Congelamento: processo che utilizza una fonte di bassa temperatura generata dalla refrigerazione per raffreddare il prodotto dalla sua temperatura ambiente e quindi congelarlo.
Refrigerazione: Il processo operativo per ottenere una sorgente a bassa temperatura utilizzando il cambiamento di stato fisico del refrigerante per ottenere una sorgente a bassa temperatura tramite l'effetto di raffreddamento.
Tipologie di apparecchiature di refrigerazione: produzione a freddo (refrigerazione), congelamento di materiali, raffreddamento.
Metodo di refrigerazione: a pistone, a vite, con compressore centrifugo, ad assorbimento, a getto di vapore e ad azoto liquido.
Metodo di congelamento: raffreddamento ad aria, immersione e refrigerante attraverso tubo metallico, parete e dispositivo di raffreddamento a scambio termico per contatto con il materiale.
applicazione:
1. Trasporto di alimenti congelati, refrigerati e surgelati.
2. Raffreddamento, refrigerazione, stoccaggio climatizzato e trasporto refrigerato di prodotti agricoli e alimentari.
3. Trasformazione degli alimenti, come la liofilizzazione, la concentrazione per congelamento e il raffreddamento dei materiali.
4. Condizionamento dell'aria negli impianti di trasformazione alimentare.
Principio del ciclo di refrigerazione
Componenti principali: compressore frigorifero, condensatore, valvola di espansione, evaporatore.
Principio del ciclo di refrigerazione: Il refrigerante assorbe calore e raggiunge il suo punto di ebollizione quando si trova allo stato liquido a bassa temperatura e bassa pressione, quindi evapora trasformandosi in vapore a bassa temperatura e bassa pressione. Il refrigerante evaporato in gas diventa un gas ad alta temperatura e alta pressione sotto l'azione del compressore, e questo gas ad alta temperatura e alta pressione condensa in un liquido ad alta pressione. Dopo la valvola di espansione, torna allo stato liquido a bassa pressione e bassa temperatura, assorbe calore ed evapora nuovamente, completando così il ciclo di refrigerazione del frigorifero.
Concetti e principi fondamentali
Capacità di refrigerazione: in determinate condizioni operative (ovvero, determinate temperature di evaporazione, condensazione e sottoraffreddamento del refrigerante), rappresenta la quantità di calore che il refrigerante sottrae all'oggetto congelato per unità di tempo. È anche nota come capacità frigorifera del refrigerante. Nelle stesse condizioni, la capacità frigorifera dello stesso refrigerante è correlata alle dimensioni, alla velocità e all'efficienza del compressore.
Refrigerazione diretta: Nel ciclo frigorifero, se il refrigerante assorbe calore, l'evaporatore scambia calore direttamente con l'oggetto da raffreddare o con l'ambiente circostante. Viene generalmente utilizzato in un singolo impianto di refrigerazione industriale, come ad esempio congelatori per gelati, piccole celle frigorifere e frigoriferi domestici.
Refrigerante: la sostanza di lavoro che circola continuamente nel dispositivo di refrigerazione per realizzare il raffreddamento. Il dispositivo di refrigerazione a compressione di vapore realizza il trasferimento di calore attraverso il cambiamento di stato del refrigerante. Il refrigerante è un materiale indispensabile per realizzare la refrigerazione artificiale.
Refrigeranti comunemente utilizzati
Refrigeranti comunemente utilizzati: aria, acqua, salamoia e soluzioni organiche acquose.
Criteri di selezione: basso punto di congelamento, elevata capacità termica specifica, assenza di corrosione dei metalli, stabilità chimica, prezzo contenuto e facile reperibilità.
Sebbene l'aria come refrigerante presenti molti vantaggi, viene utilizzata solo a diretto contatto con gli alimenti nei processi di refrigerazione o congelamento, a causa del suo basso calore specifico e dello scarso effetto di trasferimento termico per convezione quando utilizzata allo stato gassoso.
L'acqua ha un elevato calore specifico, ma un alto punto di congelamento, quindi può essere utilizzata come refrigerante solo per realizzare impianti di raffreddamento a temperature superiori a 0 °C. Se si deve realizzare un impianto di raffreddamento a temperature inferiori a 0 °C, si utilizzano soluzioni saline o organiche come refrigerante.
Le soluzioni acquose di cloruro di sodio, cloruro di calcio e cloruro di magnesio sono comunemente chiamate salamoia congelata. La salamoia congelata più utilizzata nell'industria alimentare è la soluzione acquosa di cloruro di sodio. Tra i refrigeranti in soluzione organica, i due più rappresentativi sono le soluzioni acquose di glicole etilenico e glicole propilenico.
Il dispositivo principale delle apparecchiature di refrigerazione a compressione di pistone
Funzione: Viene utilizzato per comprimere il refrigerante, che compie lavoro, ottiene energia e poi si condensa ed espande per formare una fonte di freddo in grado di assorbire calore.
Metodo di rappresentazione del modello: numero di cilindri, tipo di refrigerante utilizzato, tipo di disposizione dei cilindri e diametro del cilindro.
Composizione: blocco cilindri, cilindro, pistone, biella, albero motore, carter, valvole di aspirazione e di scarico, falso coperchio, ecc.
Processo di funzionamento: Quando il pistone si muove verso l'alto, la valvola di aspirazione si apre e il vapore refrigerante entra nel cilindro nella parte superiore del pistone attraverso la valvola di aspirazione. Quando il pistone si muove nuovamente verso l'alto, la valvola di aspirazione si chiude, il pistone continua a muoversi verso l'alto e il refrigerante nel cilindro viene compresso. Quando la pressione dell'aria raggiunge un certo livello, la valvola di scarico del falso coperchio si apre e il vapore refrigerante viene scaricato dal cilindro e spinto nella tubazione ad alta pressione.
Caratteristiche: Struttura semplice, facile da produrre, elevata adattabilità, funzionamento stabile e manutenzione agevole.
condensatore
Funzione: scambiatore di calore, che condensa il vapore surriscaldato del refrigerante in liquido mediante raffreddamento.
Tipo: a fascio tubiero orizzontale, a fascio tubiero verticale, a spruzzo d'acqua, evaporativo, a raffreddamento ad aria
Processo di funzionamento: Il vapore refrigerante surriscaldato entra nel condensatore dalla parte superiore del mantello e, a contatto con la superficie fredda del tubo, condensa formando una pellicola liquida sulla sua superficie. Per effetto della gravità, il condensato scivola lungo la parete del tubo e si separa da essa.
L'evaporatore a nebulizzazione d'acqua è costituito da un serbatoio del liquido, un tubo di raffreddamento e un serbatoio di distribuzione dell'acqua.
Processo di funzionamento: L'acqua di raffreddamento entra nel serbatoio di distribuzione dall'alto e scorre verso la superficie esterna del tubo a spirale attraverso il serbatoio di distribuzione. Parte dell'acqua evapora e la parte restante cade nella vasca d'acqua. L'acqua, proveniente dalla parte inferiore del tubo secondario nascosto, entra nel tubo principale e, risalendo lungo il tubo, si raffredda e condensa, per poi defluire nel serbatoio del liquido.
valvola di espansione
Funzione: ridurre la pressione del refrigerante e controllarne il flusso. Quando il refrigerante liquido ad alta pressione attraversa la valvola di espansione, la pressione di condensazione scende bruscamente fino alla pressione di evaporazione e, allo stesso tempo, il refrigerante liquido bolle e assorbe calore, con conseguente diminuzione della sua temperatura.
Valvola di espansione termica: utilizza il grado di surriscaldamento del vapore all'uscita dell'evaporatore per regolare il refrigerante. In condizioni operative normali dell'unità di refrigerazione, la pressione di perfusione dell'elemento di alimentazione è pari alla somma della pressione del gas sotto il diaframma e della pressione della molla, e si trova in uno stato di equilibrio. Un'alimentazione insufficiente di refrigerante provoca il ritorno del vapore all'uscita dell'evaporatore, il grado di surriscaldamento aumenta, la temperatura del sensore di temperatura aumenta, il diaframma si abbassa e l'apertura dell'uscita aumenta fino a quando la quantità di liquido fornita è uguale alla quantità di evaporazione, quindi la temperatura del sensore di temperatura aumenta fino a raggiungere l'equilibrio. Pertanto, la valvola di espansione termica può regolare automaticamente il grado di apertura della valvola e il volume di liquido fornito può aumentare o diminuire automaticamente in base al carico, garantendo così il pieno utilizzo della superficie di riscaldamento dell'evaporatore.
Evaporatore
Funzione: Il refrigerante assorbe il calore del fluido refrigerante.
Classificazione: In base alla natura del mezzo di raffreddamento, si distinguono tre categorie.
1. Evaporatore per il raffreddamento di refrigerante liquido: come ad esempio refrigeratori d'acqua, refrigeratori di salamoia, ecc. Il refrigerante assorbe calore all'esterno del tubo e il refrigerante liquido circola all'interno del tubo per mezzo di una pompa. Si distingue in base alla struttura in evaporatori a tubi orizzontali, a tubi verticali, a tubi a spirale e a serpentina.
2. Evaporatore per l'aria di raffreddamento: il refrigerante evapora nel tubo, l'aria fuoriesce e il flusso d'aria segue la convezione naturale
3. Evaporatore a contatto per il raffreddamento di materiale congelato: il refrigerante evapora su un lato della parete divisoria per lo scambio termico, mentre l'altro lato della parete è a diretto contatto con il materiale da raffreddare o congelato.
Caratteristiche: buon effetto di trasferimento termico, struttura semplice, ingombro ridotto e minore corrosività per le apparecchiature grazie al sistema di circolazione del refrigerante sigillato.
Svantaggio: Quando la pompa della salamoia si arresta a causa di un malfunzionamento, può verificarsi il congelamento, con conseguente rottura del gruppo di tubi.
tubo di raffreddamento
Tubo di raffreddamento verticale
Vantaggi: Dopo la vaporizzazione del refrigerante, lo scarico è semplice e l'effetto di trasferimento del calore è buono, ma quando il tubo di scarico è alto, la temperatura di evaporazione del refrigerante inferiore è elevata a causa della pressione statica della colonna di liquido.
Tubo a parete a spirale singola:
Vantaggi: La quantità di refrigerante immessa è ridotta, circa il 50% del volume del tubo di scarico, ma il refrigerante non viene espulso rapidamente dal tubo dopo la vaporizzazione, riducendo così l'efficacia dello scambio termico.
Tubo deformato:
Vantaggi: ampia superficie di dissipazione del calore.
Dispositivi ausiliari per apparecchiature di refrigerazione a compressione di pistoni
separatore d'olio
Funzione: Serve a separare l'olio lubrificante disciolto nel liquido e nel gas compressi, impedendo che l'olio lubrificante penetri nel condensatore e comprometta le condizioni di scambio termico.
Principio di funzionamento: Mediante diverse proporzioni di goccioline d'olio e vapore refrigerante, la portata viene ridotta aumentando il diametro del tubo e la direzione del flusso del refrigerante viene modificata; oppure, per forza centrifuga, le goccioline d'olio si depositano alla temperatura del vapore. Nel caso di olio lubrificante allo stato gassoso, la temperatura del vapore viene ridotta mediante lavaggio o raffreddamento, in modo che si condensi in goccioline d'olio e si separi. Il separatore d'olio a filtro è refrigerante a Freon.
La funzione del separatore d'olio è la seguente: raccoglie la miscela di refrigerante e olio separata dal separatore d'olio, dal condensatore e da altri dispositivi del sistema di refrigerazione, separa l'olio dal refrigerante misto a bassa pressione e li scarica separatamente. Per garantire la sicurezza dello scarico dell'olio, quest'ultimo riduce la perdita di refrigerante.
La funzione del serbatoio del liquido è quella di immagazzinare e regolare il refrigerante liquido fornito a ciascuna parte del sistema di refrigerazione per garantire il funzionamento sicuro dell'alimentazione del liquido alle apparecchiature. L'accumulatore di liquido è suddiviso in serbatoio ad alta pressione, serbatoio a bassa pressione, serbatoio di drenaggio e serbatoio di accumulo del liquido di circolazione.
La funzione del separatore gas-liquido è: separare il refrigerante dall'evaporatore per impedire che il refrigerante liquido entri nel compressore e danneggi il cilindro; separare il vapore inefficace presente nell'ammoniaca liquida a bassa pressione dopo la laminazione per migliorare l'efficienza dello scambio termico dell'evaporatore.
Ruolo del separatore d'aria: separare ed espellere i gas non condensabili presenti nel sistema per garantire il normale funzionamento dell'impianto di refrigerazione.
Ruolo dell'intercooler: installato in un sistema di refrigerazione a compressione a due stadi (o multistadio) per raffreddare il gas surriscaldato scaricato dalla compressione dello stadio a bassa pressione, garantendo il raffreddamento interstadio e il normale funzionamento del compressore dello stadio ad alta pressione; l'olio lubrificante e il refrigerante di raffreddamento trascinati consentono al refrigerante di ottenere un maggiore sottoraffreddamento.
Conservazione a freddo
Classificazione:
Celle frigorifere di grandi dimensioni (oltre 5000 t); celle frigorifere di medie dimensioni (da 1500 a 5000 t); celle frigorifere di piccole dimensioni (inferiori a 1500 t).
In base alle esigenze di utilizzo:
Conservazione a freddo ad alta temperatura: principalmente frutta, verdura, uova fresche e altri alimenti vengono refrigerati; la temperatura di conservazione generale è compresa tra 4 e -2 °C.
Conservazione a bassa temperatura: principalmente carne, prodotti ittici, ecc. vengono congelati e surgelati; la temperatura di conservazione generale è compresa tra -18 e -30 °C;
Magazzino climatizzato: conservare riso, pasta, medicinali, vino, ecc. a temperatura ambiente, generalmente tra i 10 e i 15 °C.
Apparecchiatura per la surgelazione rapida: adatta per congelare materie prime confezionate in piccole porzioni o sfuse, come blocchi, fette e granuli, per la produzione di alimenti surgelati di vario tipo, come carne, prodotti ittici, verdure e ravioli. Temperatura di congelamento: da -30 a 40 °C.
Congelatore rapido a scatola: All'interno della scatola, avvolta con materiale isolante termico, sono presenti diverse piastre piane mobili con intercalari. Tra gli intercalari sono installate delle serpentine di evaporazione, tra le quali può essere versata una soluzione salina. Il refrigerante circola attraverso le serpentine di evaporazione; i prodotti da congelare vengono posizionati tra le piastre, che vengono mosse per comprimerli e favorirne il congelamento.
Macchina per surgelazione rapida a tunnel: è composta da un corpo tunnel, un evaporatore, una ventola e un supporto per il materiale o una rete di trasmissione in acciaio inossidabile. Il materiale passa prima attraverso il primo nastro a rete, che si muove più velocemente e forma uno strato di materiale più sottile, in modo che la superficie si congeli; il secondo nastro a rete, che si muove più lentamente e forma uno strato di materiale più spesso, congela l'intero materiale per ottenere un prodotto surgelato rapidamente e monolitico.
Congelatore a immersione: il materiale congelato viene messo a diretto contatto con un gas liquefatto o un refrigerante liquido a bassissima temperatura per ottenere un prodotto surgelato rapidamente. L'alimento passa sequenzialmente attraverso la zona di pre-raffreddamento, la zona di congelamento e la zona di stabilizzazione della temperatura. L'azoto liquido, immagazzinato all'esterno del tunnel, viene introdotto nella zona di congelamento a una determinata pressione per il congelamento a spruzzo o a immersione. L'azoto formatosi dopo l'assorbimento di calore da parte dell'azoto liquido si trova ancora a una temperatura molto bassa, da -10 a -5 °C, e viene immesso nel tunnel da una ventola. La sezione precedente viene pre-congelata. Nella zona di congelamento, l'alimento viene congelato rapidamente per contatto con l'azoto liquido a -200 °C.
apparecchiature di refrigerazione e condizionamento dell'aria
Refrigerazione in atmosfera controllata: combinando la refrigerazione con la conservazione in atmosfera controllata, controllando la temperatura e la composizione dei gas, si fa in modo che il contenuto di ossigeno e anidride carbonica nel magazzino venga utilizzato principalmente per la conservazione di frutta e verdura, ottenendo un ottimo effetto di conservazione.
La perdita di prodotti durante lo stoccaggio è minima. Secondo le statistiche, il tasso di perdita dei prodotti conservati in celle frigorifere è del 21,3%, mentre quello dei prodotti conservati in celle frigorifere climatizzate è del 4,8%.
Data di pubblicazione: 26 gennaio 2022
