ENERGOCHŁONNO KUTROWANIA SUROWCÓW MISNYCH

Transkrypt

1 Technica Agraria 1(2) 22, ENERGOCHŁONNO KUTROWANIA SUROWCÓW MISNYCH Katarzyna Tkacz Streszczenie. W pracy przedstawiono wyniki bada energochłonnoci elektrycznej procesów rozdrabniania w kutrze misa wołowego i wieprzowego, przeznaczonego do produkcji wdlin. Zbadano wpływ rodzaju surowca oraz stopnia wypełnienia misy kutra farszem na jednostkowe wskaniki energochłonnoci kutrowania misa. Stwierdzono, e energochłonno zaley od stopnia wypełnienia misy i jest najwysza w przypadku wołowiny klasy III. Słowa kluczowe: energochłonno, zuycie energii elektrycznej, wskaniki energochłonnoci, rozdrabnianie misa, kutrowanie WSTP Przebieg procesów technologicznych w przemyle spoywczym powinien by cile zwizany z optymalnym zuyciem energii [Górzyski 1998, Jennings 1998, Lewicki 1996, Langer i Mulert 1999]. Przemysł misny i procesy przetwórcze w nim wykorzystywane maj istotny udział w zuyciu energii w postaci energii elektrycznej, ulegajcej przemianie do: energii mechanicznej potrzebnej do rozdrabniania, mieszania, transportu; energii cieplnej potrzebnej do podgrzewania, sterylizacji, pasteryzowania, parzenia, wdzenia; energii cieplnej w postaci chłodu do chłodzenia, ozibiania, zamraania; energii spronego powietrza do transportu pneumatycznego, pakowania, sterowania układów automatycznych [Budny 1993]. W niniejszej pracy przeanalizowano jeden z procesów rozdrabniania misa kutrowanie, do którego wykorzystywana jest energia mechaniczna. Kutrowania dokonuje si w kutrze urzdzeniu umoliwiajcym przeprowadzenie nastpujcych operacji: rozdrabnianie, mieszanie, uwadnianie oraz emulgowanie tłuszczów. Praca kutra opiera si na połczeniu dwóch prostopadłych ruchów: poziomego misy i pionowego noy. Ruch noy słuy do rozdrabniania, nawadniania i emulgowania surowca, a ruch misy do mieszania i podawania surowca pod noe. Element tncy działa na zasadzie klina. Krzywizna noa sprawia, e proces wbijania klina przebiega płynnie i powoduje cicie surowca. Charakterystycznym dla procesu cicia w pracy kutra

2 74 K. Tkacz jest przemieszczanie si surowca i elementu tncego, przy którym ruch zachodzi jednoczenie, poprzecznie i równolegle do ostrza. Istotny wpływ na jako farszu i wdlin ma kształt geometryczny krawdzi tncej noa kutra. W kutrach przemysłowych spotyka si noe o bardzo zrónicowanych kształtach krawdzi tncych. Z dotychczas wykonywanych bada kształtu geometrycznego krawdzi cicia noy kutra wynika, e istnieje dua rozbieno zda i pogldów dotyczcych zalecanego dla praktyki kształtu noy [Dolata 1988, 1989b, 1992]. Precyzujc noe ze wzgldu na zuycie energii elektrycznej, stwierdzono, e minimalne jej zuycie osiga si przy kcie cicia noa = 5 6 i wówczas równa si ono,7-,8 wartoci uzyskanej przy kcie =. Przy dalszym zwikszaniu kta cicia jednostkowe zuycie energii wzrasta i przy kcie cicia = 7 osiga warto równ 1,2 1,25 wartoci osiganej przy =, a przy kcie cicia = 9 warto jego zbli- a si do nieskoczonoci [Dolata 1988, 1998a]. Dobry efekt techniczny uzyskuje si przy stosowaniu noy o krawdzi tncej w kształcie linii łamanej. W porównaniu z noami sierpowymi skutkuje to mniejszym przyrostem temperatury w czasie kutrowania oraz mniejszym wyciekiem w czasie obróbki cieplnej wdlin. Mona wysun zatem ogólny wniosek, e o jakoci cicia oraz oporach cicia i tarcia w czasie kutrowania decyduj głównie: kształt noa, kt cicia, powierzchnia tarcia noa o farsz oraz długo krawdzi tncej [Dolata 1992, 1998a, b]. Jednym z istotnych czynników technicznych wpływajcych na jako farszów oraz zuycie energii elektrycznej w czasie kutrowania jest liczba noy montowana na wale noowym kutra. Zaley ona od moliwoci konstrukcyjnych wału noowego. Im wiksza rednica misy, tym wicej noy mona montowa na wale noowym. Warunkiem dobrej pracy noa jest to, aby jego linia cicia pokrywała si z promieniem misy kutra lub była jak najbliej promienia. Dlatego przy stosowaniu wikszej liczby noy wane jest, aby zachowa najmniejsz odległo od noa umieszczonego wzdłu promienia. Jeeli nastpuje przemieszczenie noa od promienia, wówczas nó musi by odpowiednio krótszy, co powoduje zwikszenie jego odległoci od powierzchni wewntrznej misy, a to pogarsza warunki cicia [Dolata 1988, 1992, 1998a] Na du uwag zasługuje technika kutrowania cigłego w kutrach przelotowych, które z surowca wstpnie rozdrobnionego na małe czstki, np. 5 8 mm, s w stanie wytworzy drobno rozdrobniony farsz podczas jego przejcia przez kuter lub homogenizowa farsz ju wykutrowany. Kutry takie s urzdzeniami wysokowydajnymi. Ich moliwoci przerobowe wynosz nawet do 2 t h -1. Produkcja masy kiełbasianej lub farszu znajduje si w centrum zainteresowania działalnoci racjonalizatorskiej. Stopie racjonalizacji powinien przy tym wynika z wydajnoci urzdze, nakładów inwestycyjnych i amortyzacji oraz powinien stanowi optimum ekonomiczne. Przykładowo szeroko tamy urzdzenia załadowczego do kutra powinna wynika z pojemnoci misy kutra w zakładach rzemielniczych i małych przedsibiorstwach oraz z koncepcji zakładu o duej wydajnoci. Naley j powiza z rodzajem stosowanego materiału i technik maszynow. Automatyczny przebieg procesu wymaga podziału na szare, których wielko zaley od masy misa moliwej do wymieszania i dozowania za pomoc wag. W systemie tym wykorzystywane jest Acta Sci. Pol.

3 Energochłonno rozdrabniania surowców misnych 75 sterowanie wagowe przygotowanych szar za pomoc wag do misa i przypraw wraz z towarzyszcym temu załadowaniem kutra [Weinberg 1998]. Postp technologiczny sprawił, e poprzez szereg kolejnych posuni moemy dokładnie zbada, przeanalizowa i zoptymalizowa zuycie energii w czasie procesów jednostkowych, by w przyszłoci stworzy model energetyczny opisujcy cały proces produkcji. Bardzo istotne prace w kierunku badania i optymalizowania zuycia energii w przemyle misnym wykonali badacze z Nowozelandzkiego Instytutu Bada nad Misem [Lovatt i Kemp 1995]. Zbadali oni energochłonno 65 zakładów przetwórstwa misa w Nowej Zelandii, a nastpnie stworzyli oprogramowanie do obliczania energochłonnoci pracy zakładów. Na przykład zuycie energii elektrycznej opisali równaniami: zuycie energii elektrycznej: 6,57 +,337 miso +,439 miso 2, TJ (r 2 =,782, s = 12,7 TJ), gdzie miso podane jest w tysicach ton; zuycie energii = -, ,91 EFW +,189 EFW 2, TJ (r 2 =,734, s = 14 TJ), gdzie masa wyprodukowanego misa przedstawiona jest przez EFW (ekwiwalent masy zamroonego misa) podany w tysicach ton [Lovatt i Kemp 1995]. Celem pracy było wyznaczenie energochłonnoci procesu rozdrabniania misa w kutrze. Cel pracy realizowano poprzez pomiary wielkoci elektrycznych podczas kutrowania misa oraz ich analiz w dwóch aspektach: rodzaj surowca a energochłonno procesu kutrowania, stopie wypełnienia misy farszem a energochłonno procesu kutrowania. METODY Badania przeprowadzono w skali laboratoryjnej, wykorzystujc przystawk do misa typu MKM 7 współpracujc z kutrem typu MMU-1z. Do dowiadczenia zostało uyte miso nastpujcych klas: miso wołowe kl. I, II i III oraz miso wieprzowe kl. II, pochodzce z krajowego ywca rzenego. Rozdrabnianiu w kutrze misowym poddano surowiec wstpnie rozdrobniony w wilku przez siatk o rednicy oczek 4 mm, stosujc stopnie wypełnienia misy kutra farszem 2, 4, 8% w odniesieniu do całkowitej objtoci misy, która wynosiła 5 litrów. W trakcie rozdrabniania misa wołowego i wieprzowego, w sposób cigły rejestrowano moc czynn pobieran przez kuter oraz zuycie energii elektrycznej. Do tego celu wykorzystano analizator mocy typu 25 wyprodukowany przez Heme Limited, posiadajcy wiadectwo Głównego Urzdu Miar RP T 54. WYNIKI Wpływ rodzaju surowca na energochłonno procesu rozdrabniania. Analizujc zaleno energochłonnoci procesu od rodzaju surowca, stwierdzono, e przy kadym badanym załadunku misy kutra, najwicej energii elektrycznej wymagało rozdrobnienie misa wołowego kl. III, nastpnie misa wieprzowego kl. II, misa wołowego kl. II, a najmniej energochłonny był proces kutrowania misa wołowego kl. I (rys. 4). Przy- Technica Agraria 1(2) 22

4 76 K. Tkacz kładowe zmiany mocy czynnej przy 4% stopniu wypełnienia misy kutra przedstawiono na rysunku 1. moc czynna - electric power, kw,9,8,7,6,5,4,3,2,1 wł III wł I wł II wp II czas - time, s Rys. 1. Zmiany mocy czynnej podczas kutrowania surowca misnego Fig. 1. Changes of active power during cuttering of the raw meat 5 4 Wh kg wołowina kl. III wieprzowina kl. II wołowina kl. II wołowina kl. I raw beef class III pork meet raw beef class II raw beef class I Rys. 2. Jednostkowe wskaniki energochłonnoci rozdrabniania misa przy 4% stopniu wypełnienia misy kutra farszem Fig. 2. Specific indicators of energy inputs on disintegration of meat at 4% loading of the cutter pan Acta Sci. Pol.

5 Energochłonno rozdrabniania surowców misnych 77 Zaleno ta została potwierdzona po wyznaczeniu jednostkowych wskaników energochłonnoci (rys. 2). Najwiksze nakłady energii elektrycznej na rozdrobnienie 1 kg surowca, bo a 44 Wh kg -1 przy 8% stopniu wypełnienia oraz 112 Wh kg -1 przy stopniu wypełnienia 2%, poniesiono podczas kutrowania misa wołowego kl. III. Najmniejszym jednostkowym wskanikiem zuycia energii elektrycznej charakteryzował si proces rozdrabniania misa wołowego kl. I. Wskanik ten wyniósł 14 Wh kg -1 przy stopniu wypełnienia 2%, a 8 Wh kg -1 przy 8% stopniu wypełnienia (rys. 4). Zaobserwowano, e wartoci wskaników energochłonnoci były duo wiksze przy rozdrabnianiu wołowiny kl. III i wieprzowiny kl. II w porównaniu z wołowin kl. I i II (rys. 4). Wpływ stopnia wypełnienia misy kutra farszem na energochłonno procesu kutrowania. Na rysunku 3 przedstawiono zmiany mocy czynnej podczas kutrowania misa wołowego klasy I przy wszystkich badanych stopniach wypełnienia misy kutra. Po przeanalizowaniu badanych procesów stwierdzono istotny wpływ stopnia wypełnienia misy kutra na energochłonno procesu rozdrabniania.,8 moc czynna - electric power, kw,7,6,5,4,3,2,1 8% 4% 2% czas - time, s Rys. 3. Zmiany poboru mocy czynnej w procesie kutrowania misa wołowego klasy I przy rónym stopniu wypełnienia misy kutra Fig. 3. Changes in active power consumption in cuttering process of the 1st class beef at different loads of the cutter pan Bez wzgldu na rodzaj badanego misa, najmniejsze jednostkowe wskaniki zuycia energii elektrycznej zanotowano przy 8% wypełnienia misy kutra natomiast najwiksze przy wypełnieniu 2%. Rónice w energochłonnoci s szczególnie widoczne przy rozdrabnianiu wołowiny kl. III: 112 Wh kg -1 2% i 44 Wh kg -1 8% oraz wieprzowiny kl. II: 64 Wh kg -1 2% i 36 Wh kg -1 8% (rys. 4). Mona z tego wnioskowa, e energochłonno procesu przy 8% wypełnieniu misy kutra jest najmniejsza i moe wpływa na obnienie kosztów wytwarzania gotowego produktu. Technica Agraria 1(2) 22

6 78 K. Tkacz Energochłonno rozdrabniania wołowiny kl. I i II jest mniejsza ni pozostałych mis a rónice midzy 2 a 8% stopniem wypełnienia misy kutra farszem nie s tak wyrane (rys. 4). jednostkowe zuycie energii elektrycznej specific consumption of electric energy, Wh kg % 2% 4% 6% 8% 1% stopie wypełnienia misy kutra farszem load cutter degree wołowina kl.i wołowina kl.ii wołowina kl.iii wieprzowina kl.ii Rys. 4. Wpływ stopnia wypełnienia misy kutra na jednostkow energochłonno rozdrabniania misa Fig. 4. Effect of cutter pan loading on specific energy consumption at cuttering the meat Energochłonno prowadzonych procesów rozdrabniania jest cile zwizana z budow strukturaln surowców misnych. Najwiksze nakłady energetyczne zanotowano podczas rozdrabniania wołowiny kl. III, surowca o duej zawartoci tkanki łcznej, która wpływała na zwikszenie nacisku na elementy robocze urzdzenia rozdrabniajcego. Powodowało to najwysze wartoci zuycia energii elektrycznej. Znaczn energochłonnoci charakteryzowało si rozdrabnianie wieprzowiny kl. II, co mona tłumaczy du zawartoci tłuszczu w tym misie. Wpłynło to na kształtowanie właciwo- ci reologicznych farszu pozwalajcych na swobodne przemieszczanie si surowca w rónych układach tnco-tłoczcych i odpowiednio wysoki pobór mocy. Najmniej energochłonny był proces rozdrabniania wołowiny klasy I niecignistej, która posiadała delikatn i mało zwart struktur niepowodujc duego obcienia dla urzdzenia. WNIOSKI Na podstawie uzyskanych wyników bada stwierdzono, e: 1. Najbardziej energochłonny wród badanych klas mis jest proces kutrowania misa wołowego kl. III, nastpnie misa wieprzowego kl. II, misa wołowego kl. II, a najmniej energii elektrycznej potrzeba na kutrowanie misa wołowego kl. I. 2. Energochłonno procesu rozdrabniania cile zaley od stopnia wypełnienia misy kutra farszem. Przy wikszym stopniu wypełnienia energochłonno procesu kutrowania, wyraona jednostkowym wskanikiem zuycia energii elektrycznej zmniejsza si wyranie podczas rozdrabnianiu wołowiny kl. III i wieprzowiny kl. II. Acta Sci. Pol.

7 Energochłonno rozdrabniania surowców misnych 79 PIMIENNICTWO Budny J., Podstawowe zagadnienia racjonalizacji gospodarki energi w przemyle spoywczym. Gosp. Paliw. i Energ. 12, 7 12, 15. Dolata W., Effect of knife cutting edge shape on electric energy consumption during meat comminution in a mechanical cutter. Acta Alim. Polonica. 14 (37), Dolata W., Wpływ niektórych parametrów technicznych kutra na kształtowanie jakoci farszów i wdlin oraz energochłonnoci kutrowania. Rocz. AR w Poznaniu, Rozpr. Nauk Dolata W., 1998a. Bewertung der technologischen Arbeitseffektivität von Kuttermessern. Fleischwirtschaft 78 (9), Dolata W., 1998b. Ocena efektywnoci pracy noa kutra o rónych krawdzi tncej. Miso i Wdl. 6, Górzyski J., Jak oszczdniej gospodarowa energi. Ekopr. 7/8, Jennings B., Energy Management. Food Proc. 3, Langer M., Mulert T., Hochstlastoptimierung senkt Kosten. Fleischwirtschaft 5, Lewicki P., Moliwoci racjonalizacji zuycia energii w przemyle spoywczym. Gosp. Paliw. Energ. 7, Lovatt S. V., Kemp R. M., Survey of Utility Use the New Zealand Meat Industry for the 1993/94 Season. Meat Ind. Res. Inst. N. Z. Publ Weinberg H., Mehr Innovation und Information in der Fleischwirtschaft 78 (1), ENERGY CONSUMPTION AT CUTTERING OF MEAT RAW PRODUCTS Abstract. Paper presented investigation results concerning electric energy consumption in the process of cuttering raw beef and pork meat provided to manufacturing of cured meat products. The specific energy consumption during meat disintegration in mechanical cutter were discussed as affected by the kind of raw meat and loading capacity of the cutter pan. It was stated that the energy consumption depends significant on the loading of the cutter pan and is highest in case of cuttering of the III rd class raw beef. Key words: meat disintegration, cuttering, energy consumption, energy-input indices Katarzyna Tkacz, Katedra Podstaw Techniki i Gospodarki Energi, Uniwersytet Warmisko- -Mazurski w Olsztynie, plac Cieszyski 1/3, Olsztyn, ktkacz@uwm.edu.pl Technica Agraria 1(2) 22