ELABORAREA INSTALAŢIEI FRIGORIFICE AUTOMATIZATE CU CONSUM REDUS DE ENERGIE ELECTRICĂ PENTRU RĂCIREA LAPTELUI

Anatolie Daicu, Elena SCRIPNIC, Augustin VOLCONOVICI, Ala CHIRSANOVA,
Onorin VOLCONOVICI, Victorin SLIPENCHI , Ina VOLCONOVICI

Abstract. The aim of the study has been to determine the optimum period and the efficiency of the use of the
automated installation with low energy consumption for milk cooling using natural cold. The use of the natural
cooling installation in the cold season and of the combined installation (refrigeration installation and natural
cooling installation) in the warm season was substantiated from the point of view of energy saving. The specific
consumption of electrical energy for milk cooling by using natural cold constitutes 0,3 kW h/t in the cold season
against 30-35 kW h/t when using typical refrigeration installations. From the analysis of temperatures registered in
the central zone of the Republic of Moldova, it was established that the natural cooling installation might be used
for milk cooling, including in the months of October and April, the duration of water cooling in the cold accumulator
constituting several hours (from 4 to 13 hours for t ≤ 40С).
Key words: Milk cooling; Natural cold; Refrigeration installation; Atmospheric temperature; Operating algorithms.

Rezumat. Scopul studiului este de a determina perioada optimă și eficiența utilizării instalației automatizate cu
consum redus de energie electrică pentru răcirea laptelui cu utilizarea frigului natural. S-a argumentat din punct de
vedere a economiei de energie electrică utilizarea instalației cu frig natural în perioada rece a anului și a instalației
combinate (instalația frigorifică și instalația cu frig natural) în perioada caldă a anului. Consumul specific de energie
electrică pentru răcirea laptelui cu aplicarea frigului natural constituie 0,3 kW h/t în perioada rece a anului, față
de 30-35 kW h/t la utilizarea instalațiilor frigorifice tipice. Din analiza temperaturilor înregistrate în zona centrală
a Republicii Moldova s-a constatat, că instalația cu frig natural ar putea fi utilizată pentru răcirea laptelui inclusiv
și în lunile octombrie şi aprilie, durata de răcire a apei în acumulatorul de frig constituind câteva ore (de la 4 până
la 13 ore pentru t ≤ 40С).
Cuvinte-cheie: Răcirea laptelui; Frig natural; Instalație frigorifică; Temperatura aerului atmosferic; Algoritmuri
de funcționare.

INTRODUCERE
Una dintre principalele sarcini în procesarea primară a laptelui la fermele de bovine este menținerea
calității ridicate a laptelui produs. Acest lucru este posibil inclusiv prin scăderea temperaturii laptelui cu
ajutorul sistemelor de răcire. Funcţionarea şi întreţinerea acestor instalaţii implică însă anumit consum
de energie electrică care, în consecință, afectează direct, într-o măsură mai mare sau mai mică, prețul
produsului final (Шилин, В.А., Герасимова, О.А., Лобачев, А.В. 2012). Astfel, creșterea eficienței
economice și economisirea energiei electrice utilizate de instalațiile frigorifice se impune drept unele
dintre obiectivele majore ale producției de lapte.
Îmbunătățirea calității laptelui în timp ce se reduce intensitatea și complexitatea energetică a procesului de
prelucrare este imposibilă fără o ajustare funcțională a sistemelor de răcire. În acest sens devine foarte importantă
dezvoltarea instalațiilor frigorifice care utilizează frig natural, precum și a tehnologiilor computerizate pentru
controlul proceselor de răcire și acumulare de frig în moduri optime, care să reducă consumul de energie electrică
al procesului și să înlocuiască maximal munca manuală (Лавров, В.А. 2006; Кушнир, М. 2015). Astfel, o
importanță și un rol deosebit în automatizarea instalației nominalizate îl au grafurile automate.
În industria frigorifică, pentru depozitarea alimentelor şi păstrarea laptelui, în scopul reducerii costurilor
de energie electrică, sunt utilizate pe scară largă acumulatoarele cu frig. Acestea se încarcă în
timpul funcționării instalațiilor la temperaturi scăzute și sunt destinate răcirii ulterioare a laptelui. Acumulatoarele
de acest tip pot fi utilizate şi în combinaţie cu o instalație frigorifică (Лесюк, Е.А. 1999).
Utilizarea acumulatoarelor cu frig este recomandată pentru instalațiile frigorifice care funcționează în
condiții de încărcare zilnică neuniformă la valori maxime. În prezent, în practica mondială, acumulatoarele
cu frig contribuie la reducerea cheltuielilor necesare pe care le implică obţinerea cantității necesare de frig, iar
acest lucru se datorează costului diferit al energiei electrice în timpul zilei și al nopții. Astfel, acumulatorul cu
frig se încarcă în timpul nopții, atunci când energia electrică este mai ieftină, și se utilizează în timpul zilei.
Metodele de economisire a energiei electrice și echipamentele utilizate conduc nemijlocit la modificarea
semnificativă a structurii liniilor tehnologice, a modului de funcționare și de control al acestora.
O problemă aparte o costituie controlul fluxurilor de lapte răcit de frigul artificial și natural, într-o gamă
largă de temperaturi exterioare.
Având în vedere extinderea gamei de utilaje și echipamente, precum și varietatea de scheme tehnologice,
ar fi de mare folos tipizarea și unificarea algoritmilor de control, a mijloacelor tehnice și a echipamentelor
electrice ale liniilor tehnologice (Учеваткин, А. 2008; Мусин, А., Марьяхин, Ф. et al. 2006).
Problema utilizării frigului natural pentru răcirea laptelui este foarte actuală și pentru Republica Moldova,
care importă peste 90% din resursele energetice. Instalațiile cu frig natural sunt ecologice (exclud
utilizarea freonului), au un consum redus de energie electrică (0,3 kWh/t) la acumularea frigului și nu
necesită încăperi frigorifice suplimentare, toate acestea contribuind la ameliorarea indicilor economici
(Daicu, A., Slipenchi, V. et al. 2019; Волконович, Л., Сырги, К. 2002). Totodată puterea electrică a
instalației frigorifice la utilizarea frigului natural și artificial se reduce de 1,6-1,7 ori.
Scopul studiului este de a determina eficienţa utilizării instalațiilor cu frig natural și artificial cu consum
redus de energie electrică pentru răcirea laptelui în Republica Moldova.

MATERIALE ŞI METODE
Studiul a fost efectuat în baza datelor experimentale obţinute la complexul didactico-experimental al
Universităţii Agrare de Stat din Moldova (UASM), unde a fost implementat sistemul combinat de răcire,
care include instalaţia frigorifică (cu frig artificial) şi instalaţia cu frig natural pentru răcirea laptelui.
În baza grafurilor automate şi a algebrei logice au fost elaboraţi algoritmii de funcţionare a instalaţiei
automatizate cu frig natural şi artificial pentru răcirea laptelui în flux.
Pentru stabilirea legităţii de distribuire a temperaturii aerului atmosferic F(t) şi aproximaţiei acesteia
au fost utilizate datele meteorologice pentru 24h în lunile octombrie 2019 şi aprilie 2020 înregistrate la
Centrul Meteorologic din mun. Chişinău şi la complexul didactico-experimental al UASM.

REZULTATE ŞI DISCUŢII
În perioada rece a anului, răcirea laptelui cu utilizarea frigului natural este mai avantajoasă din punct
de vedere al economiei de energie electrică (Fig. 1a)). Fără utilizarea instalaţiei frigorifice, răcirea apei
în acumulatorul cu apă A are loc doar la temperaturi joase ale aerului atmosferic (t ≤4 0С). În acest caz,
consumul specific de energie electrică pentru răcirea laptelui este de 0,3 kW/h, faţă de 30-35kW/h la
instalaţiile frigorifice tipice.
Utilizarea acumulatorului cu frig şi în perioada caldă a anului, când t >4 0С (Fig. 1b)), permite reducerea
puterii electrice a instalaţiei frigorifice de circa 1,6-1,7 ori
Totodată răcirea apei în acumulator în afara orelor de vârf ale consumului de energie, conform Agenţiei
Naţionale pentru Reglementare în Energetică a Republicii Moldova (ANRE), permite reducerea
plăţii pentru energia electrică cu 40% (Fig. 2)

Utilizarea în liniile de prelucrare primară a laptelui a acumulatoarelor cu frig în combinație cu instalaţiile
frigorifice permite diminuarea esenţială a costurilor pentru consumul de energie electrică la răcirea
laptelui. În acest scop, apa în acumulatorul cu frig al instalaţiei frigorifice se va răci în perioada cu
tarif minim al energiei electrice. Conform anexei la Hotărârea Agenţiei Naţionale pentru Reglementarea
Energiei nr. 43 din 11 septembrie 2001, consumatorii casnici care posedă utilajul de măsurare corespunzător,
plata pentru energia electrică folosită poate fi efectuată conform unor tarife diferenţiate în funcţie
de timpul consumării:
- între orele 10-17, 20-22, trimestrele I şi IV ale anului, şi orele 10-20, trimestrele II şi III ale anului
– cu coeficientul 1,0 din tariful stabilit;
- în orele de vârf 7-10, 17-20, trimestrele I şi IV ale anului, şi în orele de vârf 7-10, 20-22, trimestrele
II şi III ale anului – cu coeficientul 1,6 din tariful stabilit;
- în orele de noapte, pe tot parcursul anului, de la ora 22 până la ora 7 – cu coeficientul 0,6 din tariful stabilit.
Cu alte cuvinte, în cazul utilizării frigului acumulat cu utilizarea energiei elecrice între orele 22 şi
7, costul energiei electrice se reduce cu 40% (fig. 1.17). [http://www.anre.md/tarife-in-vigoare-3-204].

 

Schema funcţional-structurală a instalaţiei cu utilizarea frigului natural şi artificial este prezentată în
figura 3, care reflectă principiul şi metoda de funcţionare a sistemului în procesul de răcire a laptelui cu
aplicarea frigului natural (Volconovici, L., Crețu, V. et al. 2011a; Volconovici, L., Crețu, V. et al. 2011b;
Volconovici, A. 2009).
În conturul de circulare sunt instalate compresorul instalației frigorifice reîncărcabile (1), condensatorul (2,)
evaporatorul (3), supapa termostatică (4); în conturul de circulare a agentului frigorific – schimbătorul de căldură
(5), pompa agentului frigorific (6), acumulatorul cu frig natural şi artificial (7), senzorii de temperatură a agentului
frigorific (8), a mediului (9) şi a laptelui (10), blocul de pulverizare (11) şi blocul de comandă (12).
În continuare descriem pe scurt modul de funcţionare al instalaţiei. În perioada rece a anului, când
temperatura agentului frigorific este suficientă pentru răcirea laptelui, acumulatorul se conectează succesiv
în conturul de răcire (Fig. 3, Fig. 4 a)). Agentul frigorific din acumulatorul de frig (7) este direcţionat,
cu ajutorul pompei (6), în schimbătorul de căldură (5), unde răceşte laptele, iar apoi nimereşte din
nou în acumulator prin blocul de pulverizare (11). Dacă temperatura agentului frigorific în acumulator
creşte şi depăşeşte temperatura necesară pentru răcirea laptelui, la semnalul senzorului de temperatură
a agentului frigorific (8) se conectează compresorul instalației frigorifice reîncărcabile (1) și agentul
frigorific este direcționat în evaporatorul (3), răcind agentul frigorific până la temperatura necesară. În
regim de acumulare a frigului natural (la temperatura aerului atmosferic mai joasă de 40С), compresorul
instalației frigorifice reîncărcabile (1) nu funcţionează. Acumularea frigului natural are loc din contul
temperaturii joase a aerului atmosferic.

Evaporatorul instalaţiei frigorifice reîncărcabile (3) poate fi amplasat în afara acumulatorului, într-un
rezervor în flux special. În acest caz, agentul frigorific este direcţionat în acumulator deja în stare răcită.
În perioada caldă a anului şi în perioada de tranziţie are loc acumularea frigului natural. Acumulatorul
cu frig trebuie să fie izolat termic (Fig. 4(b)). Evaporatorul (3), plasat în acumulator, este unit cu
compresorul (1), care presează vaporii agentului frigorific, îi transmite în condensator (2), iar de acolo,
prin comutatorul termostatic (4), agentul frigorific în stare lichidă nimereşte în evaporator.

În perioada când temperatura aerului e mai mare de 4 0С, pentru răcirea laptelui se foloseşte acumulatorul
cu frig fără utilizarea instalaţiei frigorifice (compresorul 1).
Aceste temperaturi sunt fixate de traductoarele (8), (9) şi (10).
Parametrii de control sunt:
– temperatura apei în acumulatorul de frig;
– temperatura aerului atmosferic;
– temperatura laptelui răcit.
Pentru temperaturile aerului atmosferic mai joase de 20С nu este necesar de utilizat pulverizatorul.
Acesta se foloseşte doar la temperaturi cuprinse între 2 şi 40С. Trecerea apei prin blocul de pulverizare
(11) permite prelungirea duratei de utilizare a instalaţiei frigorifice cu frig natural de la 16 până la 59 de
zile pe an (tabelul 1).

Având în vedere temperaturile înregistrate în zona centrală a Republicii Moldova, instalaţia cu frig
natural ar putea fi utilizată pentru răcirea laptelui chiar şi în lunile octombrie şi aprilie (Fig. 5), durata de
răcire a apei constituind câteva ore (de la 4 până la 13 ore pentru t ≤ 40С).
Experimental s-a stabilit că valorile de facto ale temperaturii aerului atmosferic (înregistrate la complexul
didactico-experimental al UASM) sunt cu 1-2 0С mai mici decât cele înregistrate la Centrul
meteorologic al mun. Chişinău (Fig. 5).
În continuare sunt prezentate grafurile automate şi algoritmii de funcţionare a instalaţiei frigorifice
cu utilizarea frigului natural şi artificial (Fig. 6 şi 7).
Algoritmul de funcţionare a instalaţiei frigorifice elaborat în baza grafului automat prezentat în figura
6 poate fi redat astfel:


În baza algoritmilor de funcţionare a pompei de apă (6) şi a instalaţiei frigorifice (compresorul (1)) se
poate elabora schema electrică principală de dirijare a acumulatorului cu frig natural şi artificial.

Argumentarea algoritmilor de funcționare în procesul de răcire a laptelui a făcut posibilă fundamentarea
parametrilor sistemului de răcire şi stabilirea unei legături între principalii parametri ai echipamentelor
tehnice de prelucrare a laptelui şi temperatura aerului atmosferic. Aplicarea acestor cunoştinţe
favorizează minimizarea costurilor de energie şi utilizarea optimă a capacităţii de stocare a acumulatoarelor
cu frig natural şi artificial.

CONCLUZII
Instalaţia automatizată cu frig natural şi artificial a fost elaborată şi implementată la complexul didactico-
experimental al Universităţii Agrare de Stat din Moldova (UASM), cu selectarea parametrilor
de control la răcirea laptelui şi a apei în acumulator.
Au fost elaborate schema funcţional-structurală, grafurile automate şi algoritmii de funcţionare a receptorului-
acumulator cu frig natural şi artificial pentru răcirea laptelui cu consum redus de energie electrică.
Avantajele utilizării acumulatoarelor cu frig împreună cu instalațiile frigorifice sunt: reducerea consumului
de energie electrică; asigurarea unei fiabilităţi înalte a sistemelor de răcire, datorită rezervei
de frig acumulate în instalaţia cu frig natural; întreţinerea şi reparaţia mai uşoare; posibilitatea folosirii
tarifului nocturn pentru energia electrică, cu 40% mai ieftin; îmbunătăţirea situaţiei ecologice prin reducerea
volumului de freon şi de uleiuri freonice, deoarece în perioada rece a anului instalaţia cu frig
natural nu necesită utilizarea freonului în calitate de agent frigorific.
S-a stabilit că:
- consumul specific de energie electrică pentru răcirea laptelui la utilizarea instalaţiei propuse constituie
0,3 kW h/t în perioada rece a anului, faţă de 30-35 kW h/t la utilizarea instalaţiilor frigorifice tipice;
- utilizarea acumulatorului cu apă şi în perioada caldă a anului (pentru t >4 0С) pentru răcirea apei
de la instalaţia frigorifică permite reducerea puterii electrice a instalaţiei frigorifice de circa 1,6-1,7 ori;
- răcirea apei în acumulator în afara orelor de vârf ale consumului de energie electrică, conform
Agenţiei Naţionale pentru Reglementare în Energetică a Republicii Moldova (ANRE), permite reducerea
plăţii pentru consumul de energie electrică cu 40 %;
- pulverizarea apei în instalaţia cu frig natural permite prelungirea duratei de utilizare de la 16 până
la 59 de zile pe an pentru Centrul Republicii Moldova.

REFERINŢE BIBLIOGRAFICE
1. DAICU, A., SLIPENCHI, V., VOLCONOVICI, O., CHIRSANOVA, A., VOLCONOVICI, I., CUŞNIR,
N. (2019). Contribuţii la elaborarea mijloacelor tehnice de automatizare a proceselor de conservare a alimentelor
cu utilizarea frigului natural. In: Ştiinţa Agricolă, nr. 2, pp. 95-102. ISSN 1857-0003.
2. VOLCONOVICI, Liviu, CREŢU, Victor, VOLCONOVICI, A., ZVONKII, Vitalie, CUŞNIR , M. (2011a).
Mathematical model of the ecological system with electricity consumption for milk cooling in the Republic of
114 Ştiinţa agricolă, nr. 1 (2020)
Anatolie DAICU, Elena SCRIPNIC, Augustin VOLCONOVICI, Ala CHIRSANOVA, Onorin VOLCONOVICI, ... . Elaborarea instalaţiei frigorifice ... (107-114)
Moldova. In: Proceedings of the 8-th International Conference on electromechanical and power system (SIELMEN),
Chișinău, 14 octombrie 2011.
3. VOLCONOVICI, Liviu, CREŢU, Victor, VOLCONOVICI, A., ZVONKII, Vitalie, CUŞNIR , M. (2011b).
Experimental researches of the ecological system for cooling of milk with low energy consumption. In: Proceedings
of the 8-th International Conference on electromechanical and power system (SIELMEN), Chișinău,
14 octombrie 2011.
4. VOLCONOVICI, A. (2009). Utilizarea tehnicii pentru conservarea alimentelor utilizând frigul natural.
Chişinău : Editura Tehnica Info. 186 p. ISBN: 978-9975-63-278-2.
5. ВОЛКОНОВИЧ, Л., СЫРГИ, К. (2002). Энергосберегающие, экологические системы естественного
холода для хранения пищевых продуктов. Кишинев. 334 с. ISBN 9975-62-078-7.
6. КУШНИР, М. (2015). Выбор и обоснование оптимальных параметров и режимов работы,
автоматизированных энергосберегающих технологических систем охлаждения молока. In: Lucrări
ştiinţifice, UASM, vol. 45: Inginerie agrară şi transport auto, p. 437. ISBN 978-9975-64-276-7.
7. ЛАВРОВ, В. А. (2006). Электротехническая система охлаждения молока на фермах с использованием
природного холода: Автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. техн. Наук. Москва.
8. ЛЕСЮК, Е. А. (1999). Исследование процессов в аккумуляторах холода с теплопроводящей насадкой и
разработка расчетных методов их оптимизации : Дис. ... канд. техн. наук : 01.04.09 Москва.
9. МУСИН, А., МАРЬЯХИН, Ф., УЧЕВАТКИН, А. (2006). Структура системы электрооборудования
технологических линий обработки молока. В: НТБ ВИ¬ЭСХ, вып. 2(54), с. 3-11.
10. УЧЕВАТКИН, А. (2008). Минимизация и оптимизация алгоритмов управления холодильных установок
технологических линий для обработки молока. В: Проблемы электрификации, автоматизации и
теплоснабжения с.-х. производства: тез. докл. Всесюзн. научн. конф., 25-27 ноября 2008, с. 109-110.
11. ШИЛИН, В.А., ГЕРАСИМОВА, О.А., ЛОБАЧЕВ, А.В. (2012). Охлаждение молока на фермерских
хозяйствах с применением естественного холода. В: Научное обеспечение развития АПК в условиях
реформирования. Санкт-Петербург, с. 303-305.

INFORMAŢII DESPRE AUTORI
 

DAICU Anatolie* https://orcid.org/0000-0002-9968-8444 doctorand, Şcoala doctorală a Parteneriatului instituţiilor din învăţământ şi cercetare din agricultură,
Universitatea Agrară de Stat din Moldova E-mail: anatoldaicu@gmail.com
SCRIPNIC Elena https://orcid.org/0000-0002-6813-6102
doctor în ştiinţe agricole, conferențiar universitar, Facultatea Agronomie, Universitatea Agrară de
Stat din Moldova E-mail: e.scripnic@uasm.md
VOLCONOVICI Augustin https://orcid.org/0000-0002-0346-5423
doctorand, Şcoala doctorală a Parteneriatului instituţiilor din învăţământ şi cercetare din agricultură,
Universitatea Agrară de Stat din Moldova E-mail: augustin.volk@gmail.com
CHIRSANOVA Ala https://orcid.org/0000-0001-6541-5678
doctor în ştiinţe, Universitatea Agrară de Stat din Moldova E-mail: avki@mail.ru
VOLCONOVICI Onorin https://orcid.org/0000-0003-1623-2028
doctorand, Şcoala doctorală a Parteneriatului instituţiilor din învăţământ şi cercetare din agricultură,
Universitatea Agrară de Stat din Moldova E-mail: onorin.volconovici@gmail.com
SLIPENCHI Victorin https://orcid.org/0000-0003-2253-5324
doctorand, Şcoala doctorală a Parteneriatului instituţiilor din învăţământ şi cercetare din agricultură,
Universitatea Agrară de Stat din Moldova , E-mail: slipenchivictorin@mail.ru
VOLCONOVICI Ina https://orcid.org/0000-0002-4907-7944
doctorand, Şcoala doctorală a Parteneriatului instituţiilor din învăţământ şi cercetare din agricultură,
Universitatea Agrară de Stat din Moldova , E-mail: globa.ina95@gmail.com
*Corresponding author: anatoldaicu@gmail.com

Data prezentării articolului: 30.03.2020
Data acceptării articolului: 05.05.2020