Aktualizácia chladného podnebia
Spoločnosť LU-VE uskutočnila teoretické a experimentálne štúdie týkajúce sa nového vzduchového chladiča na skladovanie čerstvého ovocia a zeleniny. Cieľom štúdií bolo drasticky znížiť spotrebu energie a zlepšiť kvalitu skladovania potravín. Táto plánovacia práca zahŕňala aj klasifikáciu spárovania chladičov vzduchu, skladovaného tovaru a chladnej miestnosti určenej na skladovanie v holistickom prístupe s cieľom optimalizovať energetickú hospodárnosť procesu.
Cieľom tejto správy je zhrnúť informácie získané experimentálne počas procesu skladovania produktu Melinda (jablká Golden Delicious) s cieľom nájsť riešenie s tradičným chladičom vzduchu (vybaveným sacími ventilátormi - fotografia 1) a s novým (s tlačnými ventilátormi). - Foto 2) na porovnanie z energetického hľadiska a z kvality postupu.
Po analýze získaných výsledkov testu nasleduje teoretická štúdia distribúcie vzduchu v chladnej miestnosti v dvoch prípadoch s použitím výpočtovej dynamiky tekutín (CFD) na preukázanie uvedených výsledkov.
Experimentálna analýza sa uskutočnila v spolupráci medzi spoločnosťou LU-VE, ktorá dodávala vzduchové chladiče a špecifikovala systém merania a zberu údajov, a konzorciom COL, ktoré nielen poskytovalo chladiace články, ale tiež uviedlo do prevádzky systém merania a zberu údajov. Numerická analýza bola vykonaná vo vývojových a výskumných laboratóriách LU-VE. Polytechnika v Miláne monitorovala systém merania a analýzu CFD v rámci svojej desaťročnej výskumnej spolupráce s LU-VE.
Pokusy sa uskutočňujú v chladných miestnostiach konzorcia COL
Fáza porovnávania sa uskutočňovala pomocou dvoch priemyselných vzduchových chladičov s rovnakými rozmermi výmenníka tepla 18T 8R 4800A/CuAl/36N (lamelová geometria 55x55 mm, trubica 12,7 mm), inštalovaných v dvoch rovnakých chladiarňach naplnených rovnakým množstvom tovaru rovnakého typu. rovnaké prevádzkové podmienky (chladná teplota miestnosti = +1 ° C, relatívna vlhkosť vzduchu = 85%, teplota na vstupe a výstupe chladiva (objem etylénglykolu 30%) = -5/-1 ° C).
Okrem meracích prístrojov, ktoré regulujú chladiaci systém a klimatizáciu v chladiarenských skladoch, bolo nainštalovaných niekoľko prístrojov na meranie rýchlosti vzduchu a rozdielového tlaku výmenníkov tepla a váh na meranie úbytku hmotnosti tovaru. Všetky namerané hodnoty boli zaznamenané v reálnom čase telekontrolným systémom celého konzorcia.
Ďalej sú uvedené údaje prevzaté zo správy, ktorú vypracoval Ing. Livio Fadanelli, vedúci technológie pre chladenie a ošetrenie po zbere CTT, FEM-IASMA (pozri tabuľky vpravo). Podrobnosti o dennom plnení, spustení a programovanom vetraní z hľadiska doby trvania a hodnôt boli pre oba chladiace články rovnaké. Na druhej strane bol parameter regulácie vlhkosti regulovaný podľa potreby, pričom vlhkosť v miestnosti v obidvoch chladiacich článkoch zostávala medzi 93 - 95%. Podmienky testu boli podrobne zaznamenané do zodpovedajúceho prevádzkového denníka.
Kontroly a testy
Protokol poskytuje nasledujúcu sériu kontrol:
Kontrola teploty v jadre ovocia pri plnení chladničky sa vykonáva každý deň
Vyhodnotenie úbytku hmotnosti v reálnom čase pomocou softvérového systému pripojeného k váham vybaveným silomermi, na ktorých bolo v každej chladnej miestnosti niekoľko krabičiek s jablkami.
Analýza kvalitatívnych vlastností jabĺk podrobených testu v oboch chladiacich komorách v troch časových bodoch, na začiatku a na konci skladovania a po desiatich dňoch trvanlivosti.
Vyhodnotenie kvalitatívnych vlastností pomocou automatizovaného laboratória Pimprenelle na reprezentatívnej vzorke 15 plodov: priemerná hmotnosť testovaných plodov (g), pevnosť dužiny (kg/cm 2), obsah cukru (IR v ° Brix), celková kyslosť vzorky (v g/l) Kyselina jablčná), šťavnatosť (% šťavy z celkovej hmotnosti), index kvality (Thiault),
Kontrola percentuálneho úbytku hmotnosti zaznamenaná pomocou siedmich až ôsmich škatúľ zodpovedajúcich najmenej 2 800 kg brutto hmotnosti dvojnásobným vážením (začiatok a koniec testu),
Pravidelná kontrola spotreby energie a počtu prevádzkových hodín ventilátorov, rozdelená na dve funkcie chladenia a programovaného vetrania
Vyhodnotenie získaných výsledkov, závery a dôsledky po ukončení experimentu
Počiatočné ochladenie prechodovej fázy
Výsledky uvedené v tabuľkách na s. 55/56/58 zdôrazňujú, že počiatočná fáza chladenia má v porovnaní s údržbou veľký význam, a to z hľadiska spotreby energie aj dopadu na konečnú kvalitu tovaru, aj keď sú v jednom. oveľa kratšie obdobie. V tejto fáze sa represívne riešenie ukázalo ako veľmi efektívne (úspora 34%).
Za uvedené obdobie sú zobrazené grafy sumarizujúce porovnanie medzi dvoma riešeniami chladiča vzduchu; zdôrazníme najmä niektoré parametre, ktoré sú dôležité pre obdobie počiatočnej prechodnej fázy.
Najskôr indikuje počiatočnú hodnotu tlakových poklesov vo výmenníkoch tepla určených diferenciálnymi meračmi inštalovanými na zariadeniach v období od 29.9. do 2. októbra boli zaznamenané.
Bunka 30 - 139 Pa (stredná hodnota)
Bunka 31 - 135 Pa (priemer)
Hodnoty sú veľmi podobné: pretože výmenníky tepla sú geometricky identické, dospelo sa k záveru, že prietok vzduchu vo výmenníku tepla a celkový prietok vzduchu sú v podstate rovnaké, čo dokazuje konzistenciu porovnania. Zdá sa však, že represívne riešenie produkuje o niečo lepší a stálejší, ak nie veľmi odlišný trend ochladzovania vzorky jablka, ako je znázornené na obrázku 1, ktorý ukazuje vývoj teploty v jadre jablka v štandardnej polohe.
Obrázok 2 zobrazuje vývoj vlhkosti za rovnaké obdobie; v takom prípade je napriek menšiemu počtu zásahov do lisovacej bunky (-11%) hodnota rovnaká ako v sacej bunke. Táto informácia sa týka bodovej hodnoty nameranej v blízkosti vstupných dverí; v skutočnosti bolo možné pozorovať lepšiu distribúciu a rovnomernosť privádzanej pary v lisovacej komore v porovnaní s sacou komôrkou vďaka rovnomernejšej rýchlosti na výstupe zo zariadenia. Konkrétne sa na výrobkoch v lisovacej komore v blízkosti napájacej zóny pre vodnú paru nevytvárali žiadne kvapôčky.
Obrázok 3 zobrazuje vývoj teploty chladiarenského skladu v prechodnej fáze; V súlade s predchádzajúcim prípadom sú dve krivky takmer identické; optimálna hodnota skladovania bola dosiahnutá asi za šesť dní (0,9 - 1,4 ° C).
Obrázok 4, ktorý ukazuje vývoj obsahu kyslíka vo vzduchu v chladiacich bunkách v priebehu času, je takmer podobný pre obe chladiace miestnosti, pričom optimálna hodnota sa dosiahne asi po dvanástich dňoch.
Tabuľka 1 (s. 57) ukazuje hodnoty teploty zaznamenané v 18 bodoch distribuovaných v komore v jadre tovaru po otvorení na konci skladovania. Je potrebné poznamenať, že priemerná teplota jabĺk v dvoch porovnávaných chladiacich miestnostiach je v podstate rovnaká (1,37 vs. 1,42 ° C), rovnako ako štandardné odchýlky.
Obrázok 5 zobrazuje polohy jabĺk, v ktorých sa merala teplota; prvý výkres zobrazuje pôdorys bunky (napr. poloha A oproti vstupným dverám), zatiaľ čo druhý zobrazuje pozíciu čísla skúmaného boxu.
Podrobne vidno, že pri rôznych výškach (1 °, 4 °, 7 °) je teplota v dvoch chladných miestnostiach obmedzená s odchýlkou 0,15 ° C, zatiaľ čo rovnomernosť teploty medzi prednou a zadnou časťou chladnej miestnosti v sanie sa zdá byť o niečo lepšie. Tieto malé výkyvy sú v skutočnosti spôsobené normálnou neistotou merania (nie zariadenia, ale metodiky).
Značnú odchýlku vidíme v strednej polohe bodu B (1,09 vs. 1,45 ° C) a bodu D (1,25 vs. 1,40 ° C), ktoré - ako použijeme v nasledujúcom simulácií CFD - možno vysvetliť väčšou cirkuláciou vzduchu v sacej komore v bočnom stĺpci nad základnou doskou.
Je dôležité poznamenať, že hodnota teploty v bode E je v novom prípade 1,15 ° C oproti tradičnému v porovnaní s 1,45 ° C: to určite môže vyvolať určité pochybnosti o schopnosti tlačného zariadenia udržiavať vzduch prúdiaci až k Vysuňte zadnú stenu chladnej miestnosti, vyčistite ju.
Na konci analýzy sú zobrazené dva grafy 6 a 7 týkajúce sa dvoch skúmaných chladných miestností, grafy od 440 v období od 1. októbra. do 2.11. čo zodpovedá vykonaným meraniam vzorky, ktoré ukazujú rýchlosť vzduchu zaznamenanú ôsmimi lopatkovými anemometrami. Tieto snímače boli umiestnené v nasledujúcich bodoch:
1: Medzera prepravky (poloha A4 ° - pozri schému Obr. 5)
2: Bočné ventilátory nasávania (stena na vstupných dverách)
3: Na bočnej „soklovej lište“ (3 m od prístrojov)
4: Zadná stena bunky (symetrická s polohou 2 - ventilátory na sacej strane).
V pozíciách 1 - 4 sa v priemere merali nasledujúce hodnoty rýchlosti vzduchu:
Najkonštantnejšie hodnoty sú hodnoty týkajúce sa polohy na zadnej stene bunky, zatiaľ čo tie najprchavejšie a kolísavé sú hodnoty týkajúce sa polohy „bočnej soklovej lišty“.
Na obrázku 7 je analogický s tým, čo sme videli v prípade sacieho chladiaceho článku, vývoj rýchlosti vzduchu v lisovacej komore; Nižšie sú uvedené priemerné hodnoty za rovnaké obdobie:
Ak niekto analyzuje stredné hodnoty tohto obdobia, dá sa potvrdiť, že tieto dva články majú rovnaké rýchlostné pole, t. J. Do boxov v priemere zasahuje rovnaké prúdenie vzduchu. V skutočnosti existujú oblasti v sacej bunke, kde sú rýchlostné gradienty výrazne vyššie ako v lisovacej bunke, ako uvidíme v analýze CFD.
Analýza CFD - štúdia dynamiky tekutín
Analýza CFD vykonaná na dvoch chladiarňach slúžila jednak na zistenie polohy prístrojov na meranie rýchlosti vzduchu, jednak na zaznamenanie možných anomálií v distribúcii vzduchu a na návrh možných budúcich zmien.
Simulácia sa uskutočňovala s optimálnym využitím symetrie týchto buniek tak, aby bolo možné použiť vhodný počet prvkov kompatibilných s dostupným hardvérovým systémom. Počet zmiešaných (trojuholníkových a šesťuholníkových) prvkov bol približne 1 308 000, s vyššou hustotou v oblasti blízko vzduchových chladičov, kde sú vyššie gradienty tlaku a rýchlosti.
Chladná miestnosť s novým typom tlačného ventilátora
Spočiatku sa vyskytli určité pochybnosti o represívnej konfigurácii, pokiaľ ide o možnú slabú ventiláciu na zadnej stene bunky; simulácie CFD na druhej strane vždy potvrdili analógovú rýchlosť pre obe konfigurácie. Štúdia potvrdila tieto hypotézy, pričom rýchlosť na zadnej stene bunky bola takmer rovnaká (0,45 m/s).
Obrázok 8 zobrazuje vektorový priebeh rýchlosti na zadnej stene bunky, kde je možné pozorovať pomerne dobré vetranie všetkých štrbín medzi krabicami nad sebou (popísaný priebeh je parabolický s maximálnym kolísaním rýchlosti okolo 23%). Zmeny medzi rýchlosťami posuvu slotov krabičiek sú analogické pre obe konfigurácie zariadenia.
Obrázok 9 zobrazuje zaujímavé vektorové rýchlostné pole v blízkosti zariadení (v tomto konkrétnom prípade toho stlačovacieho). Napriek inštalácii usmerňovača, ktorý zlepšuje dynamiku prúdenia vzduchu (ejektora) prúdenia vzduchu do potrubia vytvoreného nad krabicami, dole je badať veľký vír s cirkuláciou vzduchu od strany výstupu k sacej strane ventilátora. Výkonnosť obehu sa odhaduje na približne 8%. Ak by bol tento výkon eliminovaný vhodnými pohyblivými uzatváracími klapkami, zlepšila by sa rýchlosť cirkulácie v kanáloch medzi krabicami, čo by malo za následok vyššiu účinnosť prenosu tepla medzi vzduchom a jablkami.
Obrázok 10 zobrazuje rozdelenie rýchlosti v celom chladiacom článku. Analýza tohto obrázku je zaujímavá v porovnaní s obrázkom 12, ktorý ukazuje rovnaké rýchlostné pole pre tradičnú saciu studenú miestnosť.
Prvým zásadným rozdielom je zreteľne rovnomernejšia rýchlosť vypudzovania vzduchu v prípade tlačného zariadenia. To vedie k menšej vírivej zóne po stranách prístrojov, kde počas fázy zvlhčovania dochádza k anomálnemu ťahaniu kvapiek a menšej strate energie (súvisí s intenzitou víru).
Vírová zóna, ktorá je rovnaká pre tieto dve riešenia, je tá, ktorá sa tvorí na zadnej stene buniek, keď vzduch klesá do potrubia a dopadá na podlahu, čím vytvára tlakové gradienty. Tieto víry je možné eliminovať použitím jednoduchých usmerňovačov toku (flexibilné zvislé steny).
Chladná miestnosť s tradičnými
sací ventilátor
Na obrázku 10, analogicky k obrázku 9, je zobrazené pole vektorovej rýchlosti v blízkosti tradičného sacieho zariadenia. Rýchle prúdenie vzduchu na výstupe z ventilátorov (asi 9 m/s), tiež v tomto prípade odvrátené približne 30 ° sklonenou klapkou, vedie dole k vysoko turbulentnej zóne. Tento jav spôsobuje stratu energie a odhadovaný prietok čerpaný priamo z výmenníka tepla približne 11%.
Na obrázku 12, ako už bolo opísané v prípade obrázku 11, sú zvýraznené prúdy vzduchu v chladiacom článku, ktoré sú sfarbené v závislosti od rýchlosti. Už sme diskutovali o významných víroch, ktoré sa tvoria na stranách zariadení, a o zvýšených rýchlostných gradientoch vo vzduchovom výpustnom potrubí; zostáva potrebné zvážiť prvok cirkulácie vzduchu na stenách (soklová lišta 120 mm). Prístroje namerali rýchlosť okolo 1,3 m/s v sacej cele a 1,1 m/s v lisovacej cele. Analýza CFD ukázala, že rýchlosti „návratu“ vzduchu (späť k zariadeniam) sú vyššie v oblasti blízko podlahy bunky. Bod obratu vektora rýchlosti je čoraz bližšie k podlahe, tým bližšie sa dostanete k zadnej stene bunky. Inými slovami, prúdenie vzduchu, ktoré prúdi späť do zariadení, je v oblasti základnej dosky bunky silnejšie, čím bližšie sa k zariadeniam dostanete. Táto cirkulácia vzduchu sa odhaduje na asi 8% v sacej komore a 6% v lisovacej komore: cirkulácia vzduchu je znateľne znížená vďaka rovnomernejšiemu prúdeniu vzduchu v lisovacom roztoku.
Táto cirkulácia vzduchu znižuje celkový prietok, ktorý by cirkuloval okolo boxov, a tak znižuje konvekčný prenos tepla; v dôsledku toho by to muselo byť vylúčené vložením vhodných flexibilných bočných stien (ktoré sa pri plnení nemôžu poškodiť) umiestnených v dvoch alebo viacerých bodoch z oblasti priamo susediacej so vzduchovými chladičmi. Pripevnenie týchto stien k zadnej stene chladnej miestnosti by bolo neúčinné.
Závery
Po dokončení tejto dlhej študijnej a testovacej činnosti môžeme zhrnúť najdôležitejšie výsledky dosiahnuté s novým typom represívneho riešenia a naznačiť niektoré možnosti možného zlepšenia dynamiky tekutín.
Nižšia spotreba energie lisovacieho výmenníka tepla je celkom jasná (-19% ročne), s vrcholom úspor v počiatočnej fáze chladenia (-34%); ročná úspora nákladov je okolo 500 EUR (s cenou elektriny 0,0713 EUR/kWh).
Z hľadiska chudnutia je rozdiel medzi týmito dvoma bunkami značný
Celkový úbytok hmotnosti (lisovacia bunka) = 1,51% = 0,0077%/deň = 0,23%/mesiac
Celkový úbytok hmotnosti (sacia bunka) = 1,79% = 0,0094%/deň = 0,28%/mesiac
Vďaka novému riešeniu sa úbytok hmotnosti znížil o 16% a v absolútnych číslach viedol nižší úbytok hmotnosti pri lisovacom roztoku na konci doby skladovania k celkovej hmotnosti ovocia v chladiacej komore 30, ktorá bola o 17 dvojitých buniek vyššia.
Kvalitatívne zhoršenie kontrolovaných vzoriek jabĺk je podobné a úplne normálne na konci doby skladovania a po dobe použiteľnosti.
Nižšia požiadavka na zvlhčovacie hodiny/rok v chladiacej komore s lisovacím výmenníkom tepla (-11%), ktorá je spôsobená rovnomernejším rozložením výstupnej rýchlosti na vzduchovom chladiči (z výmenníka tepla namiesto trysky ventilátora), bola celkom zrejmá.
Pokiaľ ide o chladiace zásahy, tieto sa uskutočňovali menej často v článku 31 a priemerne 7,7 minúty, oproti 4,8 minútam a častejšie v (novom) článku 30, čo naznačuje lepší prenos tepla a stabilnejšiu rýchlosť.
Zo štúdie CFD možno zdôrazniť nasledujúce možnosti zlepšenia dynamiky toku:
Zabráňte cirkulácii vzduchu od výstupu vzduchu z chladiča vzduchu k sacej strane (oddelenie dvoch oblastí); Toto pravidlo je o to dôležitejšie, o to väčšia je hlava, s ktorou sa musí ventilátor vyrovnať.
Obmedzte cirkuláciu vzduchu v oblasti na bočných stenách chladnej miestnosti (soklová lišta); to je možné vykonať vložením flexibilných bočných stien.
Tieto opatrenia by mohli znížiť rýchlosť prúdenia vzduchu cirkulujúceho v chladnej miestnosti, t.j. H. zvýšiť čiastku, ktorá skutočne padne do škatúľ, asi o 15-20%.