9. FABRICAREA GHEŢII ARTIFICIALE

Transcript

1 9. FABRICAREA GHEŢII ARTIFICIALE Ghaţa a fost utlzată încă dn cl ma vch tmur ntru ăstrara în star rfrgrată a unor rodus almntar cum sunt ştl, lguml sau fructl. În rznt, s utlzază în acst sco ghaţa atfcală, car s oat roduc ş ma als utlza, în orc szon ş în rmul rând vara, când ncsarul d ghaţă st foart mar. Ghaţa hdrcă, rodusă dn aă otablă, s oat obţn sub dvrs form: - Blocur aralldc: 12,5; 25; 50 kg; - Ghaţă măruntă: clndrcă, tubulară, solz, zăadă brchtată. Ghaţa utctcă, obţnută rn conglara unor soluţ d sărur în aă s oat utlza ntru ralzara d tmratur sub 0 C. Ghaţa carboncă, dnumtă ş ghaţă uscată s obţn la rsuna atmosfrcă rn soldfcara CO 2 ş asgură o tmratură d -79 C. Partculartata ghţ carbonc st că nu s toşt c sublmază, adcă CO 2 trc dn star soldă drct în star gazoasă. În acst condţ, saţl d doztar rămân uscat, d und ş dnumra acstu t d ghaţă. Un alt avantaj al ghţ carbonc st că dacă s utlzază la ăstrara fructlor ş lgumlor, atmosfra bogată în CO 2 ajută la ăstrara acstor rodus în bun condţ. Cl ma uzual domn în car s utlzază ghaţa artfcală sunt: - Rfrgrara roduslor almntar: lgum, fruct, şt, ăsăr; - Transortur frgorfc: auto, naval ş cala frată; - În untăţ d almntaţ ublcă. Ghaţa artfcală s oat rznta sub două form: oacă ş transarntă. Ghaţa transarntă s obţn rn suflar d ar în tmul formăr ghţ. Ghaţa sub formă d blocur rzntă avantajul un doztăr ma fcnt, dar rn sfărmar ş sargr, formază bucăţ cu form nrgulat ş much tăoas, ca c o fac nutlzablă la rfrgrara unor catgor d rodus, cum sunt ştl, fructl mo sau almnt cu txtură fraglă. Pntru rfrgra acstor rodus s utlzază ghaţă măruntă obţnută în maşn scal. În Româna s roduc tradţonal, ghaţă sub formă d blocur, rn răcr ndrctă, fără adusur d antstc sau antbotc. Acst rocdu st dăşt dn unct d vdr thnc ş nrgtc d mtodl d fabrcaţ a ghţ rn răcr drctă. Fabrcl d ghaţă s întâlnsc ca untăţ d roducţ ndndnt, sau ca scţ anx al unor untăţ mar consumatoar d frg: abatoar, fabrc d br, fabrc d ndustralzara latlu, atnoar artfcal, antrozt frgorfc.

2 Fabrcara ghţ sub formă d blocur, rn răcr ndrctă Agntul ntrmdar utlzat st clorura d calcu, având tmratura t s =-7-10 C. Agntul frgorfc dn acst fabrc st d rgulă amonacul, car vaorzază la tmratur foart scăzut t 0 = C. Schma funcţonală a fabrc ntru roducra blocurlor d ghaţă rn răcr ndrctă st rzntată în magn. Schma funcţonală a fabrc ntru roducra blocurlor d ghaţă rn răcr ndrctă A-sala gnratorulu d ghaţă; B-doztul d ghaţă 1-sarator d lchd; 2-agtator d saramură; 3-baznul gnratorulu d ghaţă; 4-form cu aă suus conglăr; 5-form cu ghaţă suus dconglăr; 6-bazn ntru dconglar; 7-masă cu surafaţă înclnată; 8-bloc d ghaţă; 9-răctor d ar; 10-umlutor basculant; 11-od rulant În contnuar st rzntat baznul ntru rarara ghţ sub formă d blocur, rn acastă mtodă. Baznul cu saramură ntru roducra blocurlor d ghaţă rn răcr ndrctă 1-vaorzator mrsat; 2-bazn mtalc zolat trmc; 3-agtatoar; 4-form ntru blocurl d ghaţă Baznul ntru roducra ghţ ar forma aralldcă ş st confcţonat dn tablă, fnd zolat trmc, d rgulă cu lută.

3 - 3 - Forml mtalc ntru formara ghţ au forma unor trunchur d ramdă cu baza mar în sus. Forml s aşază nşt jugur mtalc rvăzut cu roţ d rular căl montat în lungul baznulu. Jugurl cu forml scufundat în saramură s dlasază durata unu cclu d fabrcaţ, în lungul baznulu. Acţonara s ralzază cu un îmngător manual sau hdraulc. Podul rulant rdcă jugul cu forml aflat la sfârştul rocsulu d conglar ş asgură coborâra jugulu cu forml în car s găssc blocurl d ghaţă, în baznul ntru dconglar. Baznul ntru dconglar asgură tora surafţ bloculu d ghaţă car adră la forml mtalc ş asgură astfl dsrndra bloculu d ghaţă. Masa cu surafaţă înclnată asgură transortul blocurlor d ghaţă sr doztul d ghaţă. Doztul d ghaţă st răct cu saramură rc sau char cu agnt frgorfc. Înălţma d stvur a ghţ în dozt st d cca. 2m. Tmratura d ăstrar a ghţ st d aroxmatv -3-5 C. Acastă mtodă d roducr a ghţ st caractrzată rn următoarl dzavntaj: - Consumur mar d nrg ş matral; - Durată foart mar d roducr a blocurlor d ghaţă Fabrcara ghţ sub formă d blocur, rn răcr drctă Prn utlzara răcr drct, s înlătură dzavantajl răcr ndrct, asgurându-s următoarl avantaj smnfcatv: - S lmnă utlzara saramur, car st corozvă; - S rduc mult dmnsunl fabrc, rn lmnara unor utlaj car nu ma sunt ncsar: od rulant, umlutor basculant, bazn ntru dconglar, tc; - S mcşorază dfrnţa d tmratură dntr aă ş agntul frgorfc, ca c roduc două fct oztv: - mcşorază rdrl xrgtc, dc rduc consumul d nrg; - mcşorază ătrundrl d căldură, dc utra frgorfcă a nstalaţ; - S rduc numărul d comrsoar rn mcşorara dbtulu volumc asrat; - S rduc tmul d formar a ghţ; - S ot automatza rocsl d lucru: - crcutul frgorfc; - ntru oraţl d manvrar a formlor: umlr, golr, manulara blocurlor d ghaţă; Exstă două rocd d roducr a blocurlor d ghaţă rn răcr drctă, car au o mar răsândr în ractcă: - Procdul Wlbushwch dnumt ş "ghaţă radă"; - Procdul Grasso.

4 Procdul Wlbushwch "ghaţă radă" 9. Fabrcara ght artfcal Acst rocdu utlzază form d t trunch d ramdă, cu baza mar în jos ş cu rţ dubl. În ntrorul form s ntroduc ţv dubl coaxal în car vaorzază agntul frgorfc (amonac). În magn st rzntată o formă ntru obţnra ghţ rn acst rocdu. Forma ntru obţnra ghţ rn rocdul Wlbushwch Crculaţa agntulu frgorfc rn mantaua form d ghaţă ş rn ţvl dubl coaxal, rzntă în magn asgură formara a două frontur d formar a ghţ, ca c asgură o durată foart scurtă d înghţar a a. Caacul nfror al form, st mnţnut închs d un rsort sau d o contragrutat. Înant d ntroducra a în form, s formază o ojghţă subţr d ghaţă car tanşază forma în zona caaculu nfror. Duă formara bloculu d ghaţă ş mărra volumulu a cu cca. 9 10%, caacul nfror st forţat să s dschdă d rsuna crată d ghaţă, car ru ojghţa d tanşar, formată nţal. Evacuara bloculu d ghaţă st rmsă ş d sstmul d nvrsar a snulu d crculaţ a agntulu frgorfc rn nstalaţ, datortă cărua s ralzază dconglara surfcală a bloculu d ghaţă, la contactul cu surafţl mtalc al form. Astfl în mantaua dublă ş în ţvl dubl coaxal, s ntroduc vaor calz rfulaţ d comrsor. Durata acst dconglăr rad st controlată d un cas rogramator. La cădra dn form, blocurl d ghaţă sunt rns un cărucor cu masă tlscocă. Fazl vacuăr bloculu d ghaţă dn form sunt următoarl: - Pozţonara cărucorulu cu masă tlscocă sub forma aflată în faza d dconglar; - Rdcara ms la nvlul form; - Prluara bloculu d ghaţă lbrat dn formă; - Coborâra ms tlscoc; - Transortul bloculu cărucorul car rulază şn, în doztul d ghaţă. Procsul d fabrcaţ oat să f comlt automatzat. Astfl, în tm c una dn form s găsşt în faza d dconglar, toat cllalt s găssc în dvrs stad al acumulăr d ghaţă. Transortul blocurlor d ghaţă oat să f mcanzat.

5 - 5 - Avantajl faţă d fabrcara ghţ rn răcr ndrctă, sunt următoarl: - Tmul d conglar s rduc d la 18 h la numa 1,5 h ntru blocurl d 25 kg; - Surafaţa ocuată s rduc cu 85%, ca c rmt montara unor asmna fabrc d ghaţă nclusv nav, und roblma saţulu st foart acută; - Masa totală a nstalaţ s rduc cu 83%; - Consumul d nrg s rduc cu 20 30%; - Dconglara s fctuază într-o măsură mult ma rdusă (la formara ghţ rn răcr ndrctă, s ralzază un xcs d dconglar); - S ot forma blocur mar d ghţă dn aă d mar, fără sarara sărurlor (datortă conglăr rad), ar acst blocur d ghaţă sunt foart utl ntru rfrgrara ştlu, doarc acastă ghaţă s sarg fără a forma much tăoas; - Instalaţa ntră în rgm în 2h, faţa d 48h, cât sunt ncsar fabrc rn răcr ndrctă; - S rduc sarcna trmcă a condnsatorulu, doarc în rmannţă cât o formă lucrază în rgm d dconglar; Sngurul dzavantaj al acstu rocdu îl rrzntă gomtra ma comlxă a form, car atrag ş costur ma rdcat ntru roducra acstora, dar acst dzavantaj st comnsat d ncsarul d form mult ma mc, ntru ralzara un roducţ smlar rn mtoda clască. Procdul Grasso Acst rocdu utlzază tot răcra drctă, ar la dconglar s utlzază tot vaor calz rfulaţ d comrsor. Partculartata faţă d rocdul Wlbushwch constă în lsa formlor, car sunt înlocut d un bazn, aşa cum s obsrvă în fgură. Baznul ntru formara ghţ rn rocdul Grasso 1-bazn zolat trmc; 2,4-conduct coaxal; 3-almntar cu agnt frgorfc lchd; 5-rt dsărţtor; 6-cut; 7-vacuara vaorlor d agnt frgorfc Blocul d ghaţă s formază în jurul conductlor 2 ş 4.

6 - 6 - Almntara cu agnt frgorfc lchd, s ralzază rn racordul 3, ar vaor formaţ în urma rluăr d căldură d la aă, rsctv ghaţă, sunt asraţ d comrsor rn racordul 7. Almntara baznulu cu aă d la rţa s ralzază rn ntrmdul unu vntl cu luttor, în vdra mnţnr constant a nvlulu a. Frontul d ghaţă s dlasază radal dnsr ţv sr margna baznulu. Duă unra cochllor d ghaţă dn jurul ghţlor, conglara a contnuă ână la formara unu bloc d ghaţă cu margnl ondulat. Durata d formar a unu bloc d ghaţă d 25 kg st d 2,5 3 h, dc ma mar dcât rn rocdul Wlbuschwch. Dconglara cu vaor calz st comandată ş controlată rntr-un cas cas rogramator. Duă dconglar, blocurl s dsrnd ş s rdcă la surafaţă. Un dsoztv smlu, îmng blocurl la margna baznulu, rntr sârm arall montat la surafaţa a, car formază culoar d ghdar. D la margna baznulu, blocurl d ghaţă sunt dscărcat o bandă transortoară car l duc în doztul d ghaţă. Avantajl faţă d rocdul Wlbuschwch sunt următoarl: - Lssc unl aarat cum sunt umlutorul, cala d rular, cărucorul ntru colctara ş transortul blocurlor; - Procsul d fabrcaţ oat să f comlt automatzat. Avantajl faţă d fabrcara ghţ run răcr ndrctă în bazn cu saramură sunt următoarl: - Costul d roducţ a ghţ st cu cca. 30% ma rdus; - Surafaţa ocuată st cu cca. 70% ma rdusă; - Înălţma ncsară a săl ntru amlasara chamntlor st mult ma rdusă Fabrcara ghţ mărunt Ghaţa măruntă st ncsară în ndustra almntară ntru ăstrara rn rfrgrar a unor rodus cum sunt: ştl, fructl sau lguml. Exstă două motv ntru car st rfrată fabrcara d ghaţă măruntă ntru asmna stuaţ: - Bucăţl d ghaţă rzultat rn sargra blocurlor rzntă much tăoas car ot dtrora acst rodus; - Consumurl d nrg ş matral ntru fabrcara blocurlor d ghaţă sunt mult ma mar dcât dacă s roduc drct ghaţă măruntă. În mod uzual, ntru fabrcara ghţ mărunt s utlzază răcra drctă. S ot roduc următoarl tur d ghaţă măruntă: - Ghaţă clndrcă; - Ghaţă tubur; - Ghaţă solz; - Zăadă brchtată.

7 - 7 - Gnratorul d ghaţă clndrcă Acst t d gnrator d ghaţă a dvnt foart răsândt în SUA ş Euroa, duă cl d-al dola războ mondal. Ghaţa s formază într-un strat d grosm rdusă (5 25 mm) ca c fac ca acst aarat să f foart roductv. În magn st rzntată schma d rncu a acstor aarat. Schma d rncu a gnratorulu d ghaţă tubulară 1-dsoztv d asgurar a curgr lcular; 2-manta clndrcă zolată trmc; 3-ţv vrtcal; 4-laca tubulară; 5-cuţt ntru tăra ghţ; 6-motor lctrc; 7-omă; 8-sarator d lchd Agntul frgorfc vaorzază la xtrorul ţvlor, ar ghaţa s formază la ntrorul acstora, rn soldfcara a car curg lcular. Duă formara stratulu d ghaţă, urmază roada d dconglar. Clndr, sau tuburl d ghaţă sunt tăaţ cu ajutorul cuţtulu 5. Aa car a curs rn ţv, s-a răct, dar nu a înghţat, st rcrculată cu ajutorul om 7. Pntru roducra clndrlor d ghaţă ln, durata formăr ghţ st ma mar, doarc straturl d ghaţă ma groas ntroduc rzstnţ trmc sulmntar. D rgulă s utlzază două sau tr asmna gnratoar d ghaţă, car lucrază dcalat, ntru atnuara solctărlor trmc la car st suusă nstalaţa mdat duă dconglar. Cl tr faz d funcţonar a nstalaţ sunt următoarl: - Almntara gnratorulu d ghaţă cu amonac lchd ş formatra ghţ; - Evacuara amonaculu lchd dn gnrator, cu ajutorul comrsorulu; - Dconglara cu vaor calz, dsrndra ghţ, dscărcara ş tăra ghţ.

8 - 8 - Avantajl faţă d formara blocurlor d ghaţă rn răcr ndrcă sunt următoarl: - Consumul d nrg ş d mtal st mult ma rdus; - Surafaţa ocuată st mult ma rdusă; - Vtza d formar a ghţ st d 10 or ma mar; - Costul ghţ obţnut st cu 30 40% ma rdus; Dzavantajul rncal al acstu rocdu st rrzntat d consumul mar d frg (cca kj/kg d ghaţă) datortă încălzrlor rodc în vdra dconglăr ş a surafţ mar d dsrndr a ghţ, car trbu dconglat. Gnratorul d ghaţă sub formă d solz Schma d rncu a acstu aarat st rzntată în magn: Schma d rncu a gnratorulu d ghaţă solz 1-tamur ntror; 2-tambur xtror; 3-arbor; 4-zolaţ trmcă; 5-rolă d dformar; 6-cuţt răzutor; 7-gură d vacuar Tamburul ntror orzontal st rvăzut cu orfc ntru ntroducra agntulu frgorfc. Astfl amonacul vaorzază în ntrorul tamburulu, ar aa înghaţă surafaţa xtroară a acstua într-un strat foart subţr. Turaţa tamburulu ntror st foart rdusă, ş anum d cca. 3 4 rotaţ oră. Un mcansm scal cu rol 5, roduc dformara arţală a tamburulu rotatv, asgurând astfl dsrndra stratulu d ghaţă, car st tăat ao cu ajutorul cuţtulu 6. Pntru formara solzlor, tamburul st rvăzut la xtror cu nşt nl dn caucuc, montat la dstanţă gală cu lăţma solzlor. P acst nl, aa nu înghaţă.

9 Acumulara frgulu rn dunr d ghaţă ţvl vaorzatorulu Exstă stuaţ în car nstalaţl frgorfc sunt solctat să facă faţă unor varaţ smnfcatv al ncsarulu d frg, într-un ntrval d 24 d or. Un asmna xmlu sunt stuaţl în car utra frgorfcă ncsară rzntă vârfur d sarcnă, durat rlatv scurt. Acst vârfur d sarcnă aar datortă artculartăţlor thnologlor d fabrcaţ rsctv. În ndustra almntară asmna stuaţ aar în fabrc d rlucrara a latlu, sau în fabrc d br. În fgură st rzntată o asmna dagramă d varaţ a ncsarulu d frg, car rzntă un vârf d sarcnă. Dagramă d varaţ în tm a ncsarulu d frg Notaţl d dagramă au următoara smnfcaţ: - τ s - tmul d surasarcnă; - τ a - tmul d acumular a ghţ; - T - durata unu cclu d varaţ a ncsarulu d frg (duă ntrvalul τ, dagrama s rtă); - Ф - utra frgorfcă a consumatorlor d frg cu funcţonar rmanntă; - Ф s - utra frgorfcă a consumatorlor d frg cu funcţonar ntrmtntă (corsunzător durat road d surasarcnă τ s ); - Ф 0 - utra frgorfcă nomnală a nstalaţ cu acumular d ghaţă. Soluţa roctăr un nstalaţ având utra frgorfcă Ф +Ф s, nu st rcomandată dn unct d vdr conomc, doarc în ca ma art a tmulu (τ 1 =τ -τ s ), o asmna nstalaţ va funcţona mult sub caactata sa nomnală (la utra frgorfcă Ф ). O soluţ mult ma fcntă st să s roctz o nstalaţ caablă să acumulz frg în roadl cu solctar mnmă d frg, rn dunr d ghaţă ţvl vaorzatorulu. O asmna nstalaţ va ava utra frgorfcă nomnală Ф 0, ma mar dcât utra frgorfcă a consumatorlor d frg cu funcţonar rmanntă Ф, dar ma mcă dcât utra frgorfcă corsunzătoar road d surasarcnă Ф +Ф s. În acst condţ, în roada când ncsarul d frg st rdus, xcsul d utr frgorfcă al nstalaţ, oat f utlzat ntru formara unu strat d ghaţă srntnl vaorzatorulu. Durata acst road a fost notată cu τ a. Valoara utr frgorfc Ф 0 a acst nstalaţ s dtrmnă dn condţa ca în roada τ a canttata d frg acumulată, ara 4,5,6,7, să f gală cu ncsarul d frg corsunzător surasarcn, ara 1,2,3,4. Matmatc acastă corlaţ într cl două canttăţ d frg, s oat scr sub forma:

10 ( Φ Φ ) τ = ( Φ + Φ Φ ) 0 Φ a 0 = Φ a s Φs τ + τ + τ s s 0 τ s Dn unct d vdr constructv, asmna vaorzatoar s ralzază d obc sub forma unor bazn cu aă în car s amlasază srntnl almntat cu agnt frgorfc lchd. Schma construnctvă a unu asmna vaorzator, rodus d Frgothnca Bucurşt, st rzntată în fgură. Vaorzator cu acumular d frg, rodus d Frgothnca Bucurşt În contnuar sunt rzntat alt varant al unor asmna acumulatoar d frg. Vaorzator cu acumular d ghaţă

11 Vaorzator mrsat ntru acumular d ghaţă Vaorzator cu acumular d ghaţă

12 Vaorzator cu acumular d ghaţă, dublu Colctorul d vaor al acumulatorulu d ghaţă Construcţa acstor vaorzatoar rmt acumulara d ghaţă în cochl, având damtrl ma rdus dcât dstanţa dntr ţv, ntru ca acst cochl să nu s unască într l, ca c ar duc la formara unor blocur d ghaţă, car s-ar to mult ma gru în roada d surasarcnă.

13 Canttata maxmă d frg acumulată un mtru d ţavă, q g, s calculază cu rlaţa: 2 2 kj q g = ρ l t π ( r r ) m und: - ρ st dnstata ghţ: ρ=920 kg/m 3 ; - l t st căldura latntă d tor a ghţ: l t =334 kj/kg; - r st raza xtroară a stratulu d ghaţă; - r st raza ntroară a stratulu d ghaţă, sau raza xtroară a ţv vaorzatorulu. La roctara acstor vaorzatoar, s va calcula lungma ncsară a ţvlor, având în vdr că aaratul va funcţona în ma mult rgmur d lucru ş va trbu să facă faţă în toat acst rgmur: - Acumulara frgulu rn dunra ghţ; - Prluara utr frgorfc d la consumator rmannţ; - Prluara utr frgorfc nomnal în roada d surasarcnă; - Tora ghţ în roada d surasarcnă. Lungma srntn vaorzatorulu trbu să facă faţă tuturor acstor rgmur. În conscnţă s va calcula ntru fcar dn cl atru rgmur, cât o lungm ncsară a ţv vaorzatorulu, ar în fnal s va constru aaratul, cu lungma d ţavă maxmă rzultată. a) Acumulara frgulu rn dunra ghţ În roada d acumular a ghţ, lungma l 1 a ţv trbu să rmtă acumulara frgulu ncsar ntru roada d surasarcnă: τs q g l1 = ( Φs + Φ + Φ0 ) τs l1 = ( Φs + Φ + Φ0 ) q b) Prluara utr frgorfc d la consumator rmannţ În roada acumulăr d ghaţă st ncsar ca vaorzatorul să oată rlua ncsarul d frg rovnt d la consumator rmannţ, fără ca tmratura t a a la şra dn bazn să dăşască valoara admsă crnţl thnologc. Acastă crnţă trbu asgurată ş când nu xstă ghaţă ţvl vaorzatorulu (r =r ): Φ Φ = 2 π r t α l2 l2 = 2 π r t α c) Prluara utr frgorfc nomnal în roada d surasarcnă În roada d surasarcnă trbu să f osblă rluara utr frgorfc nomnal a nstalaţ Ф 0, char ş la încutul acst road, când grosma stratulu d ghaţă, rsctv rzstnţa trmcă a acstua, st maxmă: Φ0 Φ0 = 2 π k ( t g t 0 ) l3 l3 = 2 π k ( t g t 0 ) und cofcntul global d transfr trmc k, s dtrmnă cu rlaţa: g

14 ' m ' r r ln r r ln λ 1 r α 1 1 k + + = d) Tora ghţ în roada d surasarcnă În roada d surasarcnă, trbu să f osblă tora întrg canttăţ d ghaţă acumulat, ar nstalaţa să ra utra frgorfcă maxmă Ф +Ф s, ână în momntul tor ntgral a ghţ, nclusv: s 4 4 s α t r π 2 Φ Φ l l α t r π 2 Φ Φ + = = + Dntr cl atru lungm calculat al srntn vaorzatorulu, s alg valoara ca ma mar.