Актуализации на студения климат
Компанията LU-VE проведе теоретични и експериментални изследвания на нов въздушен охладител за съхранение на пресни плодове и зеленчуци. Целта на проучванията е драстично да намали консумацията на енергия и да подобри качеството на съхранение на храната. Тази работа по планирането включва и класификация на сдвояването на въздушни охладители, стоките, които трябва да се съхраняват, и хладилната стая, предназначена за съхранение, в холистичен подход, за да се оптимизират енергийните характеристики на процеса.
Целта на този доклад е да обобщи информацията, получена експериментално по време на процеса на съхранение на продукта Melinda (ябълки Golden Delicious), за да се намери решение с традиционния въздушен охладител (оборудван с смукателни вентилатори - Снимка 1) и този с нов (с вентилатори за натискане) - Снимка 2) за сравнение от енергийна гледна точка и качеството на процедурата.
Анализът на получените резултати от теста е последван от теоретично изследване на разпределението на въздуха в студената стая в двата случая с помощта на Computational Fluid Dynamics (CFD) за доказване на изброените резултати.
Експерименталният анализ е извършен в сътрудничество между LU-VE, който доставя въздушните охладители и уточнява системата за измерване и събиране на данни, и консорциума COL, който не само осигурява охлаждащите клетки, но и възлага системата за измерване и събиране на данни. Численият анализ беше извършен в лабораториите за разработка и изследване на LU-VE. Политехниката в Милано наблюдава системата за измерване и анализа на CFD като част от десетгодишното си изследователско сътрудничество с LU-VE.
Експерименти се провеждат в студените помещения на консорциума COL
Фазата на сравнение беше извършена с помощта на два индустриални въздушни охладителя с еднакви размери на топлообменника 18T 8R 4800A/CuAl/36N (геометрия на ламелата 55x55 mm, тръба 12,7 mm), инсталирани в две еднакви хладилни помещения, пълни със същото количество стоки от същия тип по-долу същите работни условия (температура в студената стая = +1 ° C, относителна влажност = 85%, температура на входа и изхода на хладилния агент (етилен гликол обем 30%) = -5/-1 ° C).
В допълнение към измервателните уреди, които регулират хладилната система и климатизацията в хладилните складове, са инсталирани редица инструменти за измерване на скоростта на въздуха и диференциалното налягане на топлообменниците и везни за измерване на загубата на тегло на стоките. Всички измерени стойности бяха записани в реално време от системата за телеконтрол на целия консорциум.
По-нататък се възпроизвеждат данните, взети от доклада, изготвен от Ing.Livio Fadanelli, ръководител на Технологията за студено съхранение и обработка след прибиране на реколтата, FEM-IASMA (вижте таблиците вдясно). Подробностите за ежедневното пълнене, стартирането и програмираната вентилация по отношение на продължителността и стойностите са идентични и за двете охлаждащи клетки. Параметърът за контрол на влажността, от друга страна, беше регулиран според изискванията, като влажността на помещението в двете охлаждащи клетки остава между 93-95%. Условията за изпитване бяха подробно записани в съответния оперативен дневник.
Контроли и тестове
Протоколът предвижда следните серии от контроли:
Проверката на температурата в сърцевината на плодовете при пълнене на хладилника се извършва ежедневно
Оценка на загубата на тегло в реално време, използвайки софтуерна система, свързана с везни, оборудвани с товарни клетки, на които във всяка хладилна стая имаше по няколко кутии ябълки.
Анализ на качествените свойства на ябълките, подложени на изпитване в двете охлаждащи клетки в три моменти от време, в началото и в края на съхранението и след десет дни срок на годност
Оценка на качествените свойства с автоматизираната лаборатория Pimprenelle върху представителна проба от 15 плода: средно тегло на тестваните плодове (g), твърдост на пулпата (kg/cm 2), съдържание на захар (IR в ° Brix), обща киселинност на пробата (в g/l Ябълчена киселина), сочност (% сок от общото тегло), качествен индекс (Thiault),
Проверка на процентната загуба на тегло, записана въз основа на седем до осем кутии, съответстващи на най-малко 2800 kg бруто тегло, чрез двукратно претегляне (начало и край на теста),
Редовен контрол на консумацията на енергия и броя на работните часове на вентилаторите, разделен на двете функции на охлаждане и програмирана вентилация
Оценка на получените резултати, заключения и последици след края на експеримента
Първоначално охлаждане на преходната фаза
Резултатите, представени в таблиците на стр. 55/56/58, подчертават, че началната фаза на охлаждане е от голямо значение в сравнение с поддръжката, както по отношение на консумацията на енергия, така и въздействието върху крайното качество на стоките, въпреки че те са в едно много по-кратък период. В тази фаза репресивното решение се оказа много ефективно (спестявания от 34%).
За споменатия период са показани графики, обобщаващи сравнението между двете решения за въздушен охладител; по-специално ще подчертаем някои параметри, които са важни за периода на началната фаза на преход.
На първо място се посочва първоначалната стойност на загубите на налягане на топлообменниците, измерена чрез диференциалните измервателни уреди, монтирани на устройствата в периода от 29.9. до 2 октомври са записани.
Клетка 30 - 139 Pa (средно)
Клетка 31 - 135 Pa (средно)
Стойностите са много сходни: тъй като топлообменниците са геометрично идентични, се стига до заключението, че дебитът на въздушния поток в топлообменника и общият дебит на въздуха са по същество еднакви, което доказва последователността на сравнението. Независимо от това, потискащото решение изглежда произвежда малко по-добра и по-постоянна, ако не и много различна, тенденция на охлаждане на пробата ябълка, както е показано на фигура 1, която показва развитието на температурата в сърцевината на ябълката в стандартно положение.
Фигура 2 показва развитието на влажност за същия период; В този случай, въпреки по-малък брой интервенции в пресоващата клетка (-11%), стойността е същата като тази на смукателната клетка. Тази информация се отнася до точкова стойност, измерена близо до входната врата; всъщност по-добро разпределение и еднородност на входящата пара може да се види в пресоващата клетка в сравнение с смукателната клетка поради по-равномерната скорост на изхода на устройството. По-специално, не се образуват капчици върху стоките в пресоващата клетка в близост до захранващата зона за водната пара.
Фигура 3 показва развитието на температурата на студената стая в преходната фаза; В съответствие с предишния случай, двете криви са почти идентични; оптималната стойност за съхранение е достигната за около шест дни (0.9-1.4 ° C).
Фигура 4, която показва развитието на съдържанието на кислород във въздуха в студените помещения с течение на времето, е почти сходна и за двете студени помещения, като оптималната стойност се достига след около дванадесет дни.
Таблица 1 (стр. 57) показва температурните стойности, записани в 18 точки, разпределени в клетката в сърцевината на стоката след отваряне в края на съхранението. Трябва да се отбележи, че средната температура на ябълките в двете сравнени хладилни помещения е по същество идентична (1,37 срещу 1,42 ° C), както и стандартните отклонения.
Фигура 5 показва позициите на ябълките, в които е измерена температурата; първият чертеж показва плана на етажа на килията (напр. позиция А срещу входната врата), докато вторият показва позицията на номера на изследваната кутия.
В детайли може да се види, че при различни височини (1 °, 4 °, 7 °) температурата в двете студени помещения е ограничена в рамките на отклонение от 0,15 ° C, докато еднородността на температурата между предната и задната зона на хладилната стая в смученето изглежда малко по-добро. Всъщност тези малки колебания се дължат на нормалната несигурност на измерването (не на устройството, а на методологията).
Значително отклонение може да се види в средното положение на точка B (1,09 срещу 1,45 ° C) и точка D (1,25 срещу 1,40 ° C), което - както ще използваме по-долу на симулациите на CFD - може да се обясни с по-голяма циркулация на въздуха в смукателната клетка в страничната колона над основната платка.
Важно е да се отбележи, че температурната стойност в точка E е 1,15 ° C в новия случай срещу 1,45 ° C в традиционния: това със сигурност може да постави някои възможни съмнения относно способността на бутащото устройство да поддържа въздушния поток до Изхвърлете задната стена на студената стая, изчистете я.
В края на анализа са показани две графики 6 и 7, отнасящи се до двете изследвани хладилни помещения, тези от 440 в периода от 1.10. до 2.11. съответстващо на взетите извадки, показващи скоростта на въздуха, записана от осемте лопаткови анемометри. Тези сензори бяха поставени в следните точки:
1: Пролука на щайгата (позиция A4 ° - виж схема Фиг. 5)
2: Всмукателни странични вентилатори (стена на входната врата)
3: Отстрани "перваза" (на 3 м от устройствата)
4: Задна стена на клетката (симетрична на позиция 2 - всмукателни странични вентилатори).
В позиции 1 - 4 средно бяха измерени следните стойности на скоростта на въздуха:
Най-постоянните стойности са тези, свързани с позицията на задната стена на клетката, докато най-непостоянните и колебливи стойности са тези, отнасящи се до позицията "страничен борд".
На фигура 7, аналогично на това, което видяхме за смукателната охлаждаща клетка, е показано развитието на скоростта на въздуха в пресоващата клетка; Средните стойности за същия период са подробно описани по-долу:
Ако някой анализира средните стойности за този период, може да потвърди, че двете клетки имат едно и също поле за скорост, т.е. кутиите са засегнати от един и същ въздушен поток средно. Всъщност има зони в смукателната клетка, където градиентите на скоростта са значително по-високи, отколкото в пресоващата клетка, както ще видим в анализа на CFD.
CFD анализ - изследване на динамиката на течностите
Анализът на CFD, извършен в двете хладилни помещения, служи на първо място за определяне на положението на уредите за измерване на скоростта на въздуха и второ за записване на възможни аномалии в разпределението на въздуха и за предлагане на възможни бъдещи промени.
Симулацията беше проведена с оптимално използване на симетрията на тези клетки, така че, съвместима с наличната хардуерна система, да може да се използва подходящ брой елементи. Броят на смесените (триъгълни и шестоъгълни) елементи е приблизително 1 308 000, с по-висока плътност в района близо до въздушните охладители, където градиентите на налягането и скоростта са по-високи.
Студена стая с нов тип бутащ вентилатор
Първоначално бяха повдигнати някои съмнения относно потискащата конфигурация, относно възможна неадекватна вентилация на задната стена на клетката; CFD симулациите, от друга страна, винаги потвърждават аналогова скорост и за двете конфигурации. Изследването потвърждава тези хипотези, като скоростта на задната стена на клетката е почти идентична (0,45 m/s).
Фигура 8 показва векторния ход на скоростта на задната стена на клетката, където може да се забележи доста добра вентилация на всички прорези между кутиите една върху друга (описаният курс е параболичен с колебания на максимална скорост от около 23%). Разликата между скоростите на подаване на слотовете на кутиите е аналогична за двете конфигурации на машината.
Фигура 9 показва интересното векторно поле за скорост в близост до устройствата (в този конкретен случай натискащото). Въпреки инсталирането на преграда, която подобрява динамиката на изхвърляне на въздуха на устройството (топлообменник) към канала, образуван над кутиите, отдолу се вижда голям вихър, с циркулация на въздуха от страната на изтласкване към смукателната страна на вентилатора. Пропускателната способност на тиража се оценява на около 8%. Ако тази пропусквателна способност се елиминира с подходящи подвижни затварящи се капаци, скоростта на циркулация в каналите между кутиите ще се подобри, което ще доведе до по-висока ефективност на топлопредаването между въздуха и ябълките.
Фигура 10 показва разпределението на скоростта в цялата охлаждаща клетка. Анализът на тази фигура е интересен в сравнение с фигура 12, която показва същото поле на скорост за традиционната смукателна студена стая.
Първата основна разлика е забележимо по-равномерната скорост на изхвърлянето на въздуха в случай на бутащото устройство. Това води до по-малка вихрова зона от двете страни на устройствата, където по време на фазата на овлажняване има аномално влачене на капки и по-малко загуби на енергия (свързани с интензивността на вихъра).
Вихрова зона, която е еднаква за двете решения, е тази, която се образува на задната стена на клетките, когато въздухът потъва в канала и удря пода, създавайки градиенти на налягането. Тези вихри могат да бъдат елиминирани с помощта на прости преси за изправяне (гъвкави вертикални стени).
Студена стая с традиционна
смукателен вентилатор
На Фигура 10, аналогично на Фигура 9, е показано векторното поле на скоростта в близост до традиционното смукателно устройство. Бързият въздушен поток на изхода на вентилаторите (приблизително 9 m/s), също в този случай отклонен от около 30 ° наклонена клапа, води до силно турбулентна зона отдолу. Това явление причинява загуба на енергия и прогнозна производителност, направена директно от топлообменника от приблизително 11%.
На фигура 12, както е описано по-рано в случая на фигура 11, се подчертават въздушните течения в охлаждащата клетка, оцветени в зависимост от скоростта. Вече обсъдихме значителните вихри, които се образуват отстрани на устройствата и увеличените градиенти на скоростта във въздуховодния канал; остава да се разгледа елементът на циркулация на въздуха по стените (цокъл от 120 мм). Инструментите измерват скорост от около 1,3 m/s в смукателната клетка и 1,1 m/s в пресоващата клетка. CFD анализът показва, че скоростите на „връщане“ на въздуха (обратно към устройствата) са по-високи в района близо до пода на клетката. Точката на завой на вектора на скоростта е все по-близо до пода, колкото по-близо до задната стена на клетката. С други думи, въздушният поток, който се връща обратно към устройствата, е по-силен в областта на основната платка на клетката, колкото по-близо се доближавате до устройствата. Тази въздушна циркулация се изчислява на около 8% в смукателната клетка и 6% в пресоващата клетка: циркулацията на въздуха е значително намалена поради по-равномерния въздушен поток на пресоващия разтвор.
Тази циркулация на въздуха намалява общия поток, който би циркулирал около кутиите и по този начин намалява конвективния топлообмен; следователно това би трябвало да се елиминира чрез поставяне на подходящи гъвкави странични стени (които не могат да бъдат повредени по време на пълнене), разположени на две или повече точки от зоната, непосредствено съседна на въздушните охладители. Прикрепването на тези стени към задната стена на студената стая би било неефективно.
Заключения
След приключване на това дълго проучване и тестова дейност, можем да обобщим най-важните резултати, постигнати с новия тип потискащо решение и да посочим някои възможности за възможни подобрения на динамиката на течностите.
По-ниската консумация на енергия на пресоващия топлообменник е съвсем ясна (-19% годишно), с пик на спестяване в началната фаза на охлаждане (-34%); годишното спестяване на разходи е около 500 евро (с цена на електроенергия от 0,0713 евро/кВтч).
По отношение на загубата на тегло, разликата между двете клетки е значителна
Обща загуба на тегло (натискане на клетка) = 1,51% = 0,0077%/ден = 0,23%/месец
Обща загуба на тегло (смучеща клетка) = 1,79% = 0,0094%/ден = 0,28%/месец
Благодарение на новото решение загубата на тегло е намаляла с 16% и в абсолютно изражение, по-ниската загуба на тегло с пресования разтвор в края на периода на съхранение води до общо тегло на плодовете в охлаждащата клетка 30, което е със 17 двойни клетки по-високо.
Качественото влошаване на контролираните проби от ябълки е сходно и напълно нормално както в края на периода на съхранение, така и след срока на годност.
По-ниското изискване за часове на овлажняване в охлаждащата клетка с пресоващия топлообменник (-11%), което се дължи на по-равномерното разпределение на изходната скорост на въздушния охладител (от топлообменника вместо от дюзата на вентилатора), беше съвсем очевидно.
Що се отнася до охлаждащите интервенции, те се извършват по-рядко в клетка 31 и със средна продължителност 7,7 минути, в сравнение с 4,8 минути и по-често в (нова) клетка 30, което показва по-добър топлообмен и по-равномерна скорост.
От изследването на CFD могат да се подчертаят следните възможности за подобряване на динамиката на потока:
Избягвайте циркулацията на въздуха от изпускателния отвор на въздушния охладител към смукателната страна (разделяне на двете зони); Това правило е още по-важно, колкото по-голяма е главата, с която вентилаторът трябва да се справи.
Ограничете циркулацията на въздуха в зоната на страничните стени на хладилната стая (перваз); това може да стане чрез вмъкване на гъвкави странични стени.
Тези мерки могат да намалят скоростта на въздушния поток, циркулиращ в студената стая, т.е. H. увеличете сумата, която всъщност попада в кутиите с около 15-20%.