А.И. Завражнов, З.Н. Хайрутдинов
Мичуринский государственный аграрный университет, г. Мичуринск, Россия
В начале нового тысячелетия в учебных заведениях России остро стоит вопрос о современном лабораторном оборудовании, используемом в учебном процессе. Обновление лабораторного холодильного оборудования возможно с применением компьютерной техники и совмещенных с ней высокоточных электронных приборов измерения, контроля, обработки, хранения и передачи информации (параметров холодильной установки, снимаемых с помощью датчиков непосредственно в камере хранения пищевой продукции). Особенно это важно для учебных заведений, специализирующихся на обучении студентов практическим навыкам работы с холодильной техникой и оборудованием без выезда на производство. Применение малогабаритных холодильных установок, управляемых компьютерами, позволяет эффективно проводить лабораторные и практические занятия со студентами по специальным дисциплинам, заниматься научными исследованиями. Возможна также модернизация лабораторного холодильного оборудования и камер хранения еще советского производства.
В результате исследований в области хранения плодов, овощей и ягод, проводимых аспирантами, соискателями и студентами на кафедре механизации производства и переработки сельскохозяйственной продукции, была создана экспериментальная холодильная установка для хранения плодов, овощей и ягод. Данная установка находится в помещении специальной лаборатории. Она состоит из модуля: камеры хранения (грузовая вместимость камеры - до 1т; объем воздуха - 5,45 мі; габаритные размеры камеры 2050Ч1860Ч1600 мм), вмонтированной в нее холодильной машины марки УТА-2-18.00.00.000 РЭ (изготовитель – ОАО «Мичуринский завод «Прогресс»», Тамбовская область, г. Мичуринск; холодопроизводительность-2000 Вт; диапазон температур, поддерживаемых в грузовом объеме камеры- -18є-+3єС; хладагент-фреон-22; компрессор - поршневой) и лабораторно-исследовательского стенда для измерения основных показателей холодильного процесса.
Для проведения исследований использовались приборы и датчики, разработанные отечественными производителями: ООО «МИКРОФОР», РПК «ОВЕН», «АКТАКОМ» г. Москва, а также компьютер и программное обеспечение LAB 2007. Исследования проводятся по трем основным показателям холодильного процесса: температура, влажность и скорость воздуха в грузовом объеме камеры хранения и штабеле с продукцией. Управление работой холодильной системы осуществляется при помощи компьютера в целях обеспечения энергосбережения и безопасности в процессе охлаждения и хранения плодов и ягод, улучшения качества продукции после холодильной обработки продукции, а также в получении, накоплении, обработке и хранении информации со всех приборов в целях дальнейших научных исследований.
Все контрольно-измерительные приборы объединены в блоки и вмонтированы в вертикальный фанерный стенд мониторами наружу. Один комплект датчиков АРС-0105-ТМ (8 шт.) установлен на основных агрегатах и узлах холодильной установки УТА-2. Второй комплект датчиков ИВТМ-7 (8 шт.) установлен внутри грузового объема камеры хранения и распределен в штабеле продукции (в различных точках) и на определенных уровнях внутреннего объема воздуха камеры. Датчики ИВТМ-7 подключены к прибору ИВТМ-7 (8-канальный модуль-измеритель влажности и температуры), который выводит показания датчиков на дисплей в режиме реального времени. Датчики АРС-0105-ТМ подключены через блок совмещения тер-морегулирующей установки УТА-2 и блок совмещения с компьютером к 4-канальному USB коммутатору АРС-1104 и термометру многоканальному-USB-модулю АМЕ-1204 с передачей информации по интерфейсу USB 1.1 в компьютер. Они отвечают за поддержание температур-но-влажностного режима в камере хранения.
Для измерения скорости воздуха в камере хранения используется многоканальный термоэлектроанемометр ЭА-5М. Для измерения уровня фреона в системе установлен сигнализатор уровня жидкости САУ-М 7.Е-Н. Для бесперебойной работы линии передачи данных на компьютер установлены приборы АС-2-адаптеры сети (основной и запасной). Дублирующими и поддерживающими приборами, установленными на стенде, являются УКТ-38-011(07)-8-канальные универсальные приборы контроля за изменениями температуры воздуха, совместимые с прибором АС-2, и термогигрометр ИВА-6Б. Они отвечают также и за поддержание тем-пературно-влажностного режима в помещении лаборатории. Кроме того, внутри холодильной камеры напротив блока вентиляторов испарителя размещена на стойках модель камеры предварительного охлаждения сельскохозяйственной продукции, в объеме которой установлены перемещаемые датчики, подключенные к контроллеру Eliwell ID 974 LX, регулирующему тем-пературно-влажностный режим в камере предварительного охлаждения и передающему информацию на компьютер. Для измерения скорости воздуха в объеме модели используются анемометры: крыльчатой модели АСО-3 (0,2…5 м/с) и чашечной модели МС-13 (1…20 м/с). Погрешность измерений составляла: для анемометра АСО-3: ?? = (0,06? +0,1) м/с, МС-13: ?? = (0,06? +0,3) м/с. Блок электропитания состоит из двух устройств ЩИТ: ВА 77-29-2 (220В, 50 Гц) и ВА 77-29-3 (380В, 50Гц). Разводка проводов от этих устройств произведена к холодильной установке (380В), к компьютеру и приборам (220В). Для измерения показаний электрического тока используются вольтметр переменного тока 0-250В, 50Гц и амперметр переменного тока 0-20А, 50 Гц. В системе защиты и блокировки используется устройство УЗОТЭ-2У для защитного отключения трехфазного электродвигателя холодильной установки УТА-2. Регулирование подачей и скоростью воздуха, поступающего в камеру хранения от холодильной машины осуществляется при помощи шиберного устройства, расположенного непосредственно на блоке вентиляторов. Система вентиляции выполнена в виде жестяного раструба, прикрепленного к охлаждающему устройству конденсатора терморегулирующей установки; жестяного воздуховода квадратного сечения (150Ч150 мм) длиной 10м; вытяжного шкафа, смонтированного на улице. Вытяжной шкаф оборудован всасывающим вентилятором, который включается автоматически и удаляет излишки теплого воздуха из холодильной установки и помещения лаборатории. Управление всеми системами установки осуществляется при помощи компьютера в режиме реального времени. Обработка поступающей информации осуществляется программой LabVIEW 8.20.
В процессе исследований изменялись следующие параметры: время работы установки t, температура T0 и расход G0 охлаждающей среды на подаче в охлаждаемый объем. Производились прямые и косвенные измерения режимных параметров среды в кузове и в штабеле с грузом – скорости ?, температуры Т и относительной влажности RH. Фиксировалась также температура наружного воздуха Тн.
Объектом экспериментальных исследований явилась технология охлаждения ягод воздушным способом.
Особенностью изучения способа улучшения качества хранения ягод путем введения операции продувки с помощью вентиляторов охлажденного воздуха через слой ягод является то, что сами вентиляторы могут располагаться как напротив штабеля с продукцией, что приводит к равномерному распределению всего воздушного потока через слой ягод, так и непосредственно в промежутках между штабелями с продукцией (рекомендуемая ширина промежутков 30-50 см). При этом малогабаритные всасывающие вентиляторы создают вихревые воздушные потоки внутри штабелей с продукцией. Воздух проходит через весь слой ягод, устраняя «застойные» зоны. Особенностью данной операции является также то, что все промежутки между штабелями с продукцией по периметру закрываются тонкой пленкой ПВХ, оставляя только отверстия для вентиляции воздуха. Подобный способ быстрого охлаждения продукции разработан в Университете штата Флорида (США) и используется в разных странах для предварительного охлаждения ягод.
Предлагаемый способ комбинированного охлаждения продукции путем введения операции продувки холодного воздуха через весь слой ягод показал лучшие результаты, что в конечном итоге привело к сокращению времени на охлаждение ягод и увеличению сроков хранения продукции на 15-20%. В результате проведенных опытов срок хранения земляники садовой составил 10 суток (рекомендуемый-7 суток), смородины черной-20 суток, смородины красной-30 суток (рекомендумый-14 суток). При этом пищевая ценность ягод была высокой.
Изготовление подобных холодильных установок экономически выгодно, требует минимальных финансовых затрат, и они успешно могут использоваться в специализированных учебных заведениях для проведения лабораторных и практических занятий, научных исследований.
Источник - ВЕСТНИК МичГАУ, № 1, Печатная версия