spargere prin lovirea semintelor (mecanic sau pneumatic) urmata de indepartarea cojilor din amestec folosind sortare prin cernere si aspirare. Semintele de ricin care contin 25-35% coaja se descojesc prin strivire intre cilindri si se separa prin aspiratie,iar cele de soia prin taiere intre cilindri rifluiti(8 rifluiri/25 cm circumferinta)si cojile se indeparteaza prin aspiratie.
f)Prajirea materiilor prime oleaginoase favorizeaza presarea si extragerea cu dizolvanti prin :
-marirea plasticitatii si fluiditatii partii de gel de seminte(celule)prin umectare si efect termic;
-scaderea vascozitatii uleiului (cu temperatura);
-denaturarea substantelor proteice care conduce la distrugerea structurii celulare initiale.
Conditiile optime de prajire pentru diferite materii prime sunt prezentate in tabelul:
Macinatura |
Temperatura finala ( sC ) |
Umiditatea initiala |
Umiditatea finala |
Floarea-soarelui |
100-110 |
8,5-9 |
3,5-4,5 |
In |
85-90 |
9,5-10 |
6-6,5 |
Rapita |
85-90 |
9,5-10 |
5,5-6 |
Bumbac |
115-120 |
11-12 |
4-5 |
g)Variatia in timp a presiunii. Procesul de presare trebuie sa fie condus astfel incat viteza de evacuare a lichidului sa fie optima si in acelasi timp, lichidul sa fie bine filtrat la scurgerea sa din material,cu un continut minim de suspensii. Daca la o presa creste prea mult presiunea, atunci creste viteza de evacuare a lichidului, materialul presat nu mai are actiune proprie de filtrare in profunzime, capilarele se astupa si viteza de scurgere a sucului scade sau inceteaza.O crestere prea brusca a presiunii poate sa duca la spargerea recipientului de presare.In cazul presarii fructelor si a strugurilor se foloseste cu succes conducerea intermitenta a presariiadica se succed intervale de presare puternice si slabe, cu pauze de presare.
h)Macerarea enzimatica a pulpelor.Prin tratarea pulpei de fructe zdrobite cu enzime pectolitice si de macerare se obtine o crestere importanta a randamentului si suplimentar, se realizeaza extragerea substantelor colorante in cazul fabricarii sucurilor de fructe cu pulpa rosie (struguri,visine,cirese,prune,etc.) ceea ce duce la imbunatatirea calitatilor organoleptice ale produselor.
2.Utilaje pentru presare
Utilajele folosite pentru presare trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:
-sa asigure separarea unei cantitati cat mai mare de suc de calitate cat mai buna;
-organele active ale presei sa execute o presare uniforma,continua si progresiva a produsului dispus in strat subtire si pe o suprafata cat mai mare astfel incat presiunea pe unitatea de suprafata sa aiba o valoare cat mai scazuta;
-sa lucreze rapid pentru ca bostina si mustul sa vina cat mai putin in contact cu aerul si cu metalele care intra in constructia presei;
-piesele metalice care vin in contact cu materialul sa fie bine protejate impotriva actiunii corozive a produselor de separare,continutul de fier in must sa nu depaseasca 4 mg/l;
-organele active sa nu distruga semintele sau pielitele;
-sa fie economice,cu consum de energie redus la un regim de functionare normala;
-sa asigure colectarea musturilor pe categorii dupa gradul de presare al materialului;
-sa poata fi usor incarcate sau descarcate;
-sa poata fi igienizate usor si eficient.
Presele se pot clasifica dupa mai multe criterii, astfel:
-in functie de parametrii constructivi principali: prese cu surub si piulita, cu melc, cu parghie;
-dupa modul de functionare: continuue sau cu functionare intermitenta;
-dupa modul de lucru: prese verticale si prese orizontale
-dupa numarul de corpuri: cu unul sau mai multe corpuri;
-dupa modul de actionare: prese
mecanice,hidraulice,pneumatice si cu actiune
combinata(mecano-hidraulice,mecano-pneumatice)
1 –corp presa de inaltime h2 2 – capatul surubului fix 3
– dispozitiv de antrenare – maneta 4
– placa de zdrobire 5 – piulita
mobila care efectueaza deplasare in plan vertical 6 – elemente de
rigidizare a piulitei 7 – tava cu jgheab
pentru must Fig.1 Presa cu
surub folosita la presarea strugurilor
Forta ce se aplica la maneta se calculeaza in functie de presiunea specifica de comprimare q (daN/cm2) si de aria de comprimare f(cm2).
F = q · f ,(daN)
Forta care actioneaza pe linia mediana a filetului surubului F0.
F0 = F · tg(α + φ)
Unde: α-unghiul de panta al filetului iar φ-unghiul de frecare surub-piulita(8,5-17s)
Fig.2 Actiunea melcului asupra unei particule de aluat
T1-forta tangentiala in sensul invartirii melcului
RT1-forta de reactie tangentiala care se opune rotirii masei impreuna cu melcul (dintre produs si peretele canalului) sa fie mai mare decat forta de coeziune intre particulele de produs.
RT1>T1
Conditii:
a)Componenta tangentiala a fortei de coeziune(lipire)a particulei cu suprafata peretelui canalului melcului trebuie sa fie mai mare ca forta de coeziune a particulelor intre ele.
b)Pentru reducerea reactiei axiale RA componenta axiala a fortelor de coeziune a produsului cu peretele canalului sa fie mai mica decat fortele de coeziune a particulelor de produs intre ele.
c)Aderenta produsului la suprafata melcului sa fie minima si mult mai mica decat coeziunea dintre particule.
d)Pasul melcului sa nu fie prea mare pentru ca unghiul elicei sa fie cat mai mic; debitul fiind compensat prin turatia mai mare a melcului.
Energia mecanica consumata la presarea prin matrita se compune din:
-energia necesara de impingere prin canalele matritei
-pierderile de energie la refularea produsului spre matrita pentru asigurarea iesirii produsului cu viteze normale.
Lucrul mecanic de trecere a unei parti de aluat prin canalele de formare a matritei este:
LT = Pm· Єf0 · v · τ[daN · m]
Pm-presiunea la matrita (65-75) daN/cm2
Єf0-aria sectiunii vii a matritei cm2
v-viteza de iesire a produsului m/s
τ-durata trecerii prin matrita a portiei s
Puterea utila pentru presare:
NM =
[kW]
ηm-randamentul volmetric al melcului ≈0,25
Cuplul de rotatie la arborele melcului:
Mrot =
· Pm · tgα (Ra3- ri3)[daN·cm]
α=15-18sC
Fig.3. Presa cu valturi
Q = πD· n · l · S · γ · k ,t/h
γ-greutatea masei presate (in vrac t/m3)
k-coeficient de neuniformitate a incarcarii masinii
n-rot/min turatia
Presa din figura este utilizata pentru presarea strugurilor zdrobiti.
Se compune dintr-o toba rotativa (2) montata orizontal care constituie camera de presare propriu-zisa. Scheletul tobei rotative este compus din doua calote de capat (3), confectionate din otel forjat, legate intre ele prin sase lonjeroane sudate la capete pe circumferinta.
Fig.4 Presa orizontala pneumatica
Carcasa tobei este construita din cercuri de otel, sudate echidistant pe cele sase lonjeroane, pe toata lungimea acestora. In interior, aceasta carcasa este captusita pe intreaga suprafata cu sita din otel inoxidabil, care formeaza un cilindru metalic perforat.In interiorul cilindrului metalic perforat, de-a lungul axei acestuia prins etans de doua discuri (7), se afla montat un burduf de cauciuc (6), care prin umflare,serveste la presarea bostinei aflate intre burduf si cilindrul metalic.Toba este prevazuta cu o gura de umplere practicata in carcasa acesteia de-a lungul generatoarei si inchisa cu sase capace (4) detasabile. La capete toba se sprijina pe doua lagare cu rulmenti.
Fig.5 Schema dispozitivului
Jgheabul de evacuare a mustului din figura, pozitia (2) si a tescovinei (3), plasate sub toba rotativa au posibilitatea de deplasare pentru ca in dreptul tobei sa fie asezat cand compartimentul de must, cand cel de tescovina prevazut cu un melc transportor(9).
Instalatia de aer comprimat cu care este prevazuta presa serveste la dirijarea aerului in timpul umplerii si golirii burdufului.
Pentru repartizarea uniforma a mustuielii in jurul burdufului de cauciuc toba este pusa in miscare de rotatie cu ajutorul unui grup de antrenare (n=19 rot/min).
Rotirea tobei produce o scurgere abundenta de must fara a fi necesara umflarea burdufului. Cand scurgerea se diminueaza se deschide robinetul de acces al aerului comprimat in burduf, rotirea tobei continuand pana la o presiune de 0,4-0,5 Mpa cand mustuiala este deja fixata intre pereti. Fazele de presare se alterneaza cu operatiuni de afanare (destramare)cu actiune pneumatica si mecanica.Durata presarii unei sarje dureaza 50-90 minute.Tescovina va fi eliminata cu ajutorul melcului transportor.
b)Prese hidraulice
Presele hidraulice, dupa modul de lucru pot fi impartite in doua grupe:
-prese verticale cu dispozitiv de presare de sus in jos,de jos in sus si furchete;
-prese orizontale:cu actiune simpla sau cu actiune dubla;
Presa hidraulica verticala cu dispozitiv de presare de jos in sus functioneaza discontinuu, in cadru unui ciclu executandu-se urmatoarele operatii:
-incarcarea cosului asezat pe carucior cu mustuiala,peste care se aseaza capacul;
-introducerea caruciorului incarcat intre placa pistonului si placa tambur a cadrului,ruland pe sine de ghidare;
-ridicarea caruciorului si cosului sub actiunea pistonului prin exercitarea presiunii in cilindru;ridicarea caruciorului se face intermitent;cand mustul incepe sa curga lent se reincepe presarea panacand nu mai curge suc chiar la o presare puternica;
-descarcarea presei.
Pentru ritmicitate,presa poate lucra cu doua carucioare echipate cu cosurile respective.
Presa hidraulica orizontala (tip BUCHER) este prevazuta cu un cos din otel inoxidabil care prezinta in interior elemente de colectare a mustului eliberat sub forma unor snururi de drenaj confectionate din tesaturi sintetice.
Fig.6 Presa hidraulica orizontala
de tip Bucher
Aceste elemente au rol atat de colectare si de dirijare a mustului eliberat in timpul operatiunii de presare din masa prelucrata, cat si de afanare a tescovinei. Dispozitivul de presare este format dintr-un platou metalic de presare fixat pe pistoanele cilindrului hidraulic central.
Cilindrul hidraulic este montat orizontal. Readucerea platoului de presare in pozitia initiala, la sfarsitul ciclului de presare se face cu ajutorul a trei cilindri hidraulici. Prin retragerea platoului de presare mecanica,se intind dispozitivele de colectare (snururile), producandu-se o destramare a materialului presat.Presa PH-5000 poate prelucra o cantitate de 6-12 tone/ora materie prima,cu un randament de 70-80%.
Presa hidraulica cu pachete cu 1-3 platforme se foloseste in industria sucurilor.
Pentru presare, pulpa de fructe este introdusa in pachete astfel: se aseaza intai un gratar de lemn apoi rama care determina inaltimea pachetului si apoi panza de canepa. In acest pachet se introduce pulpa de fructe intr-un strat gros de 4-8 cm, se niveleaza stratul si se indoaie colturile panzei. Capacitatea unui pachet este de 40-50 kg,intr-o presa intrand 7-10 pachete.
Fig.7 Presa hidraulica cu pachete
cu 1-3 platforme
Presa hidraulica
Forta utila de presare ce se exercita asupra
produsului: Pn = q 
[daN] (1)
q-presiunea specifica (4-10 daN/cm2 struguri)
Forta abila este creata de presiunea lichidului de lucru asupra plonjorului:
Pn
= p ·
- ΣG – p · β · f · D · B (2)
D-diametrul plonjor
β-latimea sistemului de etansare
f-coeficientul de frecare
ΣG-suma greutatilor pieselor mobile
Din (1) si (2) rezulta:
p = 
[daN/cm2]
Debitul de lichid :
Q = 
·Na
Na-viteza de ridicare a plonjorului in timpul presarii
Puterea necesara motorului electric:
N = 
c)Prese mecanice cu actiune continuua
Presele mecanice cu actiune continuua au o larga raspandire, in mod obisnuit se recurge la folosirea combinata a preselor: prima presare se face cu presa hidraulica sau pneumatica, iar presarea urmatoare, dupa afanarea bostinei, se face cu presa continuua. Mustul si vinul obtinut de la primele presari sunt pentru obtinerea produselor de calitate superioara, iar cele de la presa continuua,pentru vinurile de consum curent sau pentru industrializare.
Presele mecanice prezinta o serie de avantaje ca: economicitatea, capacitatea mare de prelucrare, gabarit redus; totodata sunt mai dezavantajoase pentru ca mustul si vinul au un depozit de drojdie prea mari si de multe ori vinul capata gust amarui datorat maruntirii ciorchinelor si a semintelor.
Presa continuua functioneaza pe principiul surubului elicoidal fara sfarsit, ce preseaza bostina in doua directii:orizontal,cu ajutorul unui capac mobil prevazut cu contragreutati si vertical,prin comprimarea bostinei intre surub si peretii unui cilindru perforat.
Partile componente si fazele procesului de lucru sunt prezentate in figura (8):
Fig.8 Presa continua
d)Prese cu actiune combinata
Presa mecano-hidraulica se compune din: toba de presare, dispozitivul de presare, dispozitivul de destramare a tescovinei, mecanismul de actionare si cadrul presei.
Toba de presare de forma cilindrica este formata din sipci de lemn montate pe un cadru metalic, fiind inchisa la capete cu doua discuri metalice captusite cu lemn, unul pentru presarea mecanica si unul pentru presarea hidraulica. Toba de presare este montata pe un ax filetat sprijinit pe lagare.
Dispozitivul de presare mecanica se compune din arborele filetat si discul prevazut cu filet pentru infiletarea pe ax in timpul rotirii tobei.
Dispozitivul de presare hidraulica se compune dintr-o pompa cu piston actionata de un excentric al axului presei si cilindrul hidraulic al carui piston actioneaza asupra discului de presare hidraulic. Readucerea acestui disc in pozitia initiala la terminarea presarii se face cu ajutorul unor arcuri. Dispozitivul de destramare al tescovinei se compune din cinci inele metalice legate intre ele si de cele doua platouri de presare prin lanturi metalice, inelul fix este prins la discul de presare hidraulica, celelalte fiind libere fata de ax.
Dispotivul de colectare si evacuare a mustului si tescovinei se compune din doua planuri inclinate montate pe cadrul masinii sub toba de presare si doua jgheaburi din tabla montate pe role, unul pentru colectarea mustului si altul cu melc pentru evacuarea tescovinei.
Pentru functionare toba se roteste pana capacele de pe suprafata acesteia ajung in partea superioara, se desfac si toba este alimentata cu mustuiala. In urma procesului de presare care in prima faza este asigurat prin presare mecanica datorita rotirii tobei,mustul rezultat se scurge printre sipcile tobei in jgheabul colector.Cand mustul curge incet,se inverseaza sensul de rotire al tobei,discul de presare mecanica se va deplasa in sens invers ca efect al defiletarii,realizand cu ajutorul lanturilor si inelelor destramarea tescovinei.Se repeta actiunea si se continuua presarea combinand actiunea mecanica cu cea hidraulica.
Pot fi efectuate astfel 4-5 presari. Toba are o turatie de 4 rotatii pe minut. Dupa terminarea procesului se evacueaza tescovina in jgheabul cu melc introdus in locul celui de must si se actioneaza toba in rotatie pentru destramarea si evacuarea completa a tescovinei din toba.
Presa mecano-pneumatica
Presa mecano-pneumatica realizeaza presarea asupra bostinei cu ajutorul unui burduf pneumatic si al unor discuri care se deplaseaza pe axul principal.
In interiorul tobei, axial, se afla un arbore filetat in doua sensuri,sprijinit la capete pe doua lagare.Pe arbore la cele doua capete se afla bucsele filetate pe care sunt montati cilindri,iar pe acestia discurile de presare de care sunt fixate piulitele elastice si capetele burdufului de cauciuc.
Bostina care trebuie presata este introdusa in spatiu neocupat de burduf, intre discurile de presare. Motorul electric antreneaza prin transmisie cu angrenaje cosul, facand sa inainteze pe axul presei cele doua discuri de presare.
Spatiul disponibil pentru bostina se reduce astfel, iar burduful capata o anumita forma. Dupa terminarea presarii, discurile se aduc in pozitia initiala prin rotirea arborelui in sens invers, iar tescovina ramasa este eliminata prin capacele prin care s-a introdus si bostina.
3.Calculul preselor
a) Calculul productivitatii preselor (P) se realizeaza in general dupa relatia:
P = m
· · H · ρ · φ · 
,kg/schimb
m-numarul de cosuri
D-diametrul interior al cosului [m]
H-inaltimea cosului [m]
ρ-densitatea produsului [kg/m3]
φ-coeficientul de umplere [φ=0,75 pentru struguri,0,85 pentru bostina]
T-durata schimbului [min]
k-coeficientul care tine seama de timpul de incarcare,de descarcare si de schimbare al cosului; (pentru presa cu un singur cos la m=1,k=1,pentru presa cu doua cosuri m=2,k=1,2,pentru presa cu trei cosuri m=3,k=1,3).
τ-durata unui ciclu [min]
Calculul productivitatii preselor cu snec prezinta o serie de particularitati deoarece cantitatea de material transportata de melc se micsoreaza continuu,iar proprietatile fizico-mecanice se modifica in timpul presarii.
Din aceasta cauza, formula generala de calcul a productivitatii preselor cu melc cu actiune continuua este de forma:
P = F · υ0 · ρ · φ ,kg/s
εfc = F - suprafata sectiunii transversale a camerei de presare,in zona dispunerii primei spire a snecului, m2
F = π · 
d0-diametrtul exterior al melcului;
d1-diametrul axului melcului.
υ0-viteza de deplasare a produsului de-a lungul snecului [m/s]
υ0 = 
· S
n-turatia melcului [rot/min]
p-pasul primei spire a snecului [m]
S-densitatea bostinei [kg/m3]
φ-coeficientul de umplere al sectiunii snecului si apresei intregi (φ=0,25-0,28)
b)Consumul de energie in operatia de presare se poate face cu ajutorul relatiei empirice:
N = 0,816 · 10-4 · ω · q · D2 [kw]
N-puterea utila [kw]
ω-debitul de suc [l/s]
q-presiunea la ultima spira a melcului [Pa]
D-diametrul exterior al melcului
|
