Schemi riassuntivi di Macchine e impianti industriali per l'agroalimentare

Componenti del sistema

UNITÀ MOTOCONDENSANTE: unità che consente la condensazione a temperatura ambiente del gas proveniente dall'evaporatore (compressore + condensatore) ed è la sezione ad alta pressione del ciclo.

COMPRESSORE: aspira il vapore saturo dall'evaporatore e lo comprime nel condensatore ad alta pressione favorendo la condensa. Può essere:

• Alternativo, per il moto del pistone
• Ermetico, usato nella refrigerazione domestica dove viene posto tutto in un contenitore stagno
• Rotativo a palette
• Centrifugo a vite

CONDENSATORE: Abbiamo 3 trasformazioni:

1. Desurriscaldamento del vapore ad alta pressione in vapore saturo
2. Cessione di calore al mezzo refrigerante e trasformazione in liquido
3. Sottoraffreddamento del liquido refrigerante

Queste fasi avvengono a pressione costante, e il condensatore può essere ad aria, ad acqua a tubi concentrici o ad acqua a fascio tubiero.

VALVOLA DI ESPANSIONE: oppone una resistenza al deflusso del

refrigerante dal condensatore all'evaporatore determinando una sovrappressione nel primo e una depressione nel secondo che favorisce l'evaporazione. Inoltre, se la necessità del freddo viene soddisfatta possiamo chiudere tale valvola e tutto il sistema.

EVAPORATORE: In esso L+V ad alta pressione e bassa temperatura. È uno scambiatore di calore con una serpentina che scorre tra alette di metallo necessarie per aumentare la superficie di scambio. Il diametro della serpentina è maggiore della tubazione in arrivo. Essi possono essere:

• DIRETTA: dove il fluido frigorifero si espande in cella
• INDIRETTA: l'espansione del fluido raffredda un mezzo frigorigeno
• STATICO: sfrutta il moto naturale della circolazione dell'aria
• VENTILATO: elettroventilatori che aumentano il movimento dell'aria in prossimità della serpentina

FLUIDO FRIGORIGENO: Etere etilico, etere metilico, cloruro di metile, anidride carbonica e ammoniaca. I fluidi

frigorigeni hanno un andamento T-S descritto da un grafico a campana (vedi graficocartesiano sopra).

PROGETTAZIONE IMPIANTO FRIGORIFERO:

Definizioni:

Potenza frigorifera: quantità di calore sottratta nell'unità di tempo ossia kcal/ora ma si esprime in KW → 1kw= 860 kcal/ora.

Trasmissione di calore: fenomeni fisici per conduzione di calore, abbiamo due coefficienti, coefficiente di trasmissione di calore e coefficiente di conducibilità kcal/m*ora*°C ed è la capacità che il prodotto ha di asportare il calore dall'interno.

CARICO TERMICO DA INFILTRAZIONI DI CALORE Q1: quantità di calore che si infiltra con k è il 2coefficiente globale di trasmissione di calore, trasmittanza (kcal/ m °C h) ed S superficie di dispersione, dt è la differenza di temperatura nella cella e l'esterno.

Q1: K x S x Dt

CARICO TERMICO PER IL RAFFREDDAMENTO DELLE MERCI Q2: Q2: (P x Csp x Dt) /t P= peso prodotto x imballaggi, dT= differenza temperatura.

Csp= calore specifico prodotti, t= temporaffreddamento (20-24h)
CALORE DI RESPIRAZIONE Q3: calore di respirazione (kcal/kgh) moltiplicato il peso del prodotto (kg).
Nel caso di celle ad atmosfera controllata si fa riferimento alla produzione di CO2 e diminuirlo del 30%.
FATTORE DI SERVIZIO Q4: perdita durante l'apertura della porta della cella e si ricava tramitetabella.
CARICO TERMICO DEGLI ELETTROVENTILATORI Q5: è dato dalla potenza emessa (W/ora) e si puòesprimere in kcal/W ora moltiplicando per 0,80.
CARICHI TERMICI VARI QE: è rappresentato dai vari carichi termici prodotti dalla breve permanenzain cella dal personale e macchine.
QE= (Q1+Q2+Q3+Q4+Q5) /10 (kcal in 24 h)
CARICO TERMICO TOTALE Qtot: Sommatoria singoli carichi e rappresenta il calore da asportarequotidianamente per mantenere la temperatura nella cella conoscendo Qtot possiamo dimensionarel'evaporatore mediante la formula: S= Qtot / K x dTK= 10 per refrigerarsi ad aletto con ventilatori, S=

superficie scambio evaporatore

PSICROMETRIA: branca della fisica che studia le relazioni tra le proprietà termiche e fisiche dell'aria umida.

Temperatura da termometro asciutto (bulbo asciutto): temperatura letta da un normale termometro e nella caratteristica psicometrica è rappresentata dall'asse orizzontale.

Temperatura da termometro umido (bulbo umido): temperatura più bassa alla quale una miscela di aria umida può essere raffreddata solo tramite evaporazione dell'acqua nell'aria circostante.

Pressione di vapore: pressione che esercita il vapore acqueo in un determinato spazio dipende dalla sua quantità e dalla sua temperatura. Se continuiamo ad aggiungere vapore acqueo in un determinato punto si condensa e si chiamerà pressione di vapore saturo.

Umidità relativa (UR): rapporto tra la quantità di vapore acqueo che contiene un campione e quello che potrebbe contenere max. È rappresentata da

curve che scendono da six a dex.

Rapporto di umidità: rapporto tra peso vapor acqueo in un campione d'aria umida e peso dell'aria asciutta nello stesso campione.

Umidità assoluta: è la % di vapor acqueo in un campione d'aria in condizioni normali.

Punto di rugiada: quando l'aria ha assorbito la massima quantità di vapore e comincia a condensarsi spontaneamente (curva estrema sulla sinistra)

PREREFRIGERAZIONE: insieme di tecniche per ottenere un abbassamento della temperatura e le conseguenze che ne derivano sono:

1. Riduzione perdite post-raccolta
2. Migliore qualità del prodotto
3. Prolungato periodo commercializzazione
4. Possibile fare raccolta tardiva
5. Possibile lavorare più prodotto nell'unità di tempo
6. Risparmio spazio refrigerato ed energia per la conservazione

PRINCIPI: il calore fluisce da un prodotto verso l'altro in funzione della conducibilità termica e tra i mezzi refrigeranti abbiamo:

ACQUA,

più efficace grazie al suo elevato valore di conducibilità e capacità termica

GHIACCIO, buon mezzo, presenta una capacità termica aumentata rispetto all'acqua per mezzo del calore di fusione

ARIA, impiegato frequentemente, ha bassi valori di capacità e conducibilità e si possono aumentare tramite l'incremento del flusso sulla superficie da refrigerare.

Un altro principio sfruttato è quello di ridurre la pressione abbassando il punto di ebollizione e quindi favorire l'evaporazione.

VALUTAZIONE EFFICIENZA PREFEFRIGERAZIONE: L'intensità di raffreddamento diminuisce con il decrescere della temperatura del prodotto. L'equazione che descrive ciò è data da: Tx/To = e dove abbiamo:

Tx= differenza tra temperatura del prodotto ad un tempo x e la temperatura del mezzo refrigerante.

To= differenza tra la temperatura iniziale e la temperatura del mezzo refrigerante.

K= coefficiente di refrigerazione,

dipende dal prodotto e dal mezzo refrigerante.

tx= tempo di refrigerazione

L'efficienza della prerefrigerazione si esprime in t ½ oppure t 7/8 che indica l'intervallo, in unità di tempo, affinché la differenza tra il prodotto ed il mezzo refrigerante si dimezzi o raggiunga i 7/8. La scelta di tale termine è importante perché conoscendo t ½ e le condizioni di refrigerazione di un determinato prodotto, è possibile stabilire la temperatura finale di prerefrigerazione.

SCELTA DEL SISTEMA DI REFRIGERAZIONE: i sistemi impiegati sono:

1. ROOM COOLING O CELLA FRIGORIFERA, nelle sue variazioni abbiamo BABY COOLING oppure CEILING JETS COOLING;
2. FORCED AIR COOLING o ARIA FORZATA, da eseguire in cella frigorifera anche con aria fredda umidificata WET AIR COOLING;
3. IDROREFRIGERAZIONE o HYDROCOOLING;
4. Con ghiaccio o TOP-ICING o BODYICING;
5. SOTTOVUOTO o VACUM COOLING.

La scelta di un sistema dipende da molti fattori, infatti non tutti i prodotti

struttura dell'impianto di prerefrigerazione, che comprende i seguenti elementi: - Prerefrigeratore: è il componente principale dell'impianto, responsabile del raffreddamento del prodotto. Può essere di diversi tipi, come ad esempio un sistema a circolazione di aria fredda o un sistema a circolazione di liquido refrigerante. - Contenitore: è il recipiente in cui viene collocato il prodotto da prerefrigerare. Il suo design e i materiali utilizzati sono fondamentali per garantire un adeguato scambio di calore con l'ambiente esterno. - Materiali di imballaggio: sono i materiali utilizzati per confezionare il prodotto. Possono essere film di plastica o buste di carta, ma è importante considerare che possono creare una barriera al trasferimento di calore e interferire con la refrigerazione. La programmazione dell'impianto di prerefrigerazione richiede una conoscenza approfondita delle caratteristiche dei prodotti da refrigerare, come ad esempio la dimensione, la densità e il tipo di prodotto. È fondamentale anche conoscere la struttura dell'impianto e le sue capacità di raffreddamento per garantire un corretto processo di prerefrigerazione.temperatura finale e la quantità di prodotto da refrigerare nell'unità di tempo. Assume un ruolo importante conoscere la situazione operativa del luogo di installazione, la disponibilità di personale e l'ampiezza della stagione di raccolta per valutare soluzioni fisse o mobili. Dopo aver fatto queste valutazioni ed averle completate con lo studio delle temperature medie, max e min della zona si può procedere con la progettazione dell'impianto. Le tecniche di prerefrigerazione sono le seguenti. Prerefrigerazione in cella Frigorifera: è uno dei sistemi più utilizzati perché si adatta a molti prodotti ed è più facile da progettare. Di contro abbiamo la lentezza di refrigerazione e necessità di maggior spazio al momento di massimo afflusso. Il concetto fisico su cui si basa è l'asportazione di calore con i moti CONVETTIVI (l'aria fredda esce dall'evaporatore veloce si riscalda erisale verso l'evaporatore). Migliorie sono rappresentate dal jet-celine cioè in sistema a doppio soffitto, oppure il bay-colling cioè una suddivisione in comparti ognuno con i propri evaporatori ARIA FORZATA: si basa sempre sull'asportazione di calore per convenzione ma è un principio accelerato dato che si aumenta la velocità del flusso che investe i prodotti. Essa avviene con l'ausilio di ventilatori (pressure cooling) che lavorano in positivo, spingendo l'aria fredda sul prodotto, o in negativo, aspirando aria fredda dalla cella. Tale sistema si mette in atto mediante tunnel dotati di proprio impianto frigorifero. I pallet con il prodotto vengono chiusi all'interno di tunnel opportunamente coibentati ed investiti da flussi d'aria. La sezione sarà data da: S= C=Vm³ mportata in V= velocità flusso in essa dipende dalla portata dei ventilatori. Tale prerefrigerazione può essere implementata anche con l'utilizzo di evaporatori.