„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Izabela Rosiak

Eksploatowanie maszyn i urządzeń ogólnego zastosowania
321[09].Z1.02

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
mgr inż. Zbigniew Iwasiuk
mgr inż. Apolonia Lewandowska



Opracowanie redakcyjne:
Izabela Rosiak




Konsultacja:
mgr inż. Maria Majewska


Korekta:

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 321[09].Z1.02
„Eksploatowanie maszyn i urządzeń ogólnego zastosowania” zawartego w modułowym
programie nauczania dla zawodu technik technologii żywności.























Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

3

2. Wymagania wstępne

5

3. Cele kształcenia

6

4. Materiał nauczania

7

4.1. Maszyny przepływowe

7

4.1.1. Materiał nauczania

7

4.1.2. Pytania sprawdzające

13

4.1.3. Ćwiczenia

13

4.1.4. Sprawdzian postępów

17

4.2. Maszyny cieplne, wytwornice pary, urządzenia chłodnicze

18

4.2.1. Materiał nauczania

18

4.2.2. Pytania sprawdzające

23

4.2.3. Ćwiczenia

23

4.2.4. Sprawdzian postępów

26

4.3. Urządzenia do zamrażania żywności

27

4.3.1. Materiał nauczania

27

4.3.2. Pytania sprawdzające

31

4.3.3. Ćwiczenia

32

4.3.4. Sprawdzian postępów

34

5. Sprawdzian osiągnięć

35

6. Literatura

39

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

1.

WPROWADZENIE

Poradnik ten może okazać się dla Ciebie pomocny w przyswojeniu zagadnień związanych

z eksploatowaniem maszyn i urządzeń ogólnego zastosowania w przemyśle spożywczym.
Poradnik

zawiera

wiadomości

dotyczące

dynamiki

płynów,

pracy

pomp

i sprężarek, maszyn cieplnych, wytwornic pary, urządzeń chłodniczych oraz urządzeń do
zamrażania żywności. Ujęto również treści opisujące czynniki chłodnicze stosowane
w chłodzeniu i zamrażaniu żywności

Ważne jest by pamiętać o stosowaniu przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy podczas

eksploatacji maszyn i urządzeń ogólnego zastosowania.

Wskazano wykorzystanie maszyn i urządzeń ogólnego zastosowania w procesach

technologicznych.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne, jakie są konieczne byś mógł przystąpić do realizacji tej jednostki
modułowej;

−

cele kształcenia, które opanujesz podczas kształcenia w tej jednostce modułowej;

−

materiał nauczania (podzielony na trzy rozdziały) umożliwiający samodzielne opanowanie
materiału i przygotowanie się do wykonania ćwiczeń oraz zaliczenia sprawdzianu. W celu
poszerzenia wiedzy powinieneś zapoznać się ze wskazaną literaturą oraz innymi źródłami
informacji np. katalogami, Dokumentacją Techniczno – Ruchową maszyn i urządzeń;

−

pytania sprawdzające – przed przystąpieniem do ćwiczeń w celu sprawdzenia stopnia
opanowania materiału powinieneś udzielić odpowiedzi na zawarte pytania;

−

ćwiczenia po każdym z rozdziałów, które pozwolą osiągnąć umiejętności praktyczne
związane z tą jednostką modułową;

−

sprawdzian postępów, który umożliwi Ci sprawdzenie poziomu wiedzy po wykonaniu
ćwiczeń;

−

sprawdzian osiągnięć, który pozwoli Ci na sprawdzenie wiadomości i umiejętności
opanowanych podczas realizacji programu jednostki modułowej. Sprawdzian podany jest
w formie testu;

−

wykaz literatury.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

Schemat układu jednostek modułowych

321[09].Z1

Maszyny i urządzenia stosowane w przemyśle spożywczym

321[09].Z1.01

Eksploatowanie maszyn i urządzeń elektrycznych

321[09].Z1.06

Eksploatowanie maszyn i urządzeń stosowanych w procesach dyfuzyjnych,

fizykochemicznych i biotechnicznych

321[09].Z1.03

Wykorzystanie środków

transportu

w przemyśle spożywczym

321[09].Z1.04

Eksploatowanie maszyn

i urządzeń do obróbki

mechanicznej

321[09].Z1.05

Eksploatowanie maszyn

i urządzeń do obróbki

termicznej

321[09].Z1.02

Eksploatowanie maszyn i urządzeń ogólnego zastosowania

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

korzystać z różnych źródeł informacji m.in.: norm, instrukcji, dokumentacji technicznej
i technologicznej,

−

czytać rysunki w dokumentacji technicznej,

−

wykonywać rysunki prostych części maszyn i urządzeń,

−

stosować uproszczenia i oznaczenia umowne w rysunku technicznym,

−

wyjaśniać budowę części maszyn, ich działanie i zastosowanie,

−

organizować stanowisko pracy w zakładzie przetwórstwa spożywczego zgodnie
z wymaganiami ergonomii, przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony
przeciw pożarowej,

−

określać zastosowanie maszyn i urządzeń stosowanych w przemyśle spożywczym,

−

stosować przepisy bezpieczeństwa, higieny pracy i ochrony przeciwpożarowej podczas
eksploatacji instalacji elektrycznej, wodnokanalizacyjnej, gazowej i cieplnej w przemyśle
spożywczym,

−

posługiwać się programami komputerowymi do wykonania rysunku technicznego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

dokonać klasyfikacji maszyn ogólnego zastosowania wykorzystywanych w przemyśle
spożywczym,

−

określić budowę i zasadę działania maszyn ogólnego zastosowania,

−

określić parametry pracy maszyn ogólnego zastosowania,

−

obsłużyć maszyny i urządzenia ogólnego zastosowania w przemyśle spożywczym,

−

określić wymagania dotyczące instalacji rurociągów w zakładach przemysłu spożywczego,

−

rozróżnić sposoby chłodzenia i czynniki chłodnicze stosowane w przemyśle spożywczym,

−

scharakteryzować typy zamrażarek,

−

dobrać maszyny ogólnego zastosowania do procesów produkcji,

−

skorzystać z instrukcji serwisowych i Dokumentacji Techniczno-Ruchowej dotyczącej
eksploatacji maszyn ogólnego zastosowania,

−

zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy podczas obsługi maszyn ogólnego
zastosowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Maszyny przepływowe

4.1.1.

Materiał nauczania

Dynamika płynów. Rurociągi

Ruch płynów wynika z praw mechaniki, do sformułowania których niezbędna jest

znajomość właściwości fizycznych płynu oraz bilansu masowego i energetycznego przepływu.

Płynami nazywamy substancje, które nie mają własnego kształtu i przybierają formę

naczynia, w którym się znajdują. Płytami są gazy, pary i ciecze.

Cząstki płynu poruszają się w dwojaki sposób: uwarstwiony (laminarny) i burzliwy

(turbulentny).

Przy małych prędkościach przepływu płynu w rurociągu wszystkie jego elementy

poruszają się ruchem jednostajnym równolegle do osi rur. Prędkość liniowa lokalna zmienia się
w sposób paraboliczny z maksimum na osi i spadkiem do zera przy ściance rury. Przy
wyższych prędkościach przepływy płyn traci charakter laminarny i w centralnej części rury
elementy płynu, poza ruchem w kierunku osiowym, poruszają się również w kierunku
prostopadłym do osi i powstają wiry. Profil prędkości lokalnej jest bardziej spłaszczony
w centrum, co oznacza, że prędkość w strefie burzliwej zmienia się w małym stopniu.

Rys. 1. Rozkład prędkości płynu w rurociągu przy przepływie a) laminarnym, b) burzliwym

[6, s. 48]

Zespoły urządzeń do transportu płynów z zachowaniem ich odpowiednich parametrów

użytkowych (temperatury, ciśnienia, strumienia objętości itp.) to rurociągi. Rurociąg powinien
spełniać następujące wymagania:
–

zapewnić odpowiednią szczelność w zakresie ciśnienia przewidzianego w procesie
technologicznym,

–

charakteryzować się niewielkimi oporami ruchu,

–

zapewnić kontrolę parametrów przepływającego płynu,

–

umożliwić zamknięcie dowolnej części rurociągu w celu przeprowadzenia naprawy lub
wymiany uszkodzonego elementu bez konieczności usuwania płynu,

–

w przypadku transportu płynów będących składnikami środków spożywczych nie
dopuścić do ich skażenia,

–

w instalacjach wysokociśnieniowych, transportujących substancje szkodliwe lub gorące
zapewnić pełne bezpieczeństwo obsługi,

–

zachować pełną zdolność eksploatacyjną przez odpowiednio długi czas.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

Rurociąg składa się z odcinków przewodów (rur) wykonanych z metalu lub tworzywa

sztucznego o odpowiednio dobranej grubości ścianki, połączonych ze sobą za pomocą złączy
(kołnierzowych, śrubunkowych, zaciskowych lub innych). Odcinki przewodu mogą być proste,
łukowe lub w postaci rozgałęzień. Mogą też zawierać zawory oraz czujniki pomiarowe
zapewniające nadzór nad pracą rurociągu.

Przepływ (transport) płynów jest ściśle związany z procesami technologicznymi tzn.

doprowadzeniem surowców i półproduktów, odbiorem produktów gotowych, wymuszaniem
ruchu cieczy w aparatach procesowych i innych.

Pompy

Pompy są to urządzenia które umożliwiają przenoszenie cieczy z poziomu niższego na

wyższy lub przetłaczanie jej ze zbiornika o ciśnieniu niższym do zbiornika o ciśnieniu
wyższym.

Działanie pomp opiera się na wytworzeniu różnicy ciśnień.

Klasyfikacja pomp ze względu na sposób wytworzenia ciśnienia do przetłoczenia cieczy
1. Pompy wyporowe - uzyskują ciśnienie przez cykliczną zmianę objętości komory tłocznej,

która przy wzroście objętości zasysa płyn przewodem wlotowym, a przy jej zmniejszeniu
wytłacza go otworem wylotowym. Pod względem budowy różnią się między sobą jedynie
szczegółami konstrukcyjnymi (elementem tłocznym).
Dzielą się na:

−

tłokowe,

−

skrzydełkowe,

−

membranowe,

−

zębatkowe,

−

śrubowe.

2. Pompy wirowe - wytwarzają ciśnienie przez ruch obrotowy elementu wyposażonego

w łopatki.
Dzielą się na:

−

promieniowe,

−

osiowe (śmigłowe).

Pompa tłokowa

Zawór ssący umieszczony w przewodzie ssącym otwiera się do wewnątrz pompy,

natomiast zawór tłoczący znajdujący się w przewodzie tłoczącym na zewnątrz. Podczas ruchu
tłoka do góry zwiększa się czynna objętość cylindra, co powoduje w nim spadek ciśnienia.
Z powodu niższego ciśnienia pod tłokiem niż w dolnym zbiorniku zawór ssący otwiera się
samoczynnie, a ciecz wpływa do rury ssącej i podąża za tłokiem wypełniając cylinder. Podczas
ruchu tłoka ku dołowi na skutek wzrastającego pod nim ciśnienia ciecz ciśnie na zawór ssący i
tłoczący. Zwór ssący zostaje dociśnięty do gniazda, natomiast zawór tłoczący unosi się ku
górze i ciecz zostaje wypchnięta przez tłok do przewodu tłoczącego, doprowadzając ciecz do
miejsca przeznaczenia, po czym unoszący się znowu do góry tłok zasysa nową porcję cieczy i
cały proces się powtarza.

Zalety:

−

zdolność samo zasysania,

−

praca przy dużej wysokości ssania,

−

możliwość uzyskania bardzo dużych wysokości podnoszenia (ciśnienia),

−

stałość (w pewnym zakresie) wydajności przy zmieniającej się wysokości podnoszenia,

−

duża sprawność.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

Wady:

−

nierówne dostarczanie cieczy,

−

skomplikowana konstrukcja,

−

zajmuje dużo miejsca,

−

wysokie koszty instalacji.

Rys. 2. Pompa tłokowa [1, s. 94]

1 – cylinder, 2 – tłok, 3 – przewód ssący, 4 – przewód tłoczący, 5 – zawór ssący, 6 – zawór tłoczący,

Pompa promieniowa (odśrodkowa)

Wirnik obraca się z określoną prędkością, a jego łopatki pociągają za sobą ciecz

znajdującą się w kanałach między łopatkowych. Siła odśrodkowa odrzuca ciecz od środka
wirnika ku obwodowi, co powoduje wzrost ciśnienia przy obwodzie wirnika (tłoczenie na
wejściu), a spadek ciśnienia w części środkowej wirnika (ssanie na wyjściu). W chwili
uruchomienia pompy konieczne jest jej zalanie cieczą.

Nadają się do gęstych cieczy m.in. do ścieków kanalizacyjnych. Stosuje się je do tłoczenia

solanki w chłodniach.

Rys. 3. Pompa promieniowa [2, s. 54]

a) wysokość podnoszenia (wysokość ssania plus wysokość tłoczenia) [m],

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

Rys. 4. Wysokość podnoszenia pomp przy zasysaniu cieczy [6, s. 53]

H – wysokość podnoszenia, H

s

– wysokość ssania, H

t

– wysokość tłoczenia, p

a

– ciśnienie atmosferyczne

b) wydajność – ilość cieczy, jaką przetłacza pompa w jednostce czasu [m ³/s],
c) moc potrzebna do napędu pompy – moc, którą doprowadza się do wału pompy (jest to

najczęściej moc silnika napędzającego) [W]

d) sprawność pompy – stosunek mocy efektywnej pompy (mocy przekazanej cieczy do mocy

doprowadzonej na wał pompy) [%]

Przy doborze pomp należy wziąć pod uwagę:

−

parametry pracy pompy,

−

rodzaj pompowanego czynnika

−

warunki zainstalowania (pionowa, pozioma, przenośna, stacjonarna),

−

rodzaj napędu,

−

rodzaj eksploatacji (praca ciągła, przerywana, obsługa ręczna, automatyczna).

Sprężarki

Sprężarki stosowane są do sprężania (podnoszenia ciśnienia) par i gazów. Sprężanie gazu

zachodzi od ciśnienia ssania do ciśnienia tłoczenia.
Klasyfikacja sprężarek

Ze względu na sposób działania wyróżniamy następujące maszyny sprężające:

1. maszyny objętościowe (wyporowe) zwane często kompresorowymi, wywołujące wzrost

ciśnienia w wyniku zmniejszenia objętości gazu.
Dzielą się na:

−

tłokowe,

−

łopatkowe,

−

rotacyjne,

−

z pierścieniem cieczowym,

−

śrubowe,

−

przeponowe (membranowe),

−

tłokowe.

2. maszyny przepływowe – wywołują wzrost ciśnienia na skutek oddziaływania na cząstki

gazu sił bezwładności.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

Dzielą się na:

−

promieniowanie,

−

osiowe.

Sprężarka rotacyjna Roots’a

Stosowana jest do sprężania gazów do niskich i średnich wie1kości ciśnień.
W korpusie sprężarki umieszczone są dwa tłoki krzywkowe zamontowane na

równoległych wałach, które wirują w przeciwnych kierunkach przesuwając gaz w normalnym
kierunku do ich osi. Zsynchronizowany napęd, umieszczony na zewnątrz zapewnia dobry
kontakt tłoków między sobą i ze ścianką cylindra. W trakcie wirowania z przestrzeni ssawnej
są pobierane i odcinane objętości gazu, stanowiące przestrzeń między tłokami a korpusem
i przenoszone do przestrzeni tłocznej, gdzie ulegają sprężeniu.

Zalety:

−

lekka i zwarta konstrukcja

−

nie wymagają smarowania

Rys. 5. Sprężarka rotacyjna Roots’a [6, s. 65]

1 - korpus, 2 – tłoki krzywkowe

Sprężarki służą do sprężania powietrza oraz gazów powszechnie stosowanych w wielu

gałęziach przemysłu, m.in. spożywczego. Sprężone gazy są stosowane np. w chłodnictwie
(dwutlenek węgla, amoniak i freony).

Teoretycznie sprężanie gazu może odbywać się przy stałej temperaturze, gdy ciepło

wydzielane podczas sprężania gazu nie jest odbierane. W warunkach rzeczywistych sprężanie
zachodzi przy stałym cieple właściwym gazu.

By zmniejszyć zapotrzebowanie energii sprężania i zapewnić bezpieczeństwo prowadzenia

procesów korpus (cylindry) sprężarki są chłodzone.

Sprężarki wyposażone są w chłodnice odprowadzające nadmiar ciepła, jakie wydziela się

podczas sprężania gazu i może doprowadzić do znacznego podniesienia się jego temperatury
(nawet kilkaset °C). Ponadto sprężarki są wyposażone w urządzenia umożliwiające usuniecie
wilgoci ze sprężonego gazu oraz par oleju używanego do smarowania elementów ruchomych
sprężarki.

Sprężanie jednostopniowe i wielostopniowe

Sprężanie jednostopniowe
1 - otwarcie zaworu ssawnego,
1 - 2 - zassanie gazu do cylindra (ssanie),
2 - prawe skrajne położenie tłoka,
2 - 3 - ruch powrotny tłoka, zamyka się zawór ssawny (sprężanie gazu),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

3 - otwiera się zawór tłoczny,
3 - 4 - gaz zostaje wtłoczony (gwałtownie),
4 - zamkniecie zaworu tłocznego.

Rys. 6. Zależność P – ciśnienia od V - obiętości dla sprężarki tłokowej jednostopniowej

Pole na wykresie (rys.6) zawarte między liniami 1 – 2, 2 – 3, 3 – 4 i osią pionową

przedstawia pracę pobraną przez gaz w jednym cyklu sprężania (dla sprężarki tłokowej).

W celu uzyskania wyższego stopnia sprężania gazu buduje się sprężarki tłokowe

wielostopniowe. Sprężanie odbywa się kolejno w kilku cylindrach (I – III) z jednoczesnym
chłodzeniem międzystopniowym.

Sprężanie trójstopniowe wielostopniowe (trójstopniowe)
2 - 3 - sprężenie czynnika w pierwszym cylindrze,
3 - 4 - ochłodzenie czynnika,
4 - 5 - sprężenie czynnika w drugim cylindrze,
5 - 6 - ochłodzenie czynnika,
6 - 7 - sprężenie czynnika w trzecim cylindrze.
Przy sprężaniu wielostopniowym gaz pobiera mniej pracy (pole ograniczone na rys.7

liniami 1 – 2, 2 – 3, 3 – 4, 4 – 5, 5 – 6, 6 – 7, 7 – 8 i osią pionową) niż podczas sprężania
jednostopniowego do tej samej wartości ciśnienia. Sprężenie wielostopniowe połączone
z chłodzeniem międzystopniowym jest bardziej ekonomiczne.

Rys. 7. Zależność P – ciśnienia od V - objętości dla sprężarki tłokowej trójstopniowej

Parametry sprężarek:

−

wydajność objętościowa [m/s] lub masowa [kg/s],

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

−

spręż - stopień sprężania (stosunek ciśnienia tłoczenia do ciśnienia ssania).
W zależności od wartości sprężu rozróżnia się następujące typy maszyn sprężających:

sprężarki, dmuchawy, wentylatory.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. W jakim celu stosowane są pompy?
2. Jak można sklasyfikować pompy?
3. W jaki sposób działają pompy wyporowe?
4. W jaki sposób działają pompy wirowe?
5. Jaką rolę w konstrukcji pomp wyporowych odgrywa element tłoczny?
6. Jakie kształty przyjmuje element tłoczny?
7. Jakie parametry pracy charakteryzują daną pompę?
8. Co oznaczają dane parametry pracy pomp?
9. W jakim celu stosowane są sprężarki?
10. Jak można sklasyfikować sprężarki?
11. W jaki sposób działają sprężarki objętościowe?

4.1.2.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozróżnij na podstawie schematów pompy. Zidenyfikuj i nazwij główne elementy budowy

(dla pomp wyporowych określ elementy tłoczące).

Rys. 9. Pompa [6, s. 54]

1 – korpus, 2 – wirnik, 3 – uszczelnienie dławicowe

Rys. 8. Pompa [6, s. 51]

1 – sprężyna, 2 – wlot płynu roboczego, 3 – membrana,

4 – zawory płytkowe (klapowe)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

Rys. 10. Pompa [6, s. 52]

1 – korpus, 2 – koła zębate

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z klasyfikacją pomp,
2) zapoznać się ze sposobem wytwarzania ciśnienia przez pompy,
3) przeanalizować budowę i działanie pomp,
4) rozpoznać na schematach poszczególne pompy,
5) określić główne elementy budowy pomp,
6) zapisać i zaprezentować pracę.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

modele maszyn przepływowych,

−

plansze lub foliogramy,

−

dokumentacje techniczne,

−

zeszyt,

−

przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Odczytaj z wykresów zależność wysokości podnoszenia od wydajności, zapotrzebowania

mocy i sprawności dla pompy śrubowej.

gdzie: H – wysokość podnoszenia,

Q – wydajność,
N – moc,

η

– sprawność.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

Rys. 11. Charakterystyki pompy śrubowej

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z parametrami pracy pompy,
2) odczytać z wykresu zależności pracy pompy,
3) przeanalizować zależności parametrów pracy pompy,
4) zapisać i zaprezentować wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

plansze lub foliogramy,

−

dokumentacje techniczne pomp,

−

podręcznik [6],

−

zeszyt,

−

przybory do pisania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

Ćwiczenie 3

Na podstawie schematu sprężarki tłokowej zidentyfikuj główne jej elementy budowy

i przeanalizuj działanie tej sprężarki.

Rys. 12. Sprężarka tłokowa [2, s. 155]

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z budową i działaniem sprężarek objętościowych,
2) przeanalizować schemat sprężarki,
3) nazwać główne elementy sprężarki oznaczone na schemacie cyframi od 1 - 4,
4) przeanalizować działanie sprężarki,
5) zapisać nazwy elementów budowy wyparki i wyjaśnić zasadę jej działania,
6) przedstawić wyniki pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

model maszyny,

−

podręcznik [6],

−

dokumentacja techniczna sprężarki tłokowej,

−

zeszyt,

−

przybory do pisania.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie płynów?





2) wyróżnić rodzaje ruchu płynów?





3) określić zastosowanie rurociągów?





4) określić wymagania stawiane rurociągom?





5) wskazać cel stosowania pomp?





6) sklasyfikować pompy?





7) wyjaśnić działanie pomp wyporowych?





8) wyjaśnić działanie pomp wirowych?





9) wyjaśnić budowę i działanie pompy tłokowej?





10) wyjaśnić budowę i działanie pompy membranowej?





11) wyjaśnić budowę i działanie pompy osiowej?





12) wyjaśnić budowę i działanie pompy zębatej?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

13) wyjaśnić budowę i działanie pompy promieniowej?





14) określić parametry pracy pomp i ich zależności?





15) sklasyfikować sprężarki?





16) wyjaśnić działanie sprężarek objętościowych?





17) wyjaśnić działanie sprężarek przepływowych?





18) wyjaśnić budowę i działanie sprężarki rotacyjnej?





19) wyjaśnić budowę i działanie sprężarki tłokowej?





20) porównać sprężanie jedno- i wielostopniowe?





21) wskazać przyczyny stosowania chłodzenia sprężarek?





22) określić parametry pracy sprężarek?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

4.2. Maszyny cieplne, wytwornice pary, urządzenia chłodnicze

4.2.1.

Materiał nauczania

Maszyny cieplne

W maszynach cieplnych następuje zamiana energii cieplnej na mechaniczną. W maszynach

tych zachodzą obiegi termodynamiczne (ciąg przemian prowadzących do przywrócenia
pierwotnych parametrów stanu).

W zależności od sposobu wykorzystywania ciepła w maszynach, rozróżniamy:

−

maszyny o spalaniu zewnętrznym (spalanie paliwa odbywa się poza maszyną, najczęściej w
palenisku kotła parowego),

−

maszyny o spalaniu wewnętrznym, w których wydzielanie się ciepła z paliwa odbywa się
wewnątrz silnika (w silnikach spalinowych).
Tłokowa maszyna cieplna - cylindryczna komora silnika spalinowego zamknięta jest

tłokiem, który może przesuwać się wzdłuż komory, wywołując obrót wału mechanizmu
korbowego.

Jeżeli gaz zamknięty w komorze jest palny (np. mieszanina par benzyny z powietrzem), to

jego zapalenie w obszarze komory (np. od iskry elektrycznej) spowoduje gwałtowny wzrost
temperatury, a co za tym idzie i ciśnienia. Ciśnienie to, działające na denko tłoka, spowoduje
jego przesuniecie i obrót wału w kierunku strzałki. Towarzyszy temu rozprężenie się gazu przy
prawie stałej temperaturze. Po całkowitym przesunięciu tłoka w prawe skrajne położenie
następuje wypuszczenie spalin do atmosfery i napełnienie cylindra świeżą, zimną mieszaniną
par benzyny z powietrzem, a następnie sprężenie tej mieszanki wskutek przesunięcia się tłoka
w lewo. Siła potrzebna do przesunięcia tłoka pochodzi z energii kinetycznej koła
zamachowego osadzonego na wale silnika. Po sprężeniu nowej porcji mieszanki cykl może
zacząć się od nowa.

Rys. 13. Tłokowa maszyna cieplna (budowa silnika) [2, s. 148]

1 – tłok, 2 – korba, 3 – wał korbowy, 4 – korbowód, 5 – pierścienie uszczelniające, 6 – cylinder,

7 – miejsce zapłonu

Silniki tego typu, wykorzystywane do napędu pojazdów mechanicznych i maszyn

roboczych, w zależności od rozwiązania sposobu napełniania cylindra mieszanką i opróżniania
spalin dzieli się na dwu i czterosuwowe.

Również sposób zapalania mieszanki decyduje o podziale na:

−

silniki z zapłonem iskrowym (zapalane za pomocą iskry elektrycznej),

−

silniki wysokoprężne z zapłonem samoczynnym (zapalanie w wyniku sprężenia mieszanki
do odpowiednio wysokiego ciśnienia).
Liczba cykli w jednostce czasu może wynosić od kilkuset do kilku tysięcy na minutę, Co

wiąże się z koniecznością intensywnego chłodzenia przestrzeni roboczej silnika za pomocą
wymuszonego obiegu cieczy chłodzącej lub w przypadku silników mniejszej mocy powietrza.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

Wytwornice pary

Woda paruje na powierzchni w każdej temperaturze. Intensywność parowania jest tym

większa im wyższa jest temperatura. Najintensywniejsze parowanie zachodzi w temperaturze
wrzenia (temperatura wrzenia zależy od ciśnienia). Objętość pary jest ok. 1700 razy większa
od objętości wody, z której ta para powstała (przy tym samym ciśnieniu i temperaturze). Para
o temperaturze wrzenia została nazwana parą nasyconą. Ochłodzona para nasycona skrapla się
przechodząc ponownie w wodę. Para o temperaturze wyższej niż temperatura wrzenia nazywa
się parą przegrzaną. Para przegrzana ochłodzona do temperatury nie niższej niż temperatura
wrzenia nie ulega skropleniu.

Podczas parowania i przegrzania jest pobierana przez ciecz lub parę energia cieplna, która

może być przetwarzana w silniku parowym na energię mechaniczną.

Para wodna jest nośnikiem ciepła bardzo często wykorzystywanym w przemyśle

spożywczym do ogrzewania wyparek, wież rektyfikacyjnych, pasteryzatorów, kotłów
(parowych) do gotowania itp.

Para do celów energetycznych jest wytwarzana w kotłach.
Kotły parowe są zespołem urządzeń do zmiany energii cieplnej powstałej ze spalania

paliwa w kotle na parę wodną o wysokim ciśnieniu i temperaturze. Energia cieplna pary
wodnej przeznaczona jest do bezpośredniego wykorzystania ciepła lub zmiany na energię
elektryczną (w elektrowniach cieplnych).

Kotły są ogrzewane ciepłem uzyskiwanym ze spalania paliwa: stałego (np. koksu, węgla

kamiennego, węgla brunatnego), ciekłego (np. gazu ziemnego). Paliwa są związkami
organicznymi, które dają w wyniku spalania (łączenie się z tlenem) wodę oraz dwutlenek
węgla.

Klasyfikacja kotłów

1. Ze względu na ciśnienie wytworzonej pary:

−

kotły niskoprężne,

−

kotły średnioprężne,

−

kotły wysokoprężne.

2. Zależnie od rodzaju obiegu wody:

−

kotły z obiegiem naturalnym,

−

kotły z obiegiem wymuszonym.

3. Zależnie od tego czy spaliny omywają powierzchnię tłoka po stronie wewnętrznej czy

zewnetrznej:

−

kotły płomieniowe,

−

kotły płomieniówkowe,

−

kotły wodnorurkowe (opłomkowe).

4. Zależnie od tego czy powierzchnia ogrzewana otrzymuje ciepło przez bezpośrednie

stykanie się ze spalinami, czy tez promieniowanie:

−

konwencyjne (o powierzchni konwencyjnej),

−

opromieniowane (o powierzchni opromieniowanej),

−

częściowo opromieniowane (o powierzchni konwekcyjnej, a częściowo
opromieniowanej).

5.

W za1eżności od konstrukcji pracy:

−

kotły płomieniowe,

−

kotły wodnorurkowe,

−

kotły specjalne,

−

kocioł walczakowy.

Najczęściej wykorzystywane kotły parowe to:

−

kocioł walczakowy (wodnorurkowy),

−

kocioł wodnorurkowy opromieniowany.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

Kocioł walczakowy – paliwo stale spalane na ruszcie paleniska ogrzewa wodę

w walczaku (cylindrycznym zamkniętym naczyniu). Para jest pobierana z wężownicy
podgrzewacza pary podgrzewanej spalinami ulatującymi do komina. Dla lepszego
wykorzystywania ciepła spaliny ulatniające się do komina podgrzewają doprowadzaną do kotła
wodę z wężownicy do podgrzewacza wody.

Zalety:

−

małe zapotrzebowanie miejsca,

−

możliwość stosowania wysokich i najwyższych ciśnień,

−

szybki rozruch,

−

duża wydajność,

−

łatwość wybudowania paleniska,

−

łatwość obudowania powierzchni opromieniowanych w palenisku.
Wady:

−

panujące wysokie ciśnienie w kotłach o dużej pojemności stanowi potencjalne zagrożenie
w przypadku pęknięcia kotła,

−

duża masa gorącej wody zawartej w walczaku utrudnia szybką zmianę wydajności kotła
zmuszając niekiedy do wypuszczania pary podczas przerwy w jej odbiorze.

Rys. 14. Kocioł walczakowy [5, s. 178]

1 – ruszt, 2 – walczak, 3 – kołpak parowy, 4 – podgrzewacz wodny, 5 – podgrzewacz pary,

Kocioł wodnorurkowy opromieniowany – ściany kotła zbudowane z cegły

ognioodpornej są wyłożone rurami wypełnionymi wodą, które stanowią ekran chroniony
ścianami kotła. Ciepło jest przyjmowane dzięki promieniowaniu. Woda jest doprowadzona
przez podgrzewacz do walczaka skąd rurami opadowymi spływa do komory spalania oddając
ciepło wodzie znajdującej się w rurach wznoszących, gdzie wytwarza się para odprowadzana
na zewnątrz popoprzez walczak. Spaliny uchodzące do komina przechodzą przez
przegrzewacz pary i podgrzewacz powietrza. Powietrze podgrzane w podgrzewaczu jest
doprowadzone do palnika.

Zalety:

−

małe zapotrzebowanie miejsca,

−

łatwa i szybka zmiana wydajności kotła,

−

z uwagi na niewielką objętość wrzącej wody, ewentualne skutki wybuchu kotła, nie są
groźne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

Rys. 15. Kocioł wodnorurkowy opromieniowany [5, s.179]

1 – komora dolna, 2 – palnik, 3 – rury opadowe, 4 – rury wznoszące, 5 – walczak, 6 – przegrzewacz pary,

7 – podgrzewacz wody, 8 – podgrzewacz powietrza

Dla zapewnienia bezpiecznej pracy musi w kotle znajdować się okreś1ona ilość wody,

której poziom wskazują wodowskazy. Niezbędnym wyposażeniem kotła są manometry
(ciśnieniomierze). Dla zabezpieczenia przed rozerwaniem kotła stosowne są zawory
bezpieczeństwa otwierające się, gdy ciśnienie w kotle wzrośnie powyżej wartości
dopuszczalnej.

Nowoczesne piece są zautomatyzowane. Zasilanie pieca odbywa się przez urządzenia

sterowane samoczynnie.

Ze względu na duże zagrożenie, jakie stanowi uszkodzenie kotła, musi on stale znajdować

się pod nadzorem uprawnionego pracownika o odpowiednich kwalifikacjach. Główne objawy
zagrożenia to zakłócenia w dopływie wody, nadmierny wzrost ciśnienia, widoczne uszkodzenia
mechaniczne.

Dopuszczenie kotła do ruchu może nastąpić jedynie za zgodą Urzędu Dozoru

Technicznego (UDT), który również przeprowadza okresową kontrolę stanu technicznego
kotłów.

Urządzenia chłodnicze

Istotnym czynnikiem zapobiegającym pogorszeniu właściwości przechowywanych

artykułów żywnościowych jest niska temperatura.

Niska temperatura jest uzyskiwana w urządzeniach chłodniczych wykorzystujących

następujące właściwości czynników chłodniczych:

−

ciśnienie skraplania nie powinno przekraczać 1,5 MPa ze względu na wytrzymałość
urządzeń,

−

ciepło parowania i przewodność cieplna powinny być możliwie duże,

−

temperatura krzepnięcia powinna być możliwie niska,

−

powinny być niepalne i nietoksyczne,

−

nie powinny powodować korozji metali.
Czynniki chłodnicze można podzielić na dwie grupy:

–

węglowodory nasycone i nienasycone: metan, etan, propan, butan, izobutan, etylen
i propylen,

–

pochodne węglowodorów nasyconych; obejmują one pochodne metanu i etanu utworzone

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

przez zastąpienie części lub wszystkich atomów wodoru przez atomy chloru lub fluoru;
część z nich występuje pod nazwą freonów C

m

H

x

F

y

Cl

z

., a w szczególności freon F

12

(CCl

2

F

2

) i F

13

(CCl

3

F).

Urządzenia chłodnicze stosowane w przemyśle, chłodziarkach domowych, magazynach

artykułów spożywczych oraz środkach transportu służących do przewozu tych artykułów
występują jako urządzenia sprężarkowe lub absorpcyjne.

Urządzenia sprężarkowe, jako wydajniejsze i tańsze w eksploatacji są częściej stosowane.
Chłodziarka sprężarkowa – w oziębianej przestrzeni znajduje się parownik, naczynie o

dużej powierzchni, w którym paruje ciecz pobierająca ciepło. Nasycona para cieczy jest
zasysana z parownika przez sprężarkę i przetłaczana do skraplacza. W wyniku sprężania
temperatura pary wzrasta (para zostaje przegrzana) powyżej temperatury otoczenia.
W skraplaczu na skutek odprowadzenia ciepła do otoczenia para zostaje ochłodzona i
skroplona. Ze skraplacza ochłodzona ciecz przez rozprężarkę (często zawór dławiący) dostaje
się z powrotem do parownika. Obieg zostaje zamknięty.

Rys. 16. Chłodziarka sprężarkowa [5, s. 196]

1 – sprężarka, 2 – skraplacz, 3 – zawór dławiący (rozprężarka), 4 – parownik, 5 – przestrzeń oziębiana

Czynnikiem, który najczęściej znajduje się obiegu sprężarkowego agregatu jest freon 12

lub amoniak. Freon 12 posiada odpowiednie właściwości tj.:
- przenosi ciepło z miejsca zimniejszego do cieplejszego,
- posiada odpowiednią temperaturę wrzenia i skraplania.

Temperatura wrzenia freonu 12 wynosi - 29,7

0

C, natomiast temperatura skraplania

to -155

0

C, co ma pozytywny wpływ na procesy chłodzenia.

Zostaje on jednak wycofywany z użycia, gdyż może on wydostawać się z zamrażarek

i gromadzić w atmosferze niszcząc warstwę ozonową.

Urządzenia chłodnicze wykorzystujemy w wielu gałęziach przemysłu i handlu. Mają one

zastosowanie w przemyśle spożywczym m.in.: mleczarstwie, ciastkarstwie, cukiernictwie,
piekarnictwie, browarnictwie, przetwórstwie mięsnym i rybnym. Chłodziarki mają również
zastosowanie w życiu prywatnym, gdzie wykorzystywane są do zabezpieczenia artykułów
spożywczych przed zepsuciem. Z chłodziarkami mamy również do czynienia w lecznictwie,
górnictwie, budownictwie, kolejnictwie oraz żegludze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jaki jest cel stosowania tłokowej maszyny cieplnej?
2. Jak zbudowana jest tłokowa maszyna cieplna?
3. Na jakiej zasadzie działa tłokowa maszyna cieplna?
4. Jakie jest przeznaczenie kotłów parowych?
5. Jakie różnice występują w konstrukcji i eksploatacji kotłów parowych?
6. Jakie zagrożenia mogą wystąpić przy eksploatacji kotłów parowych?
7. W jaki osprzęt powinien być wyposażony kocioł parowy?
8. Jakie właściwości posiadają czynniki chłodnicze?
9. Gdzie i w jakim celu stosowane są czynniki chłodnicze?
10. Jakie występują rodzaje urządzeń chłodniczych?
11. Czy z zastosowaniem czynników chłodniczych wiążą się jakieś niebezpieczeństwa?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie

Wyjaśnij obieg termodynamiczny silnika tłokowego, opisz zachodzące zmiany

w obiegu podczas pracy maszyny.

Rys. 17. Tłokowa maszyna cieplna (obieg termodynamiczny silnika tłokowego) [2, s.148]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wyjaśnić budowę i zasadę działania tłokowej maszyny cieplnej,
2) scharakteryzować obieg termodynamiczny silnika tłokowego,
3) zinterpretować krzywe na wykresie oznaczone nr.1, 2, 3,
4) przedstawić wyniki pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

film dydaktyczny,

−

plansza lub foliogram,

−

zeszyt,

−

przybory do pisania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

Ćwiczenie

2

Określ zagrożenia jakie mogą wystąpić przy eksploatacji kotłów parowych i wskaż

sposoby ich zapobiegania

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z budową i zasadą działania kotłów parowych,
2) przeanalizować różnice związane z konstrukcją i eksploatacją kotłów parowych,
3) określić zagrożenia jakie mogą wystąpić przy eksploatacji kotłów parowych,
4) określić sposoby zapobiegania zagrożeniom, które mogą wystąpić przy eksploatacji

kotłów parowych,

5) zapisać i przedstawić wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

dokumentacje techniczno-ruchowe kotłów,

−

podręcznik [5],

−

zeszyt,

−

przybory do pisania i rysowania.

Ćwiczenie

3

Porównaj temperatury przechowywania produktów żywnościowych.

Tabela 1. Zalecane temperatury przechowywania produktów [2, s. 159]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z zakresami temperatur zalecanymi w przechowywaniu wybranych

produktów spożywczych,

2) zapoznać się z optymalnym czasem przechowywania wybranych produktów spożywczych,
3) porównać dane z tabeli z wymaganiami norm dla produktów spożywczych,
4) zapisać i zaprezentować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

−

plansza lub foliogram,

−

zeszyt,

−

przybory do rysowania i pisania.

Ćwiczenie 4

Porównaj zakres temperatur dla różnych czynników chłodniczych.

Tabela 2. Zalecane temperatury dla urządzeń chłodniczych [2, s. 159]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z optymalnymi zakresami temperatur dla różnych czynników chłodniczych,
2) zapoznać się z typami urządzeń, w których zalecane jest stosowane tych czynników,
3) określić przydatność wykorzystania czynników biorąc pod uwagę bezpieczeństwo ich

użytkowania,

4) zapisać i zaprezentować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

plansza lub foliogram,

−

przybory do pisania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić cel stosowania tłokowej maszyny cieplnej?





2) wymienić główne elementy budowy tłokowej maszyny cieplnej?





3) wyjaśnić działanie tłokowej maszyny cieplnej?





4) przeanalizować zmiany zachodzące w obiegu termodynamicznym

obrazującym pracę tłokowej maszyny cieplnej?





5) określić zastosowanie tłokowej maszyny cieplnej





6) sklasyfikować maszyny cieplne?





7) określić przeznaczenie kotłów parowych?





8) sklasyfikować kotły parowe?





9) scharakteryzować główne elementy budowy kotłów parowych?





10) określić różnice występujące w konstrukcji i eksploatacji kotłów

parowych?





11) określić zagrożenia jakie mogą wystąpić przy eksploatacji kotłów

parowych?





12) rozróżnić osprzęt kotła i określić cel jego zastosowania?





13) określić właściwości czynników chłodniczych?





14) podać przykłady czynników chłodniczych?





15) określić cel stosowania czynników chłodniczych?





16) wskazać rodzaje urządzeń chłodniczych?





17) wyjaśnić budowę sprężarkowego urządzenia chłodniczego?





18) wyjaśnić zasadę działania sprężarkowego urządzenia chłodniczego





19) wskazać ewentualne zagrożenia związane z wykorzystaniem

czynników chłodniczych ?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

4.3. Urządzenia do zamrażania żywności

4.3.1.

Materiał nauczania

Chłodzenie jest to odbieranie ciepła, powodujące obniżenie lub utrzymanie temperatury

danego ciała (ośrodka) z możliwością zmiany jego stanu skupienia.

Można stosować:

−

chłodzenie naturalne (stosując lód naturalny lub wodę),

−

chłodzenie sztuczne (wykorzystując urządzenie chłodnicze).

Chłodzenie sztuczne może być prowadzone:

−

bezpośrednio, gdy ośrodek chłodzony styka się przeponowo z parującym czynnikiem
chłodniczym;

−

pośrednio, gdy wymiana ciepła między ciałem chłodzonym (albo powietrzem
w przestrzeni chłodzonej), a parującym w parowniku czynnikiem chłodzącym odbywa się
za pośrednictwem dodatkowego czynnika pośredniczącego, tzw. chłodziwa lub nośnika
zimna, np. solanki.
W obu tych systemach chłodzona żywność nie styka się ani z czynnikiem chłodniczym, ani

z chłodziwem. Są

rozwijane również metody chłodzenia, polegające na bezpośrednim

kontakcie żywności ze skroplonymi lub zestalonymi gazami nietoksycznym, jak np. ciekły azot
lub zestalony dwutlenek węgla, stosowanymi w utrwalaniu żywności przez zamrożenie metodą
kriogeniczną.

W nowoczesnej technice mrożenia żywności dysponuje się różnymi metodami

i urządzeniami, tzw. zamrażarkami, pozwa1ającymi na realizację podstawowej zasady,
tj. przeprowadzenia szybkiego zamrażania.

W za1eżności od sposobu odprowadzania ciepła z zamrażanej żywności, metody

zamrażania dzieli się na grupy, a zamrażarki w danej grupie otrzymują nazwy, pochodzące od
metody. W przemyśle spożywczym stosuje się następujący podział metod i zamrażarek:

−

mrożenie konwekcyjne, w którym do odbierania ciepła od mrożonej żywności
wykorzystuje się oziębione powietrze;

−

mrożenie kontaktowe, wykorzystujące do zamrażania oziębione powierzchnie metalowe;

−

mrożenie immersyjne, wykorzystujące do mrożenia oziębione płyny, np. roztwory cukru
albo soli, glikol, glicerol;

−

mrożenie kriogeniczne, wykorzystujące w mrożeniu skroplone lub zestalone gazy.
W zamrażalnictwie żywności najczęściej są stosowane zamrażarki konwekcyjne,

a najrzadziej immersyjne i kriogeniczne.

1. Zamrażarki konwekcyjne

Do zamrażarek konwekcyjnych zalicza się:

−

zamrażarki komorowe,

−

tunelowe,

−

taśmowe,

−

fluidyzacyjne.

Zamrażarki komorowe są budowane w postaci izolowanych, bezprzelotowych komór, w

których żywność umieszczona (luzem lub w opakowaniach) w stojakach lub wózkach, jest
zamrażana powietrzem oziębianym (do temp. od -20 do -30

0

C przez parowniki amoniaku)

i krążącym pod wpływem konwekcji naturalnej lub wymuszonej przez wentylatory. Zamrażarki
te pracują w sposób okresowy. Mają ograniczone zastosowanie, gdyż zamrażanie w nich, na

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

skutek wolnego krążenia powietrza, zachodzi wolno. Zimne przechowalnie mogą być
traktowane jako duże komorowe zamrażanie. Używane są do:

−

zamrażania tusz mięsnych,

−

zamrażalniczego przechowywania żywności mrożonej innymi metodami,

−

hartowania lodów spożywczych.

Zamrażarki tunelowe pozwalają na szybkie zamrażanie żywności, umieszczonej na

tacach w wózkach (lub zawieszonej na stojakach albo hakach kolejki podwieszonej)
w tunelach, w wyniku wymuszonego silnego ruchu (zwykle 3÷5 m/s, a niekiedy 10÷15 m/s)
schłodzonego (temp. od -25 do -40°C) powietrza. Zamiast wózków, tunel może być
wyposażony w taśmę siatkową lub szczebelkową, która przesuwa się z regulowaną
prędkością. Surowiec w opakowaniach lub luzem jest ładowany na taśmę z jednej strony
tunelu, a po zamrożeniu, w ciągu kilkudziesięciu i więcej minut, opuszcza tunel po drugiej
stronie.

Rys. 18. Tunel automatyczny do zamrażania [3, s.252]

1 – stół rolkowy ruchomy, 2 - przenośnik, 3 – wentylator z chłodnicami powietrza,

4 – obudowa izolowana, 5 – pojemnik z drobiem, 6 – napęd przenośnika,

7 – podgrzewanie gruntu

Zamrażarki fluidyzacyjne zamrażają żywność o niezbyt dużych rozmiarach oraz

stosunkowo wyrównanym kształcie i masie (np. groszek, porzeczki, krajankę warzywną)
w stanie fluidalnym. Stan fluidalny albo płynięcia (,,wrzenia”) stałej żywności uzyskuje się
dzięki odpowiednio dobranej prędkości i kierunkowi przepływu powietrza (lub innego gazu
obojętnego) przez warstwę żywności, umieszczoną na perforowanej przegrodzie, zwanej
łożem lub korytem. Oziębione powietrze, przechodząc przez przegrodę, unosi zamrażaną
żywność, która zachowuje się w przepływie podobnie jak ciecz.

Zjawisko płynięcia (,,wrzenia”) żywności jest wywołane przez unoszenie jej warstwy nad

perforowaną przegrodą strumieniem powietrza skierowanego pod taśmę z zamrażaną
żywnością. Stosowane w tych zamrażarkach powietrze ma temp. od -25 do -35

0

C

i odpowiednią prędkość (2÷8 m/s), konieczną do uzyskania zjawiska płynięcia. Żywność
kontaktuje się w większym stopniu z powietrzem, niż w innych zamrażarkach konwekcyjnych,
dzięki czemu współczynnik przenoszenia ciepła jest duży, a zamrażanie szybkie. Czas
zamrożenia może wynosić tylko kilka minut. Dodatkową zaletą mrożenia fluidyzacyjnego jest
sypki

charakter

mrożonek,

co

ułatwia

ich

przechowywanie

i konfekcjonowanie.

Zależnie od konstrukcji łoża dzieli się je na:

−

rynnowe,

−

jednotaśmowe,

−

dwutaśmowe w układzie kaskadowym,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

−

dwutaśmowe w układzie nawrotnym,

−

rynnowo-taśmowe.

Rys. 19. Zamrażarka fluidyzacyjna [3, s. 254]

1 – taśma I, 2 – taśma II, 3 – wibracyjny podajnik surowca, 4 – dysza, zdmuchająca wodę z warstwy surowca,

5 – wentylator, 6 – rozgarniacz warstwy na taśmie II, 7 – chłodnice, 8 – skrzynie powietrzne z wentylatorami,

9 – obudowa izolowana

2. Zamrażarki kontaktowe

Zamrażarki kontaktowe charakteryzują się zwartą konstrukcją i dobrymi warunkami

odbierania ciepła od żywności, ze względu na bezpośredni jej kontakt z silnie oziębionymi
metalowymi powierzchniami.

Należą do nich zamrażarki:

−

płytowe,

−

bębnowe,

−

taśmowe.
Zamrażarki płytowe poziome są wyposażone w zestaw poziomych płyt, oziębianych

przez czynnik chłodniczy, doprowadzany do ich wnętrza. Płyty dają się rozsuwać pionowo.
Między płytami umieszcza się zamrożoną żywność, przestrzegając aby grubość wsadu była
wyrównana. Po załadowaniu płyty są dociskane (hydraulicznie, pneumatycznie lub
mechanicznie), co powoduje dwustronne zamrażanie żywności w cienkiej warstwie (70÷100
mm) w ciągu kilkudziesięciu minut; wydajność urządzenia wynosi do kilkuset kg/godzinę.

Rys. 20. Zamrażalka płytowa (pozioma) [3, s. 255]

1 – komora izolowana, 2 – półki-płyty, 3 – układ hydrauliczny, 4 – rury parownika, 5 – produkt, 6 – węże

gumowe, 7 – dopływ czynnika, 8 – osuszacz, 9 – odpływ par czynnika chłodniczego do rurek

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

3. Zamrażarki immersyjne

Zamrażarki immersyjne, dzięki zanurzeniu żywności w oziębionym płynie (temp. -18°C),

zapewniają bardzo dobry bezpośredni kontakt żywności i opakowaniom z tymi płynami oraz
minimalizację oporów przy przechodzeniu ciepła, co jest szczególne ważne dla żywności
o nieregularnych kształtach, jak np. grzyby. Inną zaletą zarażania immersyjnego jest
eliminowanie kontaktu żywności z tlenem atmosferycznym, powodującym niekorzystne zmiany
oksydacyjne.

Ograniczenia w stosowaniu metod immersyjnych do zamrażania żywności wynikają

natomiast z wymagań, jakie są stawiane płynom oziębiającym, szczególnie, gdy kontaktują się
one z żywnością nie pakowaną. Płyny te winny być nietoksyczne, odpowiednio czyste, wolne
od obcego zapachu, smaku, barwy i czynników wybielających, itd. Także, gdy żywność jest
pakowana, ważna jest nietoksyczność i brak działania korodującego płynu oziębiającego na
opakowaniu. Wymagania te spełniają roztwory cukru, chlorku sodu lub wapnia oraz glicerol
i propytenowy glikol. Roztwory te winny mieć odpowiednie stężenie, zapewniające im
płynność w temp. -18°C. Dla chlorku sodu stężenie to wynosi ok. 21%, a dla cukru 67%.
Roztwór wodny glicerolu o stężeniu 67% krzepnie dopiero w temp. -47°C. Jeszcze niższą
temperaturę krzepnięcia, bo -51°C, ma roztwór złożony z 60% propylenowego glikolu i 40%
wody, który nie jest toksyczny, ale ma cierpko-kwaskowaty smak.

Rys. 21. Zamrażarka immersyjna - solankowa [3, s. 257]

1 – urządzenie zraszające, 2 – izolowana pokrywa wanny, 3 – przenośnik wyładowujący, 4 – przenośnik

ociekowy, 5 – bęben rozładunkowy, 6 – ruszt ociekowy z natryskiem wodnym, 7 – wanna zbiorcza, 8 – powrót

cieczy, 9 – dopływ zimnej cieczy

4. Zamrażarki kriogeniczne

W zamrażarkach kriogenicznych wykorzystuje się bezpośredni kontakt żywności ze

skroplonym lub zestalonym gazem o niskiej temperaturze wrzenia, czy sublimacji, jak ciekły
azot (temp. wrzenia -195,8°C), skroplone powietrze (temp. wrzenia -191,0°C) i zestalony
dwutlenek węgla (temp. sublimacji -78,5°C).

Urządzenia i systemy mrożenia kriogenicznego, zależnie od rodzaju stosowanego

czynnika oziębiania, są oznaczane zwykle skrótami literowymi, pochodzącymi od pierwszych
liter nazw angielskich, z ewentualnym wykorzystaniem wzoru chemicznego czynnika
oziębiającego.

W urządzeniach tych skroplone gazy są stosowane do zamrażania żywności przez

rozpylenie ich za pomocą dysz w komorach lub tunelach wyposażonych w wentylatory.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

W razie stosowania skroplonego azotu, zamrażanie żywności zachodzi na skutek

odbierania od niej ciepła zarówno przez parujące kropelki cieczy, padające na powierzchni
żywności, jak i przez zimne opary tych cieczy.

Zamrażanie kriogeniczne jest bardzo szybkie, dzięki utrzymywaniu się dużej różnicy

temperatury między zamrażaną żywnością a czynnikiem oziębiającym oraz z powodu
wykorzystania ciepła przemiany fazowej tego czynnika. To szybkie zamrażanie, połączone
z eliminowaniem tlenu, zawartego w przestrzeniach wolnych w żywności i na jej powierzchni
przez gazy bierne chemicznie (inertne), jak azot czy CO

2

, pozwala na uzyskanie wysokiej

jakości wielu produktów zarówno pochodzenia roślinnego (owoce, warzywa, kukurydza
w kolbach), jak i zwierzęcego (produktów z mięsa rozdrobnionego, drobiu) oraz produktów
garmażeryjnych (gotowych dań, sosów, kremów).

Wadą metod mrożenia kriogenicznego żywności jest ich stosunkowo wysoki koszt.

W wypadku stosowania CO

2

do zamrażania należy przewidzieć odpowiednią wentylację

pomieszczeń produkcyjnych, aby chronić ludzi przed szkodliwym działaniem tego gazu.

Rys. 22. Schemat tunelu LNF (użycie ciekłego azotu) 181 [3, s. 258]

1 – przenośnik taśmowy, 2 – dysze rozpylające ciekły azot, 3 – wentylatory, 4 – doprowadzenie surowca,

5 – odprowadzenie mrożonki, 6 – doprowadzenie ciekłego azotu, 7 – pomiar temperatury, 8 – zawór sterujący

dopływem ciekłego azotu, 9 – wentylator odprowadzający „zużyte” opary azotu, 10 – obudowa

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są sposoby chłodzenia?
2. Jakie metody zamrażania stosowane są w przemyśle spożywczym?
3. Na jakiej zasadzie oparte jest zamrażanie konwekcyjne?
4. Jakie rodzaje zamrażarek konwekcyjnych można wyróżnić?
5. Na jakiej zasadzie oparte jest zamrażanie kontaktowe?
6. Jakie rodzaje zamrażarek kontaktowych można wyróżnić?
7. Na jakiej zasadzie oparte jest zamrażanie immersyjne?
8. Na jakiej zasadzie oparte jest zamrażanie kriogeniczne?
9. Jakie można sklasyfikować zamrażarki?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ metodę zamrażania prowadzoną w urządzeniu zaprezentowanym na rysunku.

Nazwij tą zamrażarkę.

Rys. 23. Rynna zamrażarki ................... z oscylującym dnem [4, s. 239]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z metodami zamrażania i rodzajami zamrażarek,
2) przeanalizować schemat działania zamrażarki,
3) określić rodzaj metody zamrażania i rodzaj zamrażarki,
4) zapisać rozwiązanie,
5) przedstawić wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

plansza lub foliogram,

−

podręcznik [4],

−

zeszyt,

−

przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Na podstawie schematu zamrażarki immersyjnej przeanalizuj zasadę działania. Nazwij

brakujące elementy w opisie na rys. 24.

Rys. 24. Zamrażanie immersyjne (metoda Ottensona) [4, s. 248]

1 – .................., 2 – ..................., 3 – przegroda, 4 – parownik, 5 – zbiornik z solanką

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z metodą zamrażania immersyjnego,
2) zapoznać się z budową i działaniem zamrażarki immersyjnej,
3) przeanalizować schemat zamrażarki,
4) nazwać brakujące elementy podane na schemacie zamrażarki,
5) przeanalizować działanie tej zamrażarki,
6) zapisać nazwy elementów i zasadę działania zamrażarki immersyjnej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

plansza lub foliogram,

−

dokumentacja techniczna zamrażarki,

−

podręcznik [4],

−

zeszyt,

−

przybory do pisania.

Ćwiczenie 3

Dokonaj klasyfikacji zamrażarek. Scharakteryzuj zamrażarki posługując się poniższą

tabelą.

rodzaj

zamrażarki

metoda

zamrażania

rodzaj pracy

(reprezentowany

przez zamrażarkę)

przykłady

zastosowania

dodatkowe

informacje

(stosowany

czynnik

chłodniczy)

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z rodzajami zamrażarki,
2) przeanalizować działanie zamrażarek,
3) określić rodzaj pracy zamrażarek,
4) określić przeznaczenie zamrażarek,
5) określić dodatkowe informacje o danej zamrażarce m.in. stosowany czynnik chłodniczy,
6) wpisać zebrane wiadomości do tabelki,
7) zaprezentować pracę.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

modele zamrażarek,

−

plansze lub foliogramy,

−

katalogi zamrażarek,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

−

podręcznik [4],

−

zeszyt,

−

przybory do pisania.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić rodzaje chłodzenia?





2) wyróżnić metody zamrażania?





3) wyjaśnić zasadę na której oparte jest zamrażanie konwekcyjne?





4) wskazać rodzaje zamrażarek konwekcyjnych?





5) wyjaśnić budowę i działanie zamrażarki konwekcyjnej komorowe?





6) wyjaśnić budowę i działanie zamrażarki konwekcyjnej tunelowej?





7) wyjaśnić budowę i działanie zamrażarki fluidyzacyjnej?





8) wyjaśnić zasadę na której oparte jest zamrażanie kontaktowe?





9) wyjaśnić budowę i działanie zamrażarki kontaktowej płytowej?





10)

wyjaśnić zasadę na której oparte jest zamrażanie immersyjne?





11) wyjaśnić zasadę na której oparte jest zamrażanie kriogeniczne?





12) sklasyfikować zamrażarki?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań wyboru wielokrotnego (tylko jedna odpowiedz jest prawidłowa).
5. Test składa się z zadań o różnym stopniu trudności: zadania są z poziomu

ponadpodstawowego i pozostałe z poziomu podstawowego.

6. Odpowiedzi udzielaj na załączonej karcie odpowiedzi. Prawidłową odpowiedź zakreśl

„X”.

7. W przypadku pomyłki dotyczącej wyboru odpowiedzi poprzednio zaznaczoną odpowiedź

zakreśl „kółkiem” i zaznacz ponownie „X” właściwą odpowiedź.

8. Przestrzegaj podanej przez nauczyciela normy czasowej (40 min).
9. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
10. Porozumiewanie się z innymi uczniami lub korzystanie ze „środków pomocy” wiąże się

z otrzymaniem oceny niedostatecznej.

11. Jeżeli masz jakieś wątpliwości dotyczące testu spytaj nauczyciela.
12. Po skończonej pracy test wraz z kartą odpowiedzi oddaj nauczycielowi.

Życzę powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Rurociąg powinien sprostać następującym wymaganiom:

a) charakteryzować się dużymi oporami ruchu,
b) umożliwiać dostarczenie energii cieplnej do czynnika transportującego,
c) zapewniać odpowiednią szczelność,
d) umożliwiać częsty demontaż elementów składowych.

2. Wysokość ssania pompy to:

a) różnica między wlotem pompy, a poziomem wody w zbiorniku,
a) różnica między wylotem pompy, a poziomem wody w zbiorniku,
b) różnica między wlotem pompy, a wylotem,
c) suma wysokości między wlotem pompy, a poziomem wody w zbiorniku.

3. Do pomp wyporowych nie zalicza się pompy:

a) tłokowej,
b) skrzydełkowej,
c) zębatej,
d) osiowej.

4. Elementem tłocznym jednej z pomp wyporowych jest:

a) membrana,
b) śmigło,
c) zawór ssawny,
d) króciec wylotowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

5. Zalanie pompy cieczą w chwili uruchomienia jest konieczne przy pompie:

a) śrubowej,
b) odśrodkowej,
c) tłokowej,
d) skrzydełkowej.

6. Sprężarka umożliwia:

a) zwiększenie ciśnienia gazu,
b) zmniejszenie ciśnienia gazu,
c) zwiększenie objętości gazu,
d) zmniejszenie temperatury gazu.

7. Głównym elementem sprężarki Roots’a jest:

a) śruba,
b) para tłoków krzywkowych,
c) wirnik,
d) układ śmigieł.

8. Stosunek ciśnienia na wylocie sprężarki do ciśnienia na wlocie to:

a) wydajność,
b) spręż,
c) sprawność,

d)

wysokość podnoszenia

.

9. Zapalenie mieszaniny par w komorze maszyny cieplnej spowoduje:

a) wzrost ciśnienia,
b) ujście ciśnienia,
c) ujście nadmiaru pary,
d) oczyszczenie mieszaniny.

10. Parę grzewczą otrzymuje się w:

a) silnikach parowych,
b) kotłach parowych,
c) wymiennikach ciepła,
d) pompach ciepła.

11. Do osprzętu kotła nie należy:

a) manometr,
b) wodowskaz,
c) zawór bezpieczeństwa,
d) właz.

12. Właściwością czynników chłodniczych jest:

a) wysoka temperatura krzepnięcia,
b) małe ciepło parowania,
c) niepalność,
d) duże ciśnienie skraplania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

13. Czynnikiem chłodniczym nie jest:

a) metan,
b) kwas siarkowy,
c) freon,
d) amoniak.

14. W chłodziarce sprężarkowej skraplacz znajduje się bezpośrednio za:

a) zaworem sprężającym,
b) sprężarką,
c) zaworem dławiącym,
d) parownikiem.

15. W komorze oziębianej w chłodziarce sprężarkowej panuje obniżona temperatura dzięki:

a) sublimacji czynnika chłodniczego,
b) oziębianiu czynnika chłodniczego,
c) parowaniu czynnika chłodniczego,
d) krzepnięciu czynnika chłodniczego.

16. Niezbędnym elementem zamrażania konwekcyjnego jest:

a) zastaw półek,
b) rynna,
c) przenośnik transportowy,
d) wentylator.

17. Zjawisko „płynięcia” żywności zachodzi w zamrażarkach:

a) konwekcyjnych tunelowych,
b) fluidyzacyjnych,
c) kontaktowych,
d) immersyjnych.

18. Zamrażaniu fluidyzacyjnemu poddaje się najczęściej:

a) krajankę warzywną,
b) tusze mięsne,
c) lody spożywcze,
d) sosy.

19. Zamrażanie kriogeniczne wymaga:

a) dobrej wentylacji pomieszczeń,
b) ochładzania pomieszczeń produkcyjnych,
c) długiego czasu procesu,
d) specjalnego przygotowania.

20. Doprowadzenie ciekłego azotu jest stosowane w zamrażarkach:

a) immersyjnych,
b) kriogenicznych,
c) fluidyzacyjnych,

d)

konwekcyjnych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko..........................................................................................

Eksploatowanie maszyn i urządzeń ogólnego zastosowania

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1

a

b

c

d

2

a

b

c

d

3

a

b

c

d

4

a

b

c

d

5

a

b

c

d

6

a

b

c

d

7

a

b

c

d

8

a

b

c

d

9

a

b

c

d

10

a

b

c

d

11

a

b

c

d

12

a

b

c

d

13

a

b

c

d

14

a

b

c

d

15

a

b

c

d

16

a

b

c

d

17

a

b

c

d

18

a

b

c

d

19

a

b

c

d

20

a

b

c

d

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

6. LITERATURA

1. Czerwiński W., Dreszer J.: Podstawy techniki. PWSZ, 1972
2. Dąbrowski A.: Podstawy techniki w przemyśle spożywczym. WSiP, Warszawa 1999
3. Dłużewski M., Dłużewska A.: Technologia żywności. Cz.2. WSiP, Warszawa 2001
4. Jastrzębski W.: Technologia chłodnicza żywności. WSiP, Warszawa 1991
5. Potyński A.: Podstawy technologii i konstrukcji mechanicznych. WSiP, Warszawa 1995
6. Wach J.: Aparaty i urządzenia przemysłu chemicznego i przetwórczego. WSiP, Warszawa

1996