Materiale pentru echipamente din industria alimentară

INTRODUCERE

Știința interdisciplinară care studiază și proiectează materialele poartă numele de materiologie, prin materiale înțelegându-se acele materii prime sau semifabricate care sunt destinate obținerii de bunuri materiale.

Industriile alimentare fac parte din categoria industriilor de process, respective sunt bazate pe procese tehnologice, în urma cărora materiile prime naturale, artificiale sau sintetice sunt transformate în produse finite comercializabile sau în semifabricate utilizate drept materii prime în alte ramuri prelucrătoare. Un proces tehnologic, oricât de complex, poate fi descompus într-o succesiune de procese distincte, în care materialele intrate suferă o serie de modificări. Funcție de natura modificărilor suferite, procesele componente ale unui proces tehnologic pot fi clasificate în procese de natură mecanică, fizică, chimică, biochimică. Este important de știut că nu se poate face o delimitare netă între procesele biochimice și cele pur chimice, clasificarea reactoare- bioreactoare fiind oarecum artificială [Ga, 01].

Utilajele din industria alimentară şi alimentaţie publică sunt maşini de lucru utilizate pentru efectuarea unor operaţiuni diversificate în cadrul procesului de producţie. Pentru siguranța alimentelor o mare importanță o are și materialor din care este realizat utilajul, mai ales componentele care intră în contact cu alimentrul, deoarece substanțele chimice nesigure nu trebuie să migreze din material în aliment.

Materialele pot fi caracterizate prin structură (modul de alcătuire din particule, organizarea internă a acestora) și prin proprietăți. La temperaturi și presiuni obișnuite cele mai multe materiale se regăsesc în stare solidă, aceasta fiind o stare condensată a materiei. Starea condensată este caracterizată prin interacțiuni atomice suficient de puternice pentru a conferi materialului un volum definit.

Materialele folosite în construcţia şi exploatarea utilajelor tehnologice sunt în general materiale metalice şi nemetalice. Pe lângă acestea, în exploatarea utilajelor se mai folosesc combustibilii şi lubrifianţii [Ro, 14].

În industria alimentară un criteriu important este comportarea materialelor în contact cu medii agresive din punct de vedere chimic, cum ar fi în industria alimentară și chimică. În alegerea materialelor din industria laptelui trebuie să se țină cont de condițiile de lucru cum ar fi: temperatură, pH, timp etc.

Materialele din industria alimentară trebuie să prezinte o stabilitate chimică deosebită (rezistență mare la oxidare și coroziune pentru a nu modifica caracteristicile alimentelor, băuturilor etc.).

Instalațiile din industria laptelui se execută în mod curent din table, țevi trase sau laminate, toate lustruite, din oțeluri inoxidabile austenitice aliate cu Cr-Ni, Cr-Ni-Mo stabilizate sau nu cu titan sau niobiu. Pentru instalațiile de producție sau transport al produselor alimentare, când produsele vin în contact un timp limitat cu instalațiile, se pot folosi și oțelri inoxidabile feritice aliate cu Al-Cr, Ti-Mo-Cr, Mo-Cr sau aliate numai cu crom. Când contactul dinre produsul alimentar este îndelungat (stocare, producție etc.), se vor folosi numai oțeluri inoxidabile austenitice cu molibden și titan care au stabilitate chimică superioară [Po, 97].

ISTORIC

Oțelurile inoxidabile au fost inventate de Krupp Stahl în 1912 și Richard J. Choulet în 1997. Oțelurile inoxidabile sunt aliaje de fier în care se adaugă mici cantități de carbon în compoziție. Pe lângă asta, oțelul inoxidabil conține în jur de 10,5% crom care formează un strat oxidant subțire, transparent și durabil , protector care contribuie la caracteristica sa, rezistența la coroziune. Rezistența la coroziune a oțelului și stabilitatea stratului pasivat crește odată cu creșterea cromului din aliaj. Acest strat protector de oxid se vindecă singur, indiferent de cât de multă suprafață este îndepărtată. Oțelul este și el rezistent la coroziune [22].

În contrast cu cazurile oțelurilor din carbon sau dintr-un aliaj subțire sunt protejate de coroziune prin straturile metalice precum cele din zinc sau din cadmiu sau prin straturile organice precum cele de vopsea (Technical Handbook of Stainless Steels, 2008). Rezistența la coroziune a oțelurilor depinde de asemenea de variabile metalurgice și de procesare. Deși oțelul inoxidabil ar putea fi mai scump decât alte metale cu caracteristici similare mecanice, este folosit mai des deoarece este cunoscut faptul că îmbunătățește rezistența la coroziune. Prezența cromului (16-28%) și nichelului (3,5-32%) și un a conținutului mic de carbon (de obicei mai mic de 0,1%) asigură o structură stabilă austenică pe toată gama de temperatură (de la temperatura de solidificare la cea a camerei). (W. Ozgowicz & A. Kurc, 2009)[22].

Un metalurg englez la începutul anului 1913 care lucra la un proiect pentru a îmbunătăți butoaiele de pușcă a descoperit accidental că dacă adaugi chrom în oțel cu un nivel mic de carbon, acesta este mai rezistent. Prima aplicație a acestor oțeluri inoxidabile a fost în fabricarea tacâmurilor în care înainte se folosea oțel cu carbon și care a fost înlocuit cu oțeluri inoxidabile noi . Printre aliajele oțel – bază investigate se află aliajele fier-chrom-nickel cu un conținut ridicat în chrom. S-a descoperit că specimenele de aliaje cu mai mult de 20% Cr nu rugineau în laborator timp de mult timp. S-a conclus așadar că este necesară o cantitate de cel puțin 20% chrom pentru ca materialul să fie rezistent la oxidare sau scalare. Acesta a fost punctul de începere a dezvoltării oțelelor rezistente la căldură aplicabile în industriile alimentare, chimice, a lactatelor, a băuturilor, a procesării bio și cea farmaceutică [25].