VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING ENERGY INSTITUTE
KLIMATIZAČNÍ KOMORA PRO ZPRACOVÁNÍ UZENIN DESIGN OF A PROCESSING CHAMBER FOR SMOKED GOODS PRODUCTION
DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER’S THESIS
AUTOR PRÁCE
Bc. LUBOMÍR ČERMÁK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2009
ING. VLADIMÍR KREJČÍ, Ph.D.
2
3
4
ABSTRAKT Cílem diplomové práce je navrhnout klimatizační komoru pro sušení uzenin. Samotné konstrukci předchází rozbor problematiky sušení a zrání. Navržená konstrukce zrací komory sestává z nosné konstrukce, nerezové komory, pojezdového rámu, hnacího ustrojí a rozvodu vzduchu s jeho úpravou. Jsou zde vypočteny parametry vzduchu pro všechny stavy během vlhčení vzduchu v komoře, odvlhčování v chladiči a ohřevu. Práce také obsahuje schéma regulace se stručným popisem její funkce. Klíčová slova: návrh sušící komory, sušící komora, zrací komora, konstrukce, stavy vzduchu při sušení, regulace sušení.
ABSTRACT The aim of the diploma thesis is to design a drying chamber for meat/salami processing. The design itself comes after the necessary information regarding meat drying and curing has been given. The chamber comprises a main frame, stainless steel chamber, chain conveyor, powertrain and a ductwork for the air treatment. All the parameters of moist air are given as calculated for the states encountered during the drying process, i.e. air dehumidification, when passing the cooling coil, and heating. The control system to meet the required environment condition is also suggested. Klíčová slova: Drying chamber design, drying chamber, curing chamber, framework, moist air states when drying, drying control.
Bibliografická citace VŠKP ČERMÁK, L. Klimatizační komora pro zpracování uzenin. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2009. 60 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Vladimír Krejčí, Ph.D. 5
Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Klimatizační komora pro zpracování uzenin vypracoval samostatně. Vycházel jsem přitom ze svých znalostí, odborných konzultací a pramenů, uvedených v seznamu.
29.5.2009
…………………... podpis
6
Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat všem lidem, kteří mi byli při tvorbě diplomové práce nápomocni a to nejen odborně. Zejména patří poděkování mému vedoucímu práce panu Ing. Vladimírovi Krejčímu Ph.D.
7
OBSAH 1
ÚVOD .......................................................................................................................................... 10 1.2 FERMENTOVANÉ SALÁMY V HISTORII ......................................................................................................... 10 1.3 DRUHY SALÁMŮ .................................................................................................................................... 11 1.3.1 Fermentované salámy s nízkou kyselostí .................................................................................. 11 1.3.2 Fermentované salámy s vyšší kyselostí ..................................................................................... 11 1.4 LEGISLATIVNÍ POŽADAVKY ....................................................................................................................... 12 1.5 HYGIENA A SANITACE ............................................................................................................................. 13 1.5.1 Čištění ........................................................................................................................................ 14 1.5.2 Mlhová dezinfekce .................................................................................................................... 14 1.5.3 Osobní hygiena .......................................................................................................................... 15 1.6 VADY TRVANLIVÝCH MASNÝCH VÝROBKŮ .................................................................................................... 16
2
KLIMATIZOVANÉ KOMORY – DĚJE A DRUHY ................................................................................ 17 2.1 STARTOVACÍ KULTURY A PLÍSNĚ ................................................................................................................ 17 2.2 VÝROBA FERMENTOVANÝCH SALÁMŮ ........................................................................................................ 18 2.2.1 Produkce fermentovaných masných výrobků............................................................................ 19 2.3 SUŠENÍ ................................................................................................................................................ 19 2.3.1 Proces sušení a jeho řízení ......................................................................................................... 20 2.3.2 Sušení salámů ............................................................................................................................ 22 2.3.3 Zařízení na sušení masa a masných výrobků............................................................................. 22 2.5 DRUHY KLIMATIZAČNÍCH KOMOR .............................................................................................................. 25 2.5.1 Rozdělení podle velikosti ........................................................................................................... 25 2.5.2 Rozdělení podle klimatizačního zařízení .................................................................................... 26 2.5.3 Rozdělení podle druhu zrání ...................................................................................................... 26 2.5.4 Ukázka technologie ................................................................................................................... 27
3
KONSTRUKCE ZRACÍ KOMORY ..................................................................................................... 28 3.1 POŽADAVKY NA KONSTRUKCI ................................................................................................................... 28 3.2 KONTRUKČNÍ ŘEŠENÍ .............................................................................................................................. 29 3.2.1 Nosná konstrukce ...................................................................................................................... 29 3.2.1 Nerezová komora ...................................................................................................................... 30 3.2.3 Pojezdový rám ........................................................................................................................... 32 3.2.4 Hnací ústrojí .............................................................................................................................. 35 3.3 VELIKOST VSÁZKY .................................................................................................................................. 36
4
NÁVRH VZT ZAŘÍZENÍ A STAVY VZDUCHU .................................................................................... 37 4.1 POŽADOVANÉ PARAMETRY VNITŘNÍHO PROSTŘEDÍ ....................................................................................... 37 4.1.1 Parametry vzduchu v komoře pro plíseň ................................................................................... 37 4.2 ZÁTĚŽE TECHNOLOGICKÉHO PROCESU ........................................................................................................ 38 4.2.1 Zátěž odparem vody .................................................................................................................. 38 4.2.2 Orientační výpočet úniku tepla z komory .................................................................................. 39 4.2.3 Výkon potřebný pro odpar vody ze salámů ............................................................................... 40 4.3 PARAMETRY VZDUCHU V KOMOŘE............................................................................................................. 41 4.3.1 Výpočet...................................................................................................................................... 41 Volba chladiče .................................................................................................................................... 45 Volba ohřívače.................................................................................................................................... 45 Volba ventilátoru................................................................................................................................ 46 4.4 NÁVRH ROZVODŮ VZDUCHU A UMÍSTĚNÍ VZT ZAŘÍZENÍ ................................................................................. 47
5
POPIS REGULACE ......................................................................................................................... 50
ZÁVĚR ................................................................................................................................................. 52 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ .............................................................................................................. 53 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK ........................................................................................ 54 8
SEZNAM OBRÁZKŮ .............................................................................................................................. 56 SEZNAM PŘÍLOH .................................................................................................................................. 57
9
1
ÚVOD
Hlavní část diplomové práce bude věnována výpočtu z hlediska vnitřního prostředí, tvorbě výkresové dokumentace zrací komory a v neposlední řadě i nástinem měření a regulace se simulováním proudění uvnitř komory pro zjištění nejlepší polohy teploměru a vlhkoměru. Toto je jeden ze způsobů jak dojít ve výsledku k fungující zrací komoře. Nebylo to tak ale vždy. V dávno minulých dobách se výroba uherských salámů řadila spíše do umění než do obyčejné technologie jak ji známe dnes. 1.2 FERMENTOVANÉ SALÁMY V HISTORII
Fermentační proces provází člověka již velmi dlouhou dobu, a to především u produktů jako je pivo, víno, chléb, salámy, sýry, ale i léčiva. Jako fermentace (nebo i kvašení) se označují procesy, kdy mikrobi rozkládají organickou hmotu a převládá rozklad bezdusíkatých látek. Již v Babylonu, 5000 let před naším letopočtem, existuje první zmínka o řízeném procesu fermentace. Na dálném východě, především v Číně, se zhruba 2500 let před naším letopočtem objevila konzervace zeleniny „řízenou“ fermentací. Zde také vznikl první tepelně neopracovaný masný výrobek, který ale s tím, jak tyto výrobky známe dnes, nelze srovnávat. Evropa v tomto směru dosti zaostala. Název Salami se zdá být odvozen od Kyperského města Salamis, zničeného zemětřesením, ale novější teorie jsou spíše pro původ slova z latinského „salare“ – sůl. Novodobá výroba salámů je datována asi do roku 1730, kdy se v severní Itálii začala produkce fermentovaných salámů. Odtud se výroba šířila do Maďarska a Německa. Rozšířením výroby do celého středomoří se začaly objevovat opravdu rozmanité výrobky z hlediska použité suroviny, technologie, mikroorganismů i výsledné chutě a vůně. V dnešní době snadného cestování si tyto variace můžeme dopřávat daleko snadněji, než tomu bylo dříve. V Československu byly tepelně neopracované salámy vyráběny průmyslově v oblasti vysočiny. Zde byly příznivé podmínky pro zrání. Na počátku 70. let byly vyvinuty tepelně neopracované masné výrobky jako salámy Poličan a Herkules, na Slovensku pak Nitran a Malokarpatská saláma. I když se technologie modifikovaly, tyto salámy mají i dnes svou pevnou pozici na trhu. Rozdíl mezi Poličanem a Herkulesem není jen jiný průměr salámu (kalibru), ale hlavně to, že se u Poličanu nepoužívá startovací kultury, zatímco u Herkulesu ano. Tyto salámy se k sobě dnes velmi přiblížily, proto někteří výrobci hledají původní receptury a chutě. Uherský salám – patrně u nás nejznámější z kategorie nízkokyselých fermentovaných salámů vznikl vývojem z původních italských salámů a začal se vyrábět v zemích tehdejšího Rakouska-Uherska. V různých variantách se dnes vyrábí v Maďarsku, Rakousku, ale i u nás. Maďarsko je známé svou gastronomickou tradicí a uherský salám je jen jedním z mnoha tepelně neopracovaných masných produktů vyráběných v této zemi. 10
1.3 DRUHY SALÁMŮ
Dnes v rámci globalizace je velmi pravděpodobné, že vyvstane poptávka i po různých typech salámů. Dále budou zmíněny základní druhy fermentovaných salámů a jejich vlastnosti a z toho vyplývající nastavení teplot zracích komor hlavně v počátečních fázích zrání a sušení. 1.3.1 FERMENTOVANÉ SALÁMY S NÍZKOU KYSELOSTÍ
Fermentace – fermentací rozumíme procesy, kdy působením mikroorganismů dochází k tvorbě kyseliny mléčné a dalších organických sloučenin. Salámy s nízkou kyselostí jsou trvanlivé hlavně díky vysušení a tedy nízké aktivitě vody aw (viz kapitola 2.3), která by měla být 0,65-0,9. Právě díky zmíněným hodnotám aktivity vody se pH výrobků pohybuje obvykle mezi 5,86,2. Nízkokyselé salámy se často vyrábí 2 měsíce, některé druhy až půl roku. Zhruba 100 dní se suší a zrají známé uherské salámy, kdy aktivita vody dobu klesne pod 0,88. Tato skupina výrobků je také charakterizována tím, že se při výrobě nepoužívají sacharidy a výrobky proto většinou nemají kyselost pod 5,8. Aby byla zaručena inhibice mikroorganismů při takto nízké kyselosti, je nutné zvolit nižší počáteční teploty zrání (10-12 °C) a ty musí být dodrženy až do snížení aktivity vody minimálně na 0,96. Z našich je v této skupině zástupcem salám Poličan (je-li správně vysušený a dozrálý), paprikáš, Hanák, smíchovský salám, Perun, typickým je však spíše uherský salám. 1.3.2 FERMENTOVANÉ SALÁMY S VYŠŠÍ KYSELOSTÍ
Právě díky vyšší kyselosti (pH většinou pod hodnotu 5,0) mají tyto salámy svoji trvanlivost. Snížení pH lze dosáhnout více způsoby. Typickým je přídavek sacharidů do díla (dílem se rozumí zpracovávaná dávka od syrového masa po hotový výrobek) a přídavek tzv. startovacích kultur. Ty potom přemění sacharidy na kyselinu mléčnou, která způsobí výše zmíněné hodnoty pH. Na začátku zrání jsou potřeba vyšší teploty, aby přeměna sacharidů, resp. fermentace, byla rychlá a tím se dosáhlo vyšší kyselosti v krátkém čase tak, aby se mikroorganismům zabránilo ve znehodnocení výrobku. Aktivita vody je u těchto výrobků až druhořadá a to méně než 0,93. Zrají většinou méně než 3 týdny a proto jsou i ztráty v podobě odparu vlhkosti (viz kapitola 2) většinou pod 15 % hmotnosti před začátkem sušení (předchozí skupina více než 20 %). Díky nižšímu vysušení jsou tyto salámy lépe krájitelné než skupina předchozí. Mnohem výhodnější ekonomika výroby (díky krátké zrací a sušící době) fermentovaných salámů s vyšší kyselostí je hlavní příčinou velkého rozvoje jejich výroby. Z českých výrobků jsou zástupci lovecký salám, Herkules, Permoník a dunajská klobása, ze zahraničních např. maďarské čabajské klobásy.
11
1.4 LEGISLATIVNÍ POŽADAVKY
V maďarsku je zaveden potravinářský kodex (Codex Alimentarius Hungaricus). Tento „zákon“ vymezuje nejen kategorie výrobků a co mají zhruba obsahovat, ale jdou mnohem dál než české předpisy (např. zákon č. 110/1997 Sb., o potravinách a tabákových výrobcích a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů, pro maso, masné výrobky, ryby, ostatní vodní živočichy a výrobky z nich, vejce a výrobky z nich a navazující vyhláška Ministerstva zemědělství č. 326/2001 Sb., kterou se provádí § 18, písm. a), d), g), h). i) a j) zákona č. 110/1997 Sb. určuje použití surovin, startovacích kultur nebo GDL (akcelerátor v podobě sacharidů). Maďarsko, aby ochránilo své jméno ve světě, například definuje výrobky i z hlediska chemického složení, organoleptických vlastností a dalších ukazatelů kvality. Vyhláška č. 326/2001 Sb., ve znění vyhlášky č. 264/2003 Sb. , kterou se mění vyhláška č. 326/2001 Sb., - §10 odstavec e) a g) e) Tepelně neopracovaný masný výrobek: Výrobek určený k přímé spotřebě bez další úpravy, u něhož neproběhlo tepelné opracování surovin ani výrobku. g) Fermentovaný trvanlivý masný výrobek: Výrobek tepelně neopracovaný určený k přímé spotřebě, u kterého v průběhu fermentace, zrání, sušení, popřípadě uzení za definovaných podmínek došlo ke snížení aktivity vody s hodnotou aw(max.) = 0,93, s minimální dobou trvanlivosti 21 dní při teplotě plus 20 °C. Definice fermentovaných a tepelně neopracovaných masných výrobků, podle vyhlášky č. 264/2003, příloha č. 5.
12
Vyhláška Ministerstva zemědělství zem č. 147/1998 Sb., o způsobu stanovení kritických bodů bod v technologii výroby, ve znění ní pozdějších pozdě předpisů, tzn. takových bodů, ů, při při kterých se možnost znehodnocení výrobku kontaminací či jiným způsobem sobem zvyšuje zvyšu nad hygienou stanovenou mez. 1.5 HYGIENA A SANITACE SANITA
V zákoně o potravinách, veterinárním zákoně zákon a navazujících vyhláškách je výrobcům m potravin uložena povinnost povin dosáhnout během hem výroby vysoké úrovně čistoty, istoty, zároveň s dodržením zákonů na ochranu životního prostředí prost a zdravotní nezávadnosti. Hygiena potrav potravin – definuje se jako všechna na opatření opatř a pravidla, nezbytná pro výrobu zdravotn zdravotně nezávadných a kvalitativně kvalitativn vyhovujících potravin. Sanitace – rozumí se jí čisticí a dezinfekční ní metody, metody postupy a prostředky, kterými se dosáhne požadovaných parametrů hygienické úrovně. úrovn
13
1.5.1 ČIŠTĚNÍ
Pro zvládnutí procesu čištění musí být brány v potaz jak parametry fixní (podmínky předem dané) tak parametry variabilní (přímo ovlivnitelné). Fixní faktory Hygienický design – to je snadná čistitelnost vzhledem ke tvarům zařízení, to platí pro všechna zařízení, která mohou být při výrobě kontaminována biologickou nečistotou. Materiál – musí být volen tak, aby na něj zátěž čisticími prostředky neměla vliv. Kvalita vody – je důležitý parametr jak pro výsledek čištění, tak pro korozi materiálů, se kterými přichází voda do kontaktu. Vysoká tvrdost vody snižuje kvalitu čisticího procesu a může tvořit úkryt pro mikroorganismy v podobě usazenin. Měkká voda je naopak sama o sobě korozivní. Například u nerezové oceli můžeme pozorovat bodovou korozi způsobenou chlorovanou vodou s kyselinami. Nečistota - stav, druh a stupeň znečištění rozhodující o volbě čisticího prostředku. Variabilní faktory Mechanická síla – odstraňování hrubých částí nečistoty. Doba působení – musí být dostatečná, aby byly nečistoty dostatečně rozrušeny, ale je třeba brát v potaz, že čisticí prostředek působí negativně na materiál, aby nedošlo ke vzniku jakékoli koroze. Teplota - ze zkušeností z praxe je potřeba teplota pro roztavení tuků minimálně 55 °C. Koncentrace a vhodnost čisticího prostředku – při nízké koncentraci prostředku nebude vyčištění dokonalé, při zbytečně vysoké koncentraci se zvýší riziko koroze a je zatíženo životní prostředí. 1.5.2 MLHOVÁ DEZINFEKCE
Z důvodu rozsahu této práce nemohou být uvedeny další způsoby jako pěnové čištěni a dezinfekce. Úroveň hygieny a sanitace stoupá se zvyšujícími se požadavky na trvanlivost a kvalitu výrobků. Metody dezinfekce a pěnového čištění nemusí být pro některé technologie dostačující. Je nutné zajistit také čistotu klimatizačních systémů a prostředí výrobních prostor. Ideálním způsobem pro zajištění tohoto požadavku je tzv. mlhová dezinfekce. Nezředěný přípravek se nalije do nádržky mlžícího zařízení, které po spuštění vytváří velmi jemnou mlhu (velikost částic 1-30 µm), která se rychle rozptýlí a pronikne i do těžko přístupných míst. Před zahájením výroby se povrchy, které přichází do kontaktu s potravinou, 14
opláchnou pitnou vodou. Mlžící systémy vynikají jednoduchou a rychlou aplikací, dosáhne se s nimi vysoké a širokospektrální účinnosti dezinfekce za minimálních nákladů (1-2 litry přípravku stačí na 1 000 m3 prostoru). Mlžící systém je vhodný na dezinfekci zracích komor, jejích vzduchovodů a špatně přístupných míst dopravníků v komorách. Mlhovou dezinfekci lze navíc snadno automatizovat prostým sepnutím ventilátoru pro oběh vzduchu a uzavřením klapek, aby se čistící mlha nedostala jinam než má. 1.5.3 OSOBNÍ HYGIENA
Mytí rukou Nejdůležitějším pracovním nástrojem jsou pořád lidské ruce, a tudíž představují největší riziko kontaminace. Počet mikroorganismů na rukou snížíme jejich mytím, ale nikdy neodstraníme všechny mikroorganismy, proto musí být ruce pravidelně myty. Před − zahájením práce, − zpracováním citlivých výrobků, − započetím výdeje výrobků. Při − změně pracovního místa, − výměně pracovních rukavic. Po − − − − − − − − −
každé přestávce, použití toalety, práci se syrovým masem, práci s možnými kontaminovanými potravinami či předměty, práci s uskladňováním a dopravou, špinavé práci, likvidaci odpadků, čisticích pracích, kašlání, kýchání, smrkání.
Z hlediska výroby tepelně neopracovaných masných výrobků, zejména pokud má být aplikována plíseň, je velice důležité, aby salám nebyl kontaminován. Často dochází ke kontaminaci po narážení při navěšování na dopravníky či navěšovací vozíky. Je nutné, aby byl kontakt s výrobkem co možná nejčistší. Nedodržení tohoto požadavku může v extrémním případě znamenat zkázu celé dávky.
15
1.6 VADY TRVANLIVÝCH MASNÝCH VÝROBKŮ
Vady trvanlivých masných výrobků z hlediska použití klimatizační technologie: - tzv. kroužek je rychlé sušení vedoucí ke vzniku povrchové krusty neboli kroužku, ve středu výrobku se zadržuje vlhkost a výrobek nevysychá, možnost mikrobiálního kažení - nežádoucí povrchové zaplísnění je důsledkem nedostatečného vyuzení, nedostatečné hygieny klimatizovaných komor a nedostatečný přívod vzduchu k výrobkům - šednutí výrobků v nákroji je způsobeno nedostatečným vychlazením surovin, nízkým přídavek solicí směsi, nedostatečným rozmícháním solicí směsi v díle a rychlé vysušení povrchu salámu - tzv. vláknitost je následkem vyšších teplot zrání při vyšším obsahu sacharidů vede k tvorbě hlenovitých vláken - povrchové osliznutí nemusí souviset s povrchovou hnilobou, salám lze očistit a lehce zakouřit - tzv. vykvetení se může projevit u salámů, které jsou pouze sušeny. Mají suché bělavé nebo žlutavé nesouvislé pokryvy na povrchu.
16
2
KLIMATIZOVANÉ KOMORY – DĚJE A DRUHY
2.1 STARTOVACÍ KULTURY A PLÍSNĚ
Startovací kultury Startovací kultury (tzv. kulturní mikroflóra) se do díla fermentovaných salámů většinou přidávají sublimačně usušené, nebo jako čerstvá kultura. Startovací kultury musí mít vhodné vlastnosti, příslušnou biochemickou aktivitu a nesmějí obsahovat patogenní mikroorganismy. Startovací kultury zajišťují správný a rychlejší průběh zrání, a to přeměnou sacharidů, dusičnanů a dusitanů, štěpením lipidů, snížením pH a v neposlední řadě vytvářením typického aroma a chuti výrobků. Startovací kultury mají různé složení podle zvyklosti nebo oblasti a požadované jakosti výrobků. Mléčné bakterie jsou přidávány v relativně velkém množství, rychle se proto v díle rozmnoží, rychle dílo okyselí a potom většina odumře. Plísně U některých fermentovaných salámů je žádoucí porost plísně na povrchu. Tento porost by měl být bílý nebo šedobílý, nežádoucí jsou porosty zelené, modrozelené nebo žluté. Plísně na povrchu salámů zajišťují typický vzhled, udržují suchý povrch, omezují přístup kyslíku a přispívají k aromatu výrobku. Pouze u salámů s malým kalibrem (30 - 40 mm) se vytvoří plné aroma po plísni. Salámy těchto kalibrů je možné vyrobit i bez dusitanů, bez ovlivnění barvy, aroma a trvanlivosti salámů. Aby se mohly na povrchu salámu uchytit a růst plísně, je nutná přiměřeně nízká hodnota aktivity vody a nepřítomnost fungicidních složek z kouře. Salám tedy může být jenom zlehka ouzen aby se v počátečních fázích zabránilo kontaminaci jinými plísněmi. Po vytěkání fungicidních látek během sušení a zrání je salám opět infikován plísněmi (uherský salám). Krátká citace speciálně o „uheráku“. Uherský salám, „uherák", má svůj původ v Itálii; v severoitalských horách byly ideální klimatické podmínky pro výrobu fermentovaných salámů (zejména nízká relativní vlhkost). Severoitalští výrobci zavedli jeho výrobu i v Uhrách, kde sice nebyly pro jeho výrobu ideální podmínky, ale bylo možné jej vyrábět v zimních měsících. Vedle známých výrobců Piek a Herz se „Ungarische Salami" vyrábí i v sousedním Rakousku. Uherský salám je vyrobený z jemně mělněného vepřového masa a špeku s přídavkem speciálních koření a bez přídavku startovacích kultur. Charakteristické je pro něj intenzivní uzení a dlouhá fáze sušení a zrání. Při nízké teplotě zraje a schne do dosažení mikrobiální stability, poté pokračuje sušení a zrání do dosažení žádoucího obsahu vody. Laktobacily se příliš neuplatní, protože je k dispozici malé množství sacharidů, proto i pH klesá poměrně málo (5,7 - 6,0) a rozhodujícími překážkami jsou pak nízká teplota při výrobě a dosažení nízké 17
hodnoty aw (0,92 - 0,93). Dosušováním při vyšší teplotě se rozvine plíseň, její růst je podpořen řízeným ovlhčením. Původní italské salámy nebyly uzeny, avšak v odlišném klimatu bylo nutné údržnost zajistit uzením. Oproti původní výrobě s dusičnanem se v současné době důsledně používá výhradně dusitanové směsi. Během zrání dochází k postupné hydrolýze tuků, neprobíhá však oxidační žluknutí.“ /2/. Plísně můžeme aplikovat buď tzv. „domácí flórou“ (tj. plísněmi žijícími ve zracích komorách usazeny na zdech, regálech a stojanech, hlavně dřevěných) nebo uměle. Pokud nemáme k dispozici „domácí flóru“, musíme použít infikaci umělou. Tu můžeme provést několika způsoby: ponořením, potřením či postřikem salámů suspenzí plísňových spor. Pokud na salámech vyrostou plísně jiné barvy než bíle nebo šedobílé musí se povrchy s těmito plísněmi okartáčovat. Pokryv salámů plísněmi, který může na konci zrání přesahovat i 10 mm je také nutno okartáčovat. Mnohé kmeny plísní mohou tvořit mykotoxiny, proto se doporučuje aplikace uměle pěstovaných plísňových kultur. Klimatizační komory zejména pokud je vnitřní prostor mechanizován navěšovacím dopravníkem, musí počítat s případným nadměrným růstem plísně, kdy se plíseň může dostat do vodících lišt a kladek a mohla by způsobit zadírání dopravníku. Samozřejmostí musí být i předepsané nerezové materiály aby se daly výtrusy plísní snadno čistit.
2.2 VÝROBA FERMENTOVANÝCH SALÁMŮ
Protože se jedná o tepelně neopracované salámy je jejich výroba složitá a velmi často riziková. Nemožnost tepelného zpracování dává možnost mikroorganismům znehodnotit dílo. Musí proto spolehlivě působit anabiotické úpravy, které v kombinaci tvoří tzv. bariérový efekt (viz Obr. 2-1)
Obr. 2-1 Bariérové schéma překážek růstu mikroorganismů /1/ Zprvu se uplatňuje dusitanová solící směs, která znemožní růst salmonel. Působí i sůl, která mírně sníží hodnoty aktivity vody. Žádaná mikroflóra (startovací kultura, plíseň) působí svým produktem (kyselinou 18
mléčnou) na základní mikroflóru svými bakteriociny (antibakteriálně). Z hlediska trvanlivosti výrobku rozhodují dvě poslední bariéry a to kyselost a aktivita vody. Obecně je třeba při výrobě fermentovaných syrových salámů zajistit následující rozhodující momenty (kritické či ochranné body) (viz Obr. 2-2).
Obr. 2-2 Kritické a ochranné body (x jedná se o hodnoty tzv. nekritické, nejsou tedy rozhodující) /1/ 2.2.1 PRODUKCE FERMENTOVANÝCH MASNÝCH VÝROBKŮ
Za trvající trend, kdy se neobjevují nové technologie či výrobky, nesou odpovědnost zhruba dva základní faktory: 1. Uvádění dalších, nových a vylepšených typů startovacích kultur. Ty omezují hlavně rizikovost této technologie na minimum. 2. Technický vývoj klimatizačních zařízení sloužících pro řízené zrání a sušení masných výrobků. Opět pro snížení rizik zvýšením spolehlivosti technologie. Např. firma Vemag dokázala snížit spotřebu energie přibližně o 45 %. Samozřejmě za určitých předpokladů jako např. efektivnost existence dvou komor s vytížeností alespoň 75 % u každé z nich. 2.3 SUŠENÍ
Operace sušení a s ní spojené další úkony jsou zejména založeny na empirických řemeslných zkušenostech. Je potřeba podrobně popsat všechny vztahy a děje, které při sušení probíhají, abychom dosáhli požadované úrovně kvality a produktivity. V technologii masa se sušení využívá k výrobě trvanlivých salámů. Buď jednotlivých kusů salámů nebo v dávkách. Aktivita vody – definujeme jako poměr fugacity vody v roztoku k fugacitě čisté vody. Fugacitu můžeme aproximovat parciálním tlakem nasycených
19
vodních par za daných podmínek, kterou můžeme vyjádřit i jako relativní vlhkost v okolním prostředí nad roztokem.
aw =
ϕ p = ps 100
(2-1)
Sušením nalezne smrt pouze malé množství organismů, takže patogenní zárodky by mohly přežít. Sušení přispívá k údržnosti masa, ale musí se vhodně kombinovat s ostatními zásahy jako je např. solení (také sníží aw), tepelné opracování, přídavek dusitanů, uzení atd. Je nutné zvolit i vhodný obal aby byl výrobek ochráněn před kontaminací, vlhkostí a prachem a tím bylo dosaženo delší údržnosti. Obal musí být zároveň dostatečně prostupný pro vodní páry, aby mohl být výrobek vysušen v požadovaném čase. 2.3.1 PROCES SUŠENÍ A JEHO ŘÍZENÍ
Při sušení musí být dodržena podmínka rovnováhy mezi odparem vody z povrchu a migrací vody z vnitřních vrstev masného výrobku k povrchu. Pokud by došlo k nedodržení této rovnováhy, může dojít k zaschnutí povrchu. To by zabránilo dalšímu odpařování a nerovnoměrná suchost výrobku by mohla vést ke zkáze výrobku. Salámy a sušená masa jsou hydroskopické materiály. Pokud jsou vystaveny vlhké atmosféře, stoupá v nich obsah vody až do dosažení rovnováhy (adsorpce, resp. absorpce). Naopak při desorpci v suchém vzduchu maso odpařuje vodu do doby, než je dosaženo rovnováhy. Rovnováha je dosažena v okamžiku, kdy parciální tlak vodní páry ve vzduchu právě odpovídá parciálnímu tlaku vodní páry ve výrobku. Z hlediska procesu sušení lze masné výrobky považovat za porézní materiál. V závislosti na kinetice sušení lze definovat dvě základní období časového průběhu: 1. Období Parciální tlak par nad povrchem je roven parciálnímu tlaku par nad hladinou vody. Rychlost sušení je v čase neměnná. To znamená, že úbytek hmotnosti materiálu je funkcí času. Rychlost přestupu vlhkosti do vzduchu tedy definuje rychlost sušení. Z toho plyne, že rychlost sušení nezávisí na průměrné vlhkosti materiálu. Odpar vlhkosti ze sušeného materiálu do sušícího media je určující, to znamená, že je v tomto období možné sušit co nejrychleji. Toto platí do doby, kdy kapilární síly dopravují z jádra na povrch tolik vody, kolik se jí odpařuje z povrchu. Díky opařování vlhkosti z povrchu masa či salámu a tím odnímání výparného tepla může být teplota sušícího media vyšší. Tím se i zvýší rychlost sušení. Tzv. kritický bod sušení nastává na konci tohoto období, kdy je dosaženo kritického parciálního tlaku par pod povrchem materiálu. Tj. parciální tlak par, který je právě roven parciálnímu tlaku par nad hladinou vody (viz Obr. 2-3). Při sušení je možné tento bod zachytit buď měřením ve vybraném vzorku, nebo 20
empiricky z řemeslné zkušenosti. Včasné nezachycení tohoto bodu může vést k popraskání výrobků a tím jejich znehodnocení. 2. Období V tomto období je vlhkost vedena z nižších vrstev k povrchu. Je to způsobeno tím, že povrch je sušší než vnitřní vrstvy materiálu a vlhkost stoupá k povrchu za pomoci difuse. Rychlost sušení už není konstantní jako v období prvním. Aby kvalita výrobku neutrpěla, musí se rychlost sušení přizpůsobit rychlosti difuse vlhkosti k povrchu. Rychlost difuse musí být větší nebo maximálně rovna rychlosti sušení. Rychlost s jakou vlhkost stoupá k povrchu je výrazně ovlivněna stupněm rozmělnění materiálu a podílem tuků v salámu. Změnou parametrů sušícího media (může jím být vzduch a nebo jeho směs s udícím kouřem) můžeme řídit rychlost sušení. Parametry, které ovlivňují rychlost sušení, jsou teplota, relativní vlhkost a rychlost proudění media. Poměrně novou metodou řízení sušícího procesu je pomocí hodnoty aw na povrchu. Hodnota aw reaguje citlivě na změny vlhkosti uvnitř salámu a změnu okolního prostředí v rámci výše zmiňovaných parametrů. Měření aw je možné na základě měření teplot vlhkého a suchého teploměru. Z výše uvedeného plyne, že proces sušení lze velmi snadno automatizovat. V podstatě lze říci, že není nutný zásah člověka do procesu sušení, je-li technologie schopna vytvořit v komoře dokonale rovnoměrné podmínky.
Obr. 2-3 Typická změna hmotnosti vody v salámu v průběhu sušení s vyznačením kritických bodů sušení /2/ Pro potřeby dimenzování vzduchotechnických zařízení bychom mohli uvažovat, že se kritický bod nachází v bodě, kdy bude odpařeno zhruba 22% hmotnosti vody ze salámu. /9/ 21
2.3.2 SUŠENÍ SALÁMŮ
Nejen v Evropě ale i nás je nejčastější využití sušení právě výroba trvanlivých salámů. Technologie sušení má obrovský význam hlavně z hlediska konzervace. V létě, při vysokých teplotách, kdy není možné skladovat salámy v chladu, je sušení ideálním způsobem jak zaručit údržnost po velmi dlouhou dobu. Dvě základní skupiny, jak můžeme dělit sušené salámy, jsou tepelně opracované a tepelně neopracované. Salámy, které jsou tepelně neopracované, jsou většinou sušeny v kombinaci s fermentací. Tradiční sušené salámy mohou být porostlé plísněmi a to bez použití technologie uzení. Tyto tradiční salámy se vyrábějí v Itálii. Typické sušené salámy mají na řezu mozaiku tvořenou střídáním kostek tuku a libového masa. Z toho důvodu i vzhledem ke značnému snížení vody při sušení mají relativně vysoký obsah tuku. Konečný povrchový vzhled salámu odpovídá způsobu vysušení a druhu použitého střeva. U přírodních střev je povrch salámu více či méně hladký. Naopak u klihovkových střev dochází na povrchu salámu k vytvoření četných záhybů. Přítomnost či nepřítomnost porostu plísní je znakem sušených salámů. Hlavně u tradičních salámů je porost plísně žádoucí, protože příznivě ovlivňuje chutnost i vzhled. Pokud se na povrchu salámů vyskytuje konkurenční mikroflóra nebo mnoho fungicidních látek porost plísně se neuplatní. Pokud se při výrobě salám kontaminoval nežádoucí plísní je možné tyto plísně potlačit právě přivedením udícího kouře. Naopak podpořit plísně můžeme úpravou aktivity vody nebo okartáčováním konkurenčního porostu kvasinek. Při nadměrně rychlém sušení může stoupnout tlak par ve středu salámu až k 0,1 MPa. To potom může způsobit zkázu dávky v podobě vylisování tuku přes střevo ven ze salámů. Tepelně opracované trvanlivé salámy se zhruba suší 8 – 20 dní. Fermentované salámy se suší a zrají delší dobu. Například poličan 42 dní a uherský salám až 90 dní. 2.3.3 ZAŘÍZENÍ NA SUŠENÍ MASA A MASNÝCH VÝROBKŮ
Aby mělo sušící medium správné parametry, musíme postupovat podle požadavků správného průběhu sušení a vycházíme ze známých vztahů, které jsou vyjádřeny diagramem i - x. Vlhkost na povrchu sušeného materiálu se odpařuje, tím odebírá teplo jak sušenému materiálu tak potažmo sušícímu mediu, které předává své teplo právě sušenému materiálu. Sušícímu mediu je tímto snížena teplota a zvýšena vlhkost a už není k sušení použitelné. Abychom mohli v sušení pokračovat, musíme sušící medium buď vyměnit (přivést čerstvý vzduch o požadovaných parametrech) nebo upravit vzduch stávající odvlhčením a ohřevem na tytéž hodnoty jako v případě přivedení vzduchu čerstvého. Starší ale dosud využívané sušící komory byli velmi závislé na stavu okolního počasí, protože často využívaly přívodu čerstvého vzduchu právě z atmosféry. Dříve se regulace přívodu vzduchu prováděla otevíráním oken či nastavením klapek. V dnešní době, díky cenové dostupnosti, je možná i 22
regulace pomocí frekvenčních měničů. Teplota byla regulována přímým spalováním dřeva a vlhčení odparem vody z nádob pod sušeným materiálem. Sušení vzduchu kdysi nebylo možné. Původní sušárny salámů mohly být i vícepatrové. Tyto sušárny byly vybaveny otvory v podlaze a jimi se sušící vzduch přepouštěl do vyšších pater. Tam byl používán pro své parametry (nižší teplota a vyšší vlhkost) k pomalejšímu dosoušení (2. období sušení). Vzhledem ke své závislosti na počasí se od těchto typů sušáren upouští a prosazují se sušárny klimatizované. Abychom v klimatizovaných sušárnách dosáhli odvlhčení, musíme vzduch nechat projít přes chladič. Vzduch zde sníží svou teplotu až na teplotu rosného bodu a část vlhkosti zkondenzuje. Po chlazení následuje ohřev na požadovanou teplotu a tím se klesne i relativní vlhkost. Pro tento energeticky náročný postup existují dvě varianty: a) Uzavřený okruh – je používán stále stejný vzduch tzn.: všechen vzduch se ze sušící komory po úpravě na požadované parametry opět vrací do komory. Tento způsob neumožňuje využít příznivého počasí, proto je energeticky náročný. b) Otevřený okruh – je neustále přiváděn nový vzduch z okolí. To v nepřízni počasí znamená neustálý vklad energie v podobě ohřívání a odvlhčování na parametry požadované sušícím procesem. Tyto varianty se u skutečných systémů kombinují, čímž se dosáhne lepší ekonomiky provozu. Vzduch je tedy částečně nasáván z vnějšího prostředí (atmosféry) přes výměník zpětného získávání tepla, kterým se minimalizuje tepelná ztráta, a je ve vhodném poměru smíchán se vzduchem ze zrací komory. Množství přisávaného atmosférického vzduchu je řízeno zejména podle aktuálního stavu počasí. Kombinované varianty a) a b) takovéto úpravy jsou patrné z i-x diagramu na obr. 2-4, 2-5, 2-6, 2-7. Vzduch o požadovaných parametrech (1) je ochlazen průchodem přes sušárnu a zvlhčen na stav (2). Abychom dosáhli požadovaných parametrů (1) je možné postupovat několika režimy: 1. režim – odcházející vzduch (2) se ochladí v chladiči a tím se zbaví části vody (3), následně se ohřeje (5) a takto upravený se smíchá s čerstvým vzduchem (4). viz Obr. 2-4 a) 2. režim – všechen vzduch odcházející ze sušárny (2) je vysušen ochlazením (3) a ohřát na požadovanou teplotu (1). viz Obr. 2-4 b) 3. režim – 1 -> 2 je vlhčení vzduchu vodou odpařenou ze salámu, potom se vzduch ohřeje na teplotu (3) a smísí s čerstvým vzduchem (4). viz Obr. 2-4 c) 4. režim – odcházející vzduch (2) se smísí se sušším čerstvým vzduchem a směs, která vznikne (3) se potom ohřeje na požadovanou teplotu (1). viz Obr. 2-4 d)
23
a) Režim 1
c) Režim 3
b) Režim 2
d) Režim 4
Obr. 2-4 Některé režimy změny stavu vzduchu v komoře v i – x diagramu vlhkého vzduchu: a) Režim 1 – s částečným přívodem čerstvého vzduchu, b) Režim 2 – cirkulační, c) Režim 3 – směšování po ohřevu bez potřeby chlazení, d) Režim 4 – směšování před ohřevem bez potřeby chlazení. Podle energetických nákladů na výrobu vzduchu o požadovaných parametrech se pak zvolí nejvhodnější režim. Je možné energetické náklady ještě značně snížit, zejména použitím tepelných výměníků, tepelných čerpadel nebo kombinací více komor v různých fázích sušení.
24
Roli v optimálním sušení hraje i velikost sušící komory. Ve velkých sušicích komorách se vedle sebe musí vyskytnout výrobky, které jsou v různých fázích sušení. Sušící režim musí být pro tyto velké komory nastaven na kompromisní parametry, proto výrobky, které jsou v I. období procesu sušení, nemohou být sušeny maximální rychlostí a výrobky ve II. období (dosoušené) mohou přeschnout. Tento problém se v praxi řeší přemístěním vozíků s navěšeným materiálem z míst o větší rychlosti proudění do míst s nižší rychlostí proudění a naopak, podle toho v jaké fázi zrání se výrobky nachází. Relativně homogenními parametry se chlubí až dnes používané sušárny. Vzduch se přivádí pomocí dýz a odvádí centrálním odtahem. Můžeme se však setkat i s přívody vzduchu z podlahy, ze stěn atd. Menší komory se snadněji přizpůsobí podmínkám, které vyžaduje konkrétní sušený materiál. Podle vlhkosti a teploty jak vzduchu v komoře tak salámu se vlhkost z povrchu salámu odpařuje, kondenzuje. Pokud se voda ze salámu odpařuje, salám se chladí. Pokud voda ze vzduchu kondenzuje na povrchu salámu je tento povrch ohříván. Teplota salámů tedy leží - podle rozdílu vlhkosti - výše nebo níže než teplota okolí. Pokud jsou vlhkost vzduchu a aktivita vody salámu stejné, není ani žádný rozdíl v teplotě mezi salámem a okolním vzduchem. Proto v tomto případě nedochází k přenosu ani tepla ani látky (par). Rozdíly v míře vysušení mezi jádrem a okrajem salámu jsou s klesající vlhkostí vzduchu a dobou sušení stále větší. Aktivita vody v různých částech salámu (radiálně) nabývá zhruba parabolický průběh. Při měření povrchové aktivity vody je možné využít rozdíl vlhkostí mezi sušícím mediem a salámem pro regulaci relativní vlhkosti vzduchu v komoře a tím potom zajistit rovnoměrné sušení. 2.5 DRUHY KLIMATIZAČNÍCH KOMOR
V klimatizačních komorách jako takových lze provádět mnoho technologických operací. Od uzení při poměrně vysokých teplotách až po chlazení a zmrazování. Jde velmi zjednodušeně řečeno o to, jaké zařízení k dané komoře navrhneme. Pro zmrazování výrobků bychom navrhli výkonné chlazení. Naopak pro uzení bychom museli počítat s výkonným ohřevem a generátorem kouře. Zde bude uvedeno rozdělení pouze z pohledu zracích komor. V následující části je uveden přehled klimatizačních komor podle různých vlastností. Jedná se především o přehled vyplývající z textů uvedených výše s krátkým popisem technologie nebo odkazy na dané místo v textu. 2.5.1 ROZDĚLENÍ PODLE VELIKOSTI
Malé – technologie, která je zpracovávána touto diplomovou prací, snaha o co největší kompaktnost se zachováním vysoké kvality. Střední – zpravidla místnosti s potrubním rozvodem vzduchu. Pohyb vzduchu v klimakomoře je zajištěn automaticky ve dvou či několika módech
25
proudění. Většinou pro více druhů výrobků, hmotnost masných výrobků řádově v tunách. Velké – jedná se o velkokapacitní zrací místnosti, dalo by se snad říci až klimatizované sklady protože výrobky zde mohou zrát i několik let. V závislosti na kvalitě mohou a nemusí být pro více výrobků, jejichž hmotnost jde zhruba od desítek až do stovek tun. 2.5.2 ROZDĚLENÍ PODLE KLIMATIZAČNÍHO ZAŘÍZENÍ
Uzavřený klimatizační okruh – je používán vzduch ze zrací komory a po úpravě vracen zpět. Tento způsob je energeticky náročný. Viz kapitola 2.3.3 odstavec a). Otevřený klimatizační okruh – přiváděn pouze čerstvý samozřejmě upravený vzduch. Viz kapitola 2.3.3 odstavec b). Kombinace otevřeného a uzavřeného okruhu – dnes nejčastější způsob. Malým navýšením pořizovacích nákladů minimalizuje provozní náklady. 2.5.3 ROZDĚLENÍ PODLE DRUHU ZRÁNÍ
Zrání Zrání zahrnuje všechny procesy, které ve fermentovaných salámech probíhají od naražení díla do obalů až po konzumaci hotových výrobků. Přirozené zrání – uplatňované dříve, využívalo přirozených klimatických podmínek. Regulace teploty a vlhkosti se prováděla pomocí např. ohně v krbech a odpařováním vody v nádobě nad ohněm. V létě bývá velmi rizikové, proto se většinou využívalo jen v zimních měsících. Klimatizované zrání – dnes zcela převládá, využívá technického vybavení klimatizovaných komor (sušáren), tedy nezávislé na počasí a roční době - jistější a spolehlivější. Rychlé zrání zkracuje dobu zrání a sušení. Je výhodné hlavně ekonomicky a umožňuje rychlejší obměnu sortimentu.
26
2.5.4 UKÁZKA TECHNOLOGIE
Jedněmi z mnoha významných hráčů na trhu se zracími komorami jsou firmy Reich a Ness. Technologie zracích komor se řeší vesměs stejně. Po délce zrací komory je umístěn rozvod vzduchu potrubím. Jako koncové distribuční prvky se v tomto případě často používají dýzy. Velké rychlosti vzduchu na výstupu z dýz zaručí v prostoru dostatečné směšování přívodního vzduchu se vzduchem v komoře. Velká hybnost proudu vzduchu z dýz vyvolá zpětné proudy, které dostatečně provětrají prostor mezi salámy. Na obrázcích 2-5 a 2-6 jsou v rozích u stropu vidět rozvody vzduchu a na nich distribuční prvky (dýzy).
Obr. 2-5 Firma NESS /11/
Obr. 2-6 Firma Reich /12/
27
3
KONSTRUKCE ZRACÍ KOMORY
3.1 POŽADAVKY NA KONSTRUKCI
Na přání investora se zrací komora má umístit ve starém sklepě s po částech klenutým stropem tak aby bylo možné do komor vložit co možná nejvíce salámů. Velikost salámů bude standardní dle možností investora. Plíseň, kterou budou porůstat salámy, definoval investor. Zrací komory – prostorové možnosti Zrací komory budou umístěny ve sklepě o rozměrech cca 6,5 x 2,5 x 2,5 m. Strop sklepa je po šířce po částech klenutý. Zhruba do každé klenby by se měla umístit jedna komora, tedy asi 4 komory celkem. Návrh má počítat pouze s jednou komorou. Mezi komorami bude průchod cca 0,5 m. Místo na VZT zařízení bude nad komorami asi 0,5 m. Před komorami bude navěšovací prostor, ten musí být čistitelný, tak jak ukládá zákon. Tento prostor zajistí investor vlastními prostředky. Z těchto předpokladů vyplývá velikost komor cca 1 x 2 x 2 m. Materiály Během konstrukce komor musí být brán zřetel na zdravotní nezávadnost a čistitelnost komor. Tomu potom bude odpovídat i volba materiálů. Na vnitřní části komory, které musí být bezpodmínečně čistitelné po každém vyjímání „zralých“ salámů, bude použita nerezová ocel potravinářské kvality. U této oceli se automaticky počítá s použitím čistící chemie. Pokud chceme použít jiné materiály, musíme být při jejich výběru podrobně seznámeni s jejich vlastnosti. Pro konstrukci vnějších části komor lze použít téměř jakéhokoli materiálu používaného ve strojírenství. Musí se ale zabezpečit průnik tekutin jako mazivo nebo kondenzát do vnitřních částí komory aby nedošlo ke znehodnocení salámové vsázky.
28
3.2 KONTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
Celá konstrukce zrací komory bude rozdělena do několika částí podle jejich funkce. Jedná se o nosnou konstrukci, nerezová komora, pojezdový rám a hnací ustrojí, viz Obr. 3-1.
Obr. 3-1 Barevné zobrazení komory bez VZT zařízení a krycích plechů: Nosná konstrukce (modrá), nerezová komora (žlutá), pojezdový rám (červená) a hnací ústrojí (materiálové barvy). 3.2.1 NOSNÁ KONSTRUKCE
Nosná konstrukce má za úkol přenést veškeré zatížení od salámů do podlahy. Zatížení na nosnou konstrukci přenáší převodovky, v nichž jsou zavěšeny hnací hřídele. Na druhé straně pojezdového rámu je přenos zatížení realizován pouze pomocí dvou závitových tyčí.
29
Obr. 3-2 Nosná konstrukce komory: základní deska (červená), nohy (šedá), konzolky (žlutá) a výztuže (modrá) Základní deska je vyrobena z černého plechu tloušťky 6 mm stejně jako nohy. Plech nohou je stočen, aby byla získána vyšší vzpěrná pevnost, lepší vzhled a úspora místa. Pro uchycení nohou k základní desce je použita konzole z plechu tloušťky 8 mm a natupo svařena s nohou. Svařenec je šrouby spojen se základní deskou. Základní deska je zpevněna proti průhybu navařením dvou „U“ profilů (výztuží). 3.2.1 NEREZOVÁ KOMORA
Hlavní funkcí komory je ochrana sušeného výrobku před okolním prostředím. Hlavními vlastnostmi musí být nezávadnost a dobrá čistitelnost. Je nutné zajistit i přístup ke kladkám a k salámům kvůli opravě nebo vyjmutí spadeného salámu.
30
Obr. 3-3 Nerezová komora: strop (žlutá), dno (fialová), rohy (zelená), L profil (červená), rám z tenkostěnného čtvercového profilu (modrá), stěnový plech (šedá). Všechny plechové části jako strop, dno, rohy a stěny jsou vyrobeny z nerezového plechu tloušťky 0,8 mm. Dno, rohy a strop jsou sešroubovány. Ve stropě jsou vyřezány otvory pro průchod hnacích hřídelí a ve dně pro odvod kondenzátu a vody s chemií při čištění. Na otvorech, kde prochází hnací hřídele, jsou vytvořeny lemy, do kterých jsou umístěny těsnící kroužky (viz Obr. 3-5). L profil funguje nejen jako zpevňující prvek celé komory (snýtováním s plechy) ale také jako sedlo pro rámy ze čtvercových profilů (TR 4HR 20x1,5). K rámu ze čtvercového profilu je z vnitřní strany přinýtován stěnový plech. Vložením stěny (složené z rámu ze čtvercového profilu a stěnového plechu) do sedla z L profilu je komora kompletní. Na všechny spoje je použito těsnění.
31
Obr. 3-4 Nerezová komora – detail 1
Obr. 3-5 Nerezová komora – detail 2 3.2.3 POJEZDOVÝ RÁM
Do pojezdových rámů budou navlečeny nerezové řetězy s háčky. Celá smyčka z řetězu v jednom rámu bude přes kladky poháněná všemi svislými hřídelemi a napínána všemi napínacími kladkami zároveň. Aby bylo vedení řetězu s menšími ztrátami třením, byly 90° zlomy ve zp ětném vedení řetězu osazeny kladkami.
32
Obr. 3-6 Pojezdový rám: kladkový a pojezdový rám (žlutá), závitová tyč s rohovými kladkami (červená), pružně uložená kladka (materiálové barvy) Kladkový a pojezdový rám je svařenec z nerezových čtvercových profilů 20 x 1,5 mm. Podélně naříznuté čtvercové profily navařené na spodní straně rámu ve stejné rovině s kladkami tvoří vedení nerezového článkového řetězu 5 x 18 mm. Tento detail je dobře vidět na obrázku 3-7. V rozích jsou navařeny obdélníkové plechy s vyvrtaným otvorem tak aby rohová kladka na závitové tyči přesně vedla řetěz z profilu do profilu. Závitová tyč slouží jako nosný prvek a jako osa otáčení kladky. Všechny kladky v rámu jsou uloženy na ložiskách SKF 6204-RS1. Viz Obr. 3-7.
33
Obr. 3-7 Pojezdový rám – detail 1 – kladky Soustava pohyblivých kladek (v barvách materiálů) napíná díky šroubem předepjatým pružinám řetěz kde budou navěšeny salámy. Přes napínací kladky se řetěz vrací zpátky na další hnací kladku. Vedení napínacích kladek je ve skulině mezi horním nenaříznutým čtvercovým profilem a spodním naříznutým čtvercovým profilem. Viz Obr. 3-7.
Obr. 3-8 Pojezdový rám – detail 2 – uložení hnacích hřídelí, kluzné pouzdro (bílá) Na Obr. 3-8 je vidět mezikruží kde se opře pojezdový rám do hnací kladky. Tím se přenese zatěžující síla přes hnací kladku a hnací svislou hřídel na ložisko v převodovce. Kluzné pouzdro pro zachycení radiálních sil je nalisováno do krátké trubky navařené mezi čtvercovými profily rámu. 34
3.2.4 HNACÍ ÚSTROJÍ
Hnací ústrojí má dvě funkce. První funkce je redukce otáček a druhá funkce je přenesení krouticího momentu na hnací kladky. Pro rozvod hnacích sil jsou použity nakoupené šnekové převodovky a spojky. Motor Siemens s výkonem 250 W je vybaven šnekovou převodovkou.
Obr. 3-9 Hnací ustrojí – celek: motor s převodovkou (modrá), konzole (hnědá), převodovky a spojky (červená), hnací hřídel a opěrná podložka (oranžová), hnací kladky (žlutá), uchycení převodovek – zámky a mezikruží (zelená). Motor (Siemens 1LA7070 o výkonu 0,27 kW) s převodovkou je pomocí šroubů uchycen na konzole a konzole je přivařená k nosné konstrukci. Vložením válcových částí hnacích převodovek do otvorů v nosné konstrukci dojde k jejich dostatečně přesnému umístění. Pak se k nosné konstrukci přivaří zámky, které zamezí pohybu převodovek v radiálním směru a proti otáčení. Viz Obr. 3-11. Pohyb v axiálním směru je znemožněn pomocí šrouby upevněného mezikruží k převodovkám a k nosné konstrukci. Viz Obr. 310. Krouticí moment je z převodovky na hnací hřídel přenášen pomocí pera. Ve
35
směru axiálního zatížení je hřídeli zamezen pohyb pomocí šroubu a podložky. Viz Obr. 3-10.
Obr. 3-10 Hnací ústrojí – detail 1
Obr. 3-11 Hnací ústrojí – detail 2
Na hnacích hřídelích jsou umístěny hnací kladky. Jejich pohyb je ve všech směrech zajištěn stavěcím šroubem přes navařenou matici. Viz Obr. 3-11 3.3 VELIKOST VSÁZKY
Z konstrukčního řešení vyplývá, že salámy budou zrát ve 4 vrstvách nad sebou s horizontálním posuvem v rámci celé komory. Z naměřených vzdáleností na modelu lze nyní vypočítat počet salámu v komoře a potom celkovou hmotnost vsázky. Zjištěno:
L = 12,93m r = 0,075m np = 4
délka řetězu v komoře, rozteč salámů, počet vrstev (pater),
m0 = 0,8kg
hmotnost jednoho salámu.
Výpočet počtu salámů v komoře
n=
L ⋅ np r
=
12,93 ⋅ 4 = 689ks 0,075
(3-1)
Výpočet hmotnosti všech salámů v komoře
mvs = n ⋅ m0 = 689 ⋅ 0,8 = 551kg
(3-2)
36
4
NÁVRH VZT ZAŘÍZENÍ ŘÍZENÍ A STAVY VZDUCHU
4.1 POŽADOVANÉ PARAMETRY VNITŘNÍHO PROSTŘEDÍ
Jak bylo uvedeno výše, každý druh masného výrobku by měl m mít své vlastní podmínky zrání a sušení aby bylo dosaženo vysoké kvality výrobku. U velkých klimatizovaných komor je vsázka různorodá. r Současně časně zraje a schne mnoho druhů masných výrobků výrobk najednou. Z toho plyne, že parametry vnitřního vnit vzduchu nutně musí být zprůměrované. zpr rované. Pokud je ale potřeba potř dosáhnout zejména kvalitu musí se jednotlivé výrobky sušit oddělen odděleně a zachovat parametry sušení požadované zrací kulturou a plísní. 4.1.1 PARAMETRY VZDUCHU VZDUC V KOMOŘE PRO PLÍSEŇ
Teplota ( C)
Po namáčení ení salámu do lázně lázn se zárodky plísní se „kontaminovaný“ uherský salám umístí do zrací komory. Na takto ošetřeném eném salámu se tyto plísně nemají problém uchytit, uchytit pokud se dodrží parametry vzduchu ve zrací zr komoře e dané výrobcem plísně. 25
20
15
10
5
0 0
50
100
150
200
250
Obr 4-1 Průběh teploty v čase Obr. ase pro použitou plíseň plíse
37
300 Čas (hod)
Relativní vlhkost (%)
100 95 90 85 80 75 70 0
50
100
150
200
250
300 Čas (hod)
Obr. 4-2 Průbě ůběh relativní vlhkosti v čase ase pro použitou plíseň plíse Z grafů průběhů teploty a relativní vlhkosti v čase je zřejmé, řejmé, že kolem dvousté hodiny provozu by mělo m sušení projít přes es kritický bod (kritický bod sušení – viz kapitola 2.3.1.)) Na stav prostředí edí uvnitř uvnit komor může působit mnoho vlivů. ů. Tyto účinky ú musí být eliminovány přidanými řidanými zařízeními za např. ohřívačem nebo chladičem, chladi aby bylo dosaženo požadovaných parametrů parametr prostředí v komorách. 4.2 ZÁTĚŽE TECHNOLOGICKÉHO PROCESU PROC
Množství odpařené ené vody z masných výrobků může být různé ůzné v závislosti na tom, jaké produkty je třeba tř a sušit, jakou mají hmotnost a jak velký mají povrch, který se účastní astní přenosu vlhkosti. vlhkosti Pro přesné určení přestupu řestupu vlhkosti z povrchu masného výrobku do vzduchu je nutné použít složité výpočtové výpo metody, které zahrnou fyzikální vlastnosti salámu, nebo provést drahé experimentální měření a z něho obstarat všechny potřebné ebné parametry. parametry Obojí je zdlouhavé a pro účely ely návrhu klimatizační klimatiza komory zbytečné. 4.2.1 ZÁTĚŽ Ž ODPAREM VODY
Jako nejdůležitější jší se v tomto případě jeví zátěž odpařovanou ovanou vlhkostí ze salámu. Pro stanovení zátěže zátě vypařováním ováním vody byla použita křivka kř sušení jednoho salámu. Z ní lze stanovit největší nejv tší tok vlhkosti ze salámu do vzduchu. Odpar vody z povrchu salámu je zřejmě z největší na začátku átku sušení. Z rozdílu dvou bodů tvořících počátek čátek sušící křivky můžeme žeme stanovit množství odpařené odpa vody za jednotku času pro jeden salám. Potom přepočet et na všechny salámy v komoře.
38
Hmotnost jednoho salámu (kg)
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 200
0
400
600
800
1000
1200 Čas (hod)
Obr. 4-3 Závislost hmotnosti salámu v čase během hem zrání Množství vody odpařené řené jedním jední salámem na počátku sušení:
m& x =
Bod 0:
t0 = 0 hod, m0 = 0,8 kg.
Bod 1:
t1 = 30 hod, m1 = 0,77 kg.
m0 − m1 0,8 − 0,77 = 0,838 ⋅ 10 −3 kg ⋅ hod −1 = 30 − 0 t1 − t 0
&x m m0
m1 t0 t1
(
(4-1)
)
− množství odpařené odpa vlhkosti kg ⋅ hod −1 , − počáteč áteční hmotnost salámu (kg ) ,
− hmotnost salámu v následném časovém kroku (kg) , − počáteč áteční časový bod (hod ) , − následující časový bod (hod) .
Množství vody odpařova ované ze všech salámů
m& w = m& x ⋅ n = 0,838 ⋅ 10 −3 ⋅ 689 = 0,577kg ⋅ hod −1 = 0,16 ⋅ 10 −3 kg ⋅ s −1
(
(4-2)
)
&w m
− množství odpařované odpa vlhkosti ze salámů kg ⋅ hod −1 ,
&x m
− množství odpařené odpa vlhkosti kg ⋅ hod −1 , − počet et salámů salám v komoře (ks ) .
n
(
)
4.2.2 ORIENTAČNÍ NÍ VÝPOČET VÝPO ÚNIKU TEPLA Z KOMORY
V případě komor umístěných umíst vně objektů mohou být zisky ze slunečního slune záření ení a okolního vzduchu výrazné. Tím je samozřejmě samoz nutné dimenzovat větší v 39
chladící zařízení a izolace. Pokud je, ale komora umístěna ve starém sklepě což je tento případ tepelné zisky mohou být i záporné tzn. bude docházet k ochlazování. Aby se parametry vzduchu uvnitř komory udržely na požadovaných hodnotách, bude potřeba nepatrně zvýšit výkon ohřívače nebo zmenšit tepelné ztráty použitím silnější izolace. Když bude komora dostatečně izolována tak ztráty tepla budou minimální a snadno je pokryje ohřívač. Výpočet tepelné toku pláštěm komory Q& z =
(ti − tout ) ⋅ S plášť
δ nerez λnerez
δ armaflex 1 1 + + + λarmaflex α in α out
=
(22 − 17) ⋅ ((0,97 + 2,08) ⋅ 2 ⋅1,8 + 0,97 ⋅ 2,08 ⋅ 2) = 0,133kW 0,0006 0,01 1 1 + + + 16 0,038 10 5
t out
− teplota uvnitř klimatizační komory (°C ) , − teplota vně klimatizační komory (°C ) ,
S plášť
− celkový plocha vnějšího povrchu komory m2 ,
ti
(4-3)
( )
δ nerez − tloušťka nerezové plechové stěny (m) , λnerez − tepelná vodivost nerezové plechové stěny (W ⋅ m−1 ⋅ K −1 ) , δ armaflex − tloušťka izolace (m) , λarmaflex − tepelná vodivost izolace (W ⋅ m−1 ⋅ K −1 ) ,
α in α out
( − přestup tepla konvekcí na vnější stěně (W ⋅ m
) ).
− přestup tepla konvekcí na vnitřní stěně W ⋅ m−2 ⋅ K −1 . −2
⋅ K −1
Součinitel přestupu tepla na vnější straně stěny komory byl odhadnut. Součinitel přestupu tepla na vnitřní straně stěny komory byl vypočten pro několik variant rychlostí proudění. Do výpočtu prostupu tepla byla použita nejvyšší hodnota vypočteného součinitele přestupu tepla. Z vypočteného tepelného toku je patrné, že tepelná ztráta není nijak výrazná a bude s rezervou pokryta ohřívačem. Izolování materiálem Armaflex 10 mm se po několika výpočtech s různými tloušťkami jeví jako optimální. 4.2.3 VÝKON POTŘEBNÝ PRO ODPAR VODY ZE SALÁMŮ
Výpočet tepelného výkonu potřebného pro odpar vody ze salámu Q& V = m& w ⋅ l 23 = 0,16 ⋅ 10 −3 ⋅ 2445 = 0,392 kW
&w m l23
(4-4)
(
)
− množství odpařované vlhkosti ze salámů kg ⋅ hod −1 ,
(
− měrné výparné teplo vody při 22°C kJ ⋅ kg
40
−1
).
4.3 PARAMETRY VZDUCHU V KOMOŘE
Následuje výpočet stavů, kterých bude vzduch nabývat při průchodu celým zařízením. Jednotlivé změny stavů jsou zakresleny v obrázku 4-1. Viz cely i – x diagram v příloze číslo 1)
Obr. 4-1 Výřez z i – x diagramu se stavy vzduchu v komoře (P – stav přívodního vzduch, I – stav vzduchu v komoře, CH – stav vzduchu po průchodu chladičem, R – střední povrchová teplota chladiče) 4.3.1 VÝPOČET
Parciální tlak vodní páry ve stavu nasycení v komoře p ′pi′ = e
4044 , 2 23 , 58 − 235 , 6 + t i
ti
=e
4044 , 2 23 , 58 − 235 , 6 + 22
= 2645 Pa
(4-5)
− teplota vzduchu uvnitř komory (°C ) .
Měrná vlhkost vzduchu uvnitř komory ϕ i ⋅ p ′pi′ xi = 0,622 ⋅ p − ϕ ⋅ p ′′ i pi atm
0,95 ⋅ 2645 −1 = 0,622 ⋅ = 0,01603 kg ⋅ kg s.v. 100000 − 0,95 ⋅ 2645
(4-6)
patm − atmosférický tlak (Pa) , p′pi′ − parciální tlak par v nasyceném vzduchu uvnitř komory (Pa) . Měrná entalpie vzduchu uvnitř komory
ii = 1,01 ⋅ t i + xi (l 23 + 1,84 ⋅ t i ) = 1,01 ⋅ 22 + 0,016 ⋅ (2445 + 1,84 ⋅ 22 ) = 62,07 kJ ⋅ kg s.v.
41
−1
(4-7)
ti
− teplota vzduchu v komoře (°C ) ,
l23
− měrné výparné teplo vody při 22°C kJ ⋅ kg −1 .
(
)
Hustota suchého vzduchu uvnitř komory
ρi =
p atm − p ′pi′ ⋅ ϕ i
287 ⋅ (t i + 273,15)
=
100000 − 2645 ⋅ 0,95 = 1,151kg ⋅ m −3 287 ⋅ (22 + 273,15)
(4-8)
patm − atmosférický tlak (Pa) , p′pi′ − parciální tlak par v nasyceném vzduchu uvnitř komory (Pa) , − relativní vlhkost vzduchu uvnitř komory (°C ) , − teplota vzduchu uvnitř komory (°C ) .
ϕi ti
Měrná tepelná kapacita vzduchu v komoře −1
c p = 1,01 + 1,84 ⋅ xi = 1,01 + 1,84 ⋅ 0,016 = 1,04 kJ ⋅ kg s .v . ⋅ K −1
(4-9)
(
− měrná vlhkost vzduchu v komoře kg ⋅ kgs.v.
xi
−1
),
Aby nedocházelo k přesušování špiček salámů byl zvolen teplotní pracovní spád ∆t p = 2,5°C . Tato podmínka bude dodržena po celou dobu sušení a to i na úplném začátku při náběhu na provozní teplotu (ohřev právě vložených salámů). Teplota přívodního vzduchu t p = t i + ∆t p = 22 + 2,5 = 24,5°C
(4-10)
Směrnice změny stavu vzduchu v komoře δi =
(− Q&
V
− Q& z
m& w
Q&V Q& z
&w m
) = (− 0,392 − 0,133 ) = − 3284 kJ ⋅ kg
−1
(4-11)
0,00016
− teplo potřebné pro odpar salámu (vázané) (kW ) ,
− celkový tepelný tok pláštěm komory (kW ) , − množství odpařované vlhkosti ze salámů kg ⋅ s −1 .
(
)
Měrná vlhkost přívodního vzduchu xp =
1,01 ⋅ t p − ii + δ i ⋅ xi
δ i − l23 − 1,84 ⋅ t p
=
1,01 ⋅ 24,5 − 62,07 − 3284 ⋅ 0,01603 −1 = 0,01558kg ⋅ kg s.v. − 3284 − 2445 − 1,84 ⋅ 24,5
tp
− teplota přívodního vzduchu (°C ) ,
ii
− měrné entalpie vzduchu v komoře kJ ⋅ kg −1 . 42
(
)
(4-12)
δi
− směrnice změny stavu vzduchu v komoře (kJ ⋅ kg −1 ) ,
xi
− měrná vlhkost vzduchu v komoře kg ⋅ kg s .v. −1 ,
(
(
− měrné výparné teplo vody při 22°C kJ ⋅ kg
l23
) ).
−1
Měrná entalpie přívodního vzduchu i p = 1,01 ⋅ t p + x p (l 23 + 1,84 ⋅ t p ) = 1,01 ⋅ 24,5 + 0,01558 ⋅ (2445 + 1,84 ⋅ 24,5 ) = 63,54 kJ ⋅ kg s .v .
tp
− teplota přívodního vzduchu (°C ) ,
xp
− měrná vlhkost přívodního vzduchu kg ⋅ kg s .v. −1 ,
−1
(4-13)
( ) − měrné výparné teplo vody při 22°C (kJ ⋅ kg ) . −1
l23
Parciální tlak vodní páry v nasyceném vzduchu (přívod) ′ =e p′pp
23, 58− 4044 , 2 235 , 6+ t p
=e
4044 , 2 23, 58− 235 , 6 + 24 ,5
= 3076 Pa
(4-14)
− teplota přívodního vzduchu (°C ) .
tp
Relativní vlhkost přívodního vzduchu
ϕp =
patm ⋅ x p
′ ⋅ (0,622 + x p ) p′pp
=
100000 ⋅ 0,01558 = 79,5% 3076 ⋅ (0,622 + 0,01558)
patm − atmosférický tlak (Pa) , xp
(4-15)
(
− měrná vlhkost přívodního vzduchu kg ⋅ kgs.v.
−1
),
′ − parciální tlak par v nasyceném vzduchu (přívod) (Pa) . p′pp
Volba obtokového součinitele Jedná se o prostor bez vývinu tepla a bude použit chladič se třemi řadami trubek, proto volím
F = 0,25 Měrná vlhkost rosného bodu chladiče xR =
x p − xi ⋅ F 1− F
=
0,01558 − 0,01603 ⋅ 0,25 −1 = 0,01543kg ⋅ kg s.v. 1 − 0,25
(
xp
− měrná vlhkost přívodního vzduchu kg ⋅ kgs.v.
xi
− měrná vlhkost vzduchu v komoře kg ⋅ kgs.v. − obtokový součinitel (−) .
F
(
43
(4-16) −1
−1
),
),
p ′R′ =
p atm 100000 = = 2421Pa 0,622 0,622 1+ 1+ xR 0,01543
xR
(4-17)
(
− měrná vlhkost rosného bodu chladiče kg ⋅ kgs.v.
−1
).
Střední povrchová teplota chladiče
tR =
4044,2 4044,2 − 235,6 = − 235,6 = 20,55°C 23,58 − ln p′R′ 23,58 − ln 2421 p′R′
(4-18)
− parciální tlak par rosného bodu přívodního vzduchu (Pa) .
Měrná entalpie rosného bodu chladiče
iR = 1,01 ⋅ t R + xR (l23 + 1,84 ⋅ t R ) = 1,01 ⋅ 20,5 + 0,01543(2445 + 1,84 ⋅ 20,5) = 59,1kJ ⋅ kg s.v.
tR
− střední povrchová teplota chladiče (°C ) ,
xR
− měrná vlhkost rosného bodu chladiče kg ⋅ kgs.v.
l23
(
− měrné výparné teplo vody při 22°C (kJ ⋅ kg
−1
−1
).
−1
(4-19)
),
Měrná entalpie vzduchu za chladičem
ich = F ⋅ (ii − iR ) + iR = 0,25 ⋅ (62,07 − 59,1) + 59,1 = 59,82kJ ⋅ kg s.v.
−1
(4-20)
ii
− měrná entalpie vzduchu v komoře (kJ ⋅ kg −1 ) ,
iR
− měrná entalpie rosného bodu chladiče kg ⋅ kgs.v.
(
−1
),
Množství suchého vzduchu m& s.v. =
− Q& V − Q& z − 0,392 − 0,133 = = 0,355kg s.v. ⋅ s −1 ii − i p 62,07 − 63,54
(4-21)
Q&V Q&
− množství tepla potřebné pro odpar vlhkosti ze salámu (W ) ,
ii
− měrná entalpie vzduchu v komoře kJ ⋅ kgs.v.
ip
− měrná entalpie přívodního vzduchu kJ ⋅ kgs.v.
z
− celkový tepelný tok pláštěm komory (W ) ,
(
(
−1
), ).
−1
Objemový tok suchého vzduchu m& 0,355 V&p = s .v. = = 0,308m 3 ⋅ s −1 = 1110 m 3 ⋅ hod −1 ρi 1,151
44
(4-22)
m& s.v. − množství suchého vzduchu (kgs.v. ⋅ s −1 ) , ρi − hustota suchého vzduchu v komoře (W ) . VOLBA CHLADIČE
Chladící výkon
Q& ch = m& s.v. (ii − ich ) = 0,355(62,07 − 58,82) = 0,8kW
(4-23)
m& s.v. − množství suchého vzduchu (kgs.v. ⋅ s −1 ) ,
(
−1
),
ii
− měrná entalpie vzduchu v komoře kJ ⋅ kgs.v.
ich
− měrná entalpie vzduchu za chladičem kJ ⋅ kgs.v.
(
−1
).
Zvolen chladič TERNO – S – 200 – CHV3 – E – vodní Zdroj chladné vody – 6/12 °C – chladi č bude připojen na stávající rozvod chladné vody, který má dostatečnou výkonovou rezervu pro pokrytí požadovaného chladícího výkonu. Pokud by bylo potřeba zajistit chladnou vodu, kde není možnost připojení ze stávajícího rozvodu, se nabízí řešení pomocí Chilleru. Pro jednu či dvě komory takové řešení nebude optimální, protože výkonové řady chillerů jsou asi od 4kW chladícího výkonu. Pro více komor nebo větší zrací komoru by už chiller mohl být rentabilní a tedy jeho použití opodstatněné. Aby na chladiči zkondenzovalo požadované množství vody, bude opatřen cirkulačním čerpadlem a trojcestným ventilem (tzv. kvalitativní regulace). Cirkulační čerpadlo zajistí rovnoměrnou teplotu chladiče. Trojcestný ventil bude regulovat teplotu tR na chladiči připouštěním chladné vody ze zdroje chladu. Teplota rosného bodu chladiče tR bude řízena regulátorem podle relativní vlhkosti v komoře. VOLBA OHŘÍVAČE
Topný výkon
Q& t = m& s .v. (i p − ich ) = 0,355(57,24 − 59,82) = 1,32kW
(4-24)
m& s.v. − množství suchého vzduchu (kgs.v. ⋅ s −1 ) ,
(
−1
),
ip
− entalpie vzduchu přívodního vzduchu kJ ⋅ kgs.v.
ich
− entalpie vzduchu pro průchodu chladičem kJ ⋅ kgs.v.
Zvolen ohřívač 45
(
−1
).
TERNO-S 200-EL-4-T – elektrický ohřívač s regulací výkonu. Ohřívač bude napojen na řídící jednotku, která bude regulovat jeho výkon. Pracovní rozdíl teplot ohřívače bude asi 3,5°C (viz i – x diagram – příloha 1). VOLBA VENTILÁTORU
Množství vzduchu proudící sestavou TERNO je 1110 m3.hod-1. Po vynesení do grafu dostaneme tlakové ztráty ohřívače (viz Obr. 4-3) a chladiče (viz Obr. 4-4).
Obr. 4-2 Tlakové ztráty ohřívače Tlaková ztráta ohřívače bude asi 20 Pa.
Obr. 4-3 Tlakové ztráty chladiče Tlaková ztráta chladiče je asi 200 Pa. Tlakové ztráty při průchodu vzduchu přes zrací komoru jsou dle CFD asi do 70 Pascalů. Tlakové ztráty v rovném potrubí budou při rychlosti 7 m.s-1 5 Pa.m-1. Délka potrubí je zhruba 6 m. Celková tlaková ztráta v rovném potrubí je tedy kolem 30 Pa.
46
Tlakové ztráty ve tvarovém potrubí při rychlostech od 4 do 8 m.s-1 byly vypočteny na 85 Pa. Celkové tlakové ztráty tedy 374 Pa. Potom z charakteristiky ventilátoru z Obr. 4-4 můžeme zvolit ventilátor TERNO-S 200 K – 30 – 3
Obr. 4-4 Charakteristika ventilátoru Z důvodu nutnosti regulace a možného budoucího zkoušení různých variant proudění uvnitř komory (včetně změny rychlosti proudu vzduchu) je zvolen ventilátor s regulátorem otáček. 4.4 NÁVRH ROZVODŮ VZDUCHU A UMÍSTĚNÍ VZT ZAŘÍZENÍ
Jako neideálnější způsob proudění vzduchu v komoře by pravděpodobně bylo větrat komoru napříč. To ale kvůli přístupu k salámům není možné. Další dobře použitelnou variantou proudění by mohl být vertikální směr. Aby nedocházelo k přesušování jedné řady (patra) salámů muselo by být vertikální proudění automaticky reverzibilní. To znamená po určitém časovém kroku změnit směr proudění ze zdola nahoru na shora dolů. Potom je ovšem nutné zajistit aby přívodní i odvodní koncové prvky byly stejné (například perforovaný strop i dno komory). Zbývá tedy poslední varianta a to podélný způsob provětrání. Byl zvolen co možná nejhomogennější přívod vzduchu přes perforovaný plech v zadní stěně (viz Obr. 4-5). Téměř celé čelo komory má být použito pro navěšování salámů, a proto mohly být osazeny pouze sací štěrbiny (viz Obr. 4-5). Díky horizontálnímu pohybu salámů na řetězu během sušení by se mohl sušící efekt
47
na salámy vyrovnat a tím docílit stejného sušícího prostředí pro všechny salámy.
Obr. 4-5 VZT zařízení a rozvody vzduchu: chladič (modrá), ohřívač (červená), ventilátor (oranžová), přívod do komory (zelená), odvod z komory (barva materiálu), škrticí klapka (fialová) Chladič, ohřívač a ventilátor budou umístěny na nosné konstrukci nahoře tak, že okraj VZT zařízení bude korespondovat s okrajem zrací komory (obslužná strana). VZT zařízení jsou provedena pouze schematicky. Odvody z komory jsou ve dvou místech pro co největší zrovnoměrnění proudění uvnitř komory v rámci možností. Aby bylo možné vyrovnat tlakové ztráty v potrubí a tím rovnoměrně rozdělit tlakový gradient byla na kratší z odtahových větví použita škrticí klapka. Potrubí bude vyrobeno z potravinářské nerezavějící oceli tloušťky 0,6 mm. Spoje potrubí budou řešeny bodovým svařováním nebo nýtováním.
48
Obr. 4-6 Zrací komora
49
5
POPIS REGULACE
Požadavky -
Plně automatický chod zařízení Řízení teploty, vlhkosti podle jednotlivých bodů na křivkách v kapitole 4.1.1 a možnost jejich změny Možnost nastavení otáček ventilátoru Záznam všech snímaných veličin
5.1 URČENÍ POLOHY ČIDLA TEPLOTY A VLHKOSTI PODLE CFD
Bylo simulováno proudění uvnitř komory pro isotermický proud. Toto proudění pravděpodobně nebude přesně odpovídat skutečnému proudění v komoře, ale může poskytnout alespoň nějakou informaci o tom, kde bude nejlepší místo pro umístění čidel.
Obr. 5-1 Proudění v komoře Z rychlostního pole je patrné, že vzduch se v pravé části uprostřed komory téměř nehýbe. To ale s velkou pravděpodobností nebude pravdivý údaj, protože v blízkosti modrých polí jsou velké gradienty rychlosti. Pokud by to ale byl pravdivý údaj, rozhodně by nebylo vhodné umisťovat čidlo právě zde. Nejlepší poloha pro obě čidla by mohla být ve třetí řadě odspodu uprostřed. Toto místo se jeví jako průměrné v rámci celé komory a mohlo by dobře reagovat na změny vlastností sušení. 50
Obr. 5-2 Schéma zařízení včetně regulace Řídící jednotka bude regulovat celý proces sušení podle naměřených hodnot teploty a vlhkosti uvnitř komory pomocí chladiče a ohřívače. Protože jsou výkonové možnosti chladiče větší než je pro tento případ potřeba a menší chladiče se nevyrábí, byla zvolena kvalitativní regulace. Ta bude zajištěna cirkulačním čerpadlem a měřením teploty vody v chladiči. Pokud bude teplota vody v chladiči jiná, než bude potřeba ke zkondenzování požadovaného množství vlhkosti, zasáhne řídící jednotka zvýšením nebo snížením přítoku chladné vody pomocí třícestného ventilu. Průchodem vzduchu přes chladič se vzduch ochladí, čímž se zvýší jeho vlhkost. Regulátor bude zvyšovat nebo snižovat výkon ohřívače podle rozdílu teplot vzduchu vstupního a vzduchu v komoře tak, aby bylo docíleno požadovaných parametrů vzduchu. Otáčky ventilátoru budou zatím z regulátoru pouze ovládány. Pokud bude potřeba pro další experimenty, bude možnost regulace průtoku vzduchu umožněna. Regulátor bude zaznamenávat průběhy všech měřených veličin. Ze snímání teploty vody v chladiči a ostatních veličin bude usuzováno na průběh kondenzování vlhkosti, tedy bude znám tok vody ze salámů v každém časovém kroku. 51
ZÁVĚR
Byla navržena netradiční konstrukce zrací komory, která by mohla po odladění najít své místo na trhu pro malé a střední podnikatele v oboru zraní a sušení nejen masných výrobků. Konstrukce komory se od obvyklých liší hlavně vyšší hmotností masných výrobků na jednotku objemu komory. Aby byly všechny salámy přístupné, byl zkonstruován řetězový dopravník, na kterém budou salámy navěšeny. Pohyb řetězu se salámy zajišťuje hnací soustava z kladek, převodovek a motoru. Díky vysoké hustotě salámů a omezujícím rozměrům sklepa nebylo možné komoru ideálně větrat napříč ale musel být zvolen podélný způsob větrání. To může mít za následek nerovnoměrnosti v rozložení sušícího procesu. Tento jev by se mohl eliminovat pohybem dopravníku se salámy během sušení. Navržená vzduchotechnická zařízení mají výkonovou rezervu pro případnou změnu parametrů a tím zvýšení sušicího výkonu. Regulace bude zaznamenávat průběh sušení pro získání dat o procesu. Získaná data budou použita pro kontrolu a korekci sušících parametru.
52
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ
1. INGR, Ivo. Technologie masa. 1996. s. 245-255. 2. PIPEK, Petr. Technologie masa II. 1998. s. 307-345. 3. JÍCHA, Miroslav. Přenos tepla a látky. Brno : CERM, 2001. 160 s. ISBN 80-214-2029-4. 4. PAVELEK, Milan, et al. Termomechanika. Brno : CERM, 2003. 286 s. ISBN 80-214-2409-5. 5. KOLDA, Otakar, ZELINKA, Karel, KUBÍČEK, Vladimír. Zpracování masa. 1997. s. 33-43. 6. ŠLAPAL, Petr. Zásady hygieny a sanitace. Maso. 2003, č. 3, s. 9-12. 7. MALÝ, Jan. Použití startovacích kultur pro fermentované masné výrobky. Maso. 2005, č. 2, s. 21-26. 8. KRÁL, Ondřej. Výroba fermentovaných salámů - inspirativní součást historie Evropy. Maso. 2005, č. 5, s. 18-21. 9. HRSTKA, Miroslav. Inovace udíren a klimatechnologie ve firmě SORGO. Maso. 2006, č. 1, s. 14-15. 10. KAMENÍK, Josef. Technologie trvanlivých fermentovaných salámů z pohledu prevence vad finálních produktů. Maso. 2007, č. 3, s. 9-14. 11. KLEIN, Stanislav, et al. Způsob sušení potravinářských výrobků. Popis vynálezu k autorkému osvědčení. 1987, č. 242754, s. 5. 12. Na hranici současných technických možností. Maso. 2005, č. 04, s. 2730. 13. Ness & Co. GmbH [online]. 2008 [cit. 2008-05-22]. Dostupný z WWW:
. 14. Reich Klima-Räuchertechnik [online]. 2008 [cit. 2008-05-22]. Dostupný z WWW:
. 15. VOPÁLKA. VÝPOČET MÍSTNÍCH ODPORŮ [online]. 2006-2009 [cit. 2009-05-28]. Dostupný z WWW: . 16. Alteko s.r.o. - TERNO-S [online]. 2009 [cit. 2009-05-28]. Dostupný z WWW: .
53
SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK
F L
obtokový součinitel
Q& ch Q&
chladicí výkon
Q&V Q&
výkon potřebný pro odpar vody ze salámů
S plášť V&
celkový plocha vnějšího povrchu komory objemový tok suchého vzduchu
aW
aktivita vody
cp
měrné tepelná kapacita vzduchu v komoře
ich
měrné entalpie vzduchu za chladičem
ii
měrné entalpie vzduchu v komoře
ip
měrné entalpie přívodního vzduchu
iR
měrné entalpie rosného bodu chladiče
l23
měrné výparné teplo vody při 22°C
m& s.v.
množství suchého vzduchu
mvs
hmotnost salámů v komoře na počátku sušení
&x m
množství odpařené vlhkosti jedním salámem
& xn m
množství odpařené vlhkosti všemi salámy
m0
hmotnost salámu na počátku sušení
m1 n np p patm p′pi′
hmotnost salámu v následném časovém kroku
t
z
p
délka jedné smyčky řetězu topný výkon celkový tepelný tok pláštěm komory
(−) (m) (W ) (W ) (W ) (W )
(m ) (m ⋅ hod ) 2
−1
3
(−)
počet salámů v komoře počet pater v komoře
(kJ ⋅ kg (kJ ⋅ kg (kJ ⋅ kg (kJ ⋅ kg (kJ ⋅ kg
−1 s.v. −1 s.v. −1 s.v. −1
−1
(kg)
(kg ⋅ hod ) (kg ⋅ hod ) −1 −1
(kg) (kg) (ks) (−)
parciální tlak par ve stavu nasycení v komoře
Pa
′ p′pp
parciální tlak par ve stavu nasycení v přívodu
Pa
p′R′ ps
parciální tlak par ve stavu nasycení v chladiči parciální tlak par ve stavu nasycení
Pa Pa
r
rozteč salámů
t0
počáteční časový bod
(m) (hod)
⋅ K −1
) ) ) )
s .v.
atmosférický tlak
54
−1 s.v.
(kJ ⋅ kg ) (kg ⋅ s )
Pa Pa
parciální tlak par v okolí
−1 s.v.
)
t1 ti t out
následující časový bod
tp
teplota vzduchu na přívodu do komory
tR xi
teplota rosného bodu chladiče
xp
měrná vlhkost přívodního vzduchu
xR ∆t p
měrná vlhkost rosného bodu chladiče
α
přestup tepla konvekcí
δ armaflex
tloušťka izolace
δi δ nerez
směrnice změny stavu vzduchu v komoře tloušťka nerezové plechové stěny
ϕi
relativní vlhkost vzduchu v komoře
ϕp
relativní vlhkost přívodního vzduchu
λarmaflex
tepelná vodivost izolace
λnerez
tepelná vodivost nerezové plechové stěny
teplota uvnitř klimatizační komory teplota vnějšího okolí klimatizační komory
měrná vlhkost vzduchu uvnitř komory
pracovní rozdíl teplot
(hod) (°C ) (°C ) (°C ) (°C )
(kg ⋅ kg ) (kg ⋅ kg ) (kg ⋅ kg ) −1
s .v .
−1
s .v .
−1
(°C )
(W ⋅ m
s .v .
−2
(m)
55
⋅ K −1
)
(kJ ⋅ kg ) −1
(m) (%) (%)
(W ⋅ m (W ⋅ m
−1
⋅ K −1
−1
⋅ K −1
) )
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 2-1 Bariérové schéma překážek růstu mikroorganismů /1/ ................................................. 18 Obr. 2-2 Kritické a ochranné body /1/ .......................................................................................... 19 Obr. 2-3 Typická změna hmotnosti vody v salámu v průběhu sušení /2/ ................................... 21 Obr. 2-4 Některé režimy změny stavu vzduchu v komoře ......................................................... 24 Obr. 2-5 Firma NESS /11/……. ................................................................................................... 27 Obr. 2-6 Firma Reich /12/……. .................................................................................................... 27 Obr. 3-1 Barevné zobrazení komory bez VZT zařízení a krycích plechů ................................... 29 Obr. 3-2 Nosná konstrukce komory............................................................................................. 30 Obr. 3-3 Nerezová komora .......................................................................................................... 31 Obr. 3-4 Nerezová komora – detail 1 .......................................................................................... 32 Obr. 3-5 Nerezová komora – detail 2 .......................................................................................... 32 Obr. 3-6 Pojezdový rám............................................................................................................... 33 Obr. 3-7 Pojezdový rám – detail 1 – kladky................................................................................. 34 Obr. 3-8 Pojezdový rám – detail 2 – uložení hnacích hřídelí ...................................................... 34 Obr. 3-9 Hnací ustrojí. ................................................................................................................. 35 Obr. 3-10 Hnací ústrojí – detail 1….. ........................................................................................... 36 Obr. 3-11 Hnací ústrojí – detail 2….. ........................................................................................... 36 Obr. 4-1 Výřez z i – x diagramu se stavy vzduchu v komoře ...................................................... 41 Obr. 4-2 Tlakové ztráty ohřívače ................................................................................................. 46 Obr. 4-3 Tlakové ztráty chladiče .................................................................................................. 46 Obr. 4-4 Charakteristika ventilátoru ............................................................................................. 47 Obr. 4-5 VZT zařízení a rozvody vzduchu................................................................................... 48 Obr. 4-6 Zrací komora ................................................................................................................. 49 Obr. 5-1 Proudění v komoře ........................................................................................................ 50 Obr. 5-2 Schéma zařízení včetně regulace ................................................................................. 51
56
SEZNAM PŘÍLOH
1. i – x diagram suchého vzduchu 2. Výkres – Zrací komora – sestava 3. Vybrané fotografie komory
57
PŘÍLOHA 1. – i – x diagram suchého vzduchu
58
PŘÍLOHA 3. – Vybrané fotografie komory
Příloha 3-1 Napínací kladka
Příloha 3-2 Zrající salámy 59
Příloha 3-3 Pohled do komory před navlečením řetězu
60
