В соответствии с действующими правилами, после разработки новых проектных решений, направленных на внедрение новых более эффективных технологий хранения, выполняется строительство экспериментального образца или его модели для проверки результатов разработки в промышленных условиях.
Эти исследования новых технологий проводятся, как правило, на протяжении трех лет с различными видами продукции, и только после подтверждения их более высокой эффективности и надежности результаты разработки вносятся в типовые проектные решения и рекомендации по проектированию.
Необходимо знать, что каждой технологии соответствуют определенные правила технологического регламента, которые полагается жестко соблюдать и нарушение которых может привести к значительным потерям продукции. В числе основных причин нарушения правил технологического регламента можно назвать следующие:
- незнание обслуживающим персоналом всех требований технологического регламента, например, правил размещения грузов в камере согласно данному проектному решению;
- внесение необоснованных изменений в первоначальные проектные решения холодильника;
- предельный износ холодильного оборудования и строительно-изоляционных конструкций;
- несоответствие требований к хранению данного груза правилам технологического регламента используемой технологии.
При хранении тропических плодов на современных холодильниках картонные или деревянные упаковки с плодами укладываются на стоечных паллетах в 4-7 рядов в высоту. Затем паллеты устанавливаются одна на другую, образуя штабель. Штабели компонуются на площади пола камеры в соответствии с проектным решением так, чтобы оставались проходы для контроля состояния плодов, проезды для проведения погрузочно-разгрузочных работ и, что самое главное, чтобы между паллетами и отдельными упаковками оставались просветы, обеспечивающие циркуляцию воздуха во всем грузовом пространстве соответственно данной системе воздухораспределения.
Вид упаковок, характер укладки упаковок на поддонах и самих поддонов в штабеле, планировка размещения штабелей на грузовой площади камер и их габариты, тип системы воздухораспределения и условия обслуживания охлаждающей системы являются определяющими факторами в решении проблемы гарантированного сохранения качества продукции.
Изменение любого из указанных факторов, например, вида упаковок, способа их укладки на паллетах, компоновки и размещения штабелей, отклонение параметров технологического регламента по каким-либо причинам может привести к изменению условий тепло — и массопереноса в грузовом пространстве и непредвиденным изменениям качества продукции.
Поэтому изучение условий теплообмена в грузовом пространстве при изменении различных перечисленных определяющих факторов является важной задачей. Детальное рассмотрение механизма переноса теплоты между отдельными элементами тепловой цепи в холодильной камере для хранения свежего растительного сырья показало, что штабель воспринимает от окружающей среды теплоту только в виде результирующего лучистого теплового потока, идущего от ограждений.
В результате дыхания, протекающего в продукции внутри штабеля, в его объеме выделяется теплота и влага. В установившемся режиме все выделяющееся тепло и влага путем конвекции, теплопроводности и диффузии покидают пределы штабеля, пересекая ограничивающие штабель поверхности под воздействием разности температур и разности парциальных давлений. От поверхностей штабеля теплота и влага отводятся путем конвективного тепломассопереноса и диффузии.
Анализ показывает, что в процессе длительного хранения растительного сырья в холодильной камере тепло подводится к штабелю лучистым путем от ограждений и отводится от штабеля в форме конвективного теплообмена и диффузионного переноса. При этом отводимый тепловой поток больше подведенного на величину внутренних тепловыделений, обусловленных «дыханием» продукции.
Если величина подведенного лучистого теплового потока зависит от массивности ограждений, степени черноты и формы взаимнооблучаемых поверхностей и может быть в определенных пределах изменена, то теплота «дыхания» является параметром технологического регламента и ее величина, рекомендованная на основе специальных экспериментальных исследований, изменению не подлежит.
Изменение плотности дыхания недопустимо ни по соображениям энергосбережения, ни по каким-либо другим, так как увеличение по сравнению с регламентным уровнем приводит к преждевременному созреванию сырья, а уменьшение — к потере иммунитета против заболеваний. В результате и в том и в другом случае сокращаются сроки хранения и возрастают потери.
Поэтому знание характера распределения температуры в объеме штабеля в зависимости от конструктивных особенностей строительной конструкции, охлаждающей системы, способа штабелирования и упаковки и применения параметров окружающей среды является важной задачей.
Экспериментальная проверка решения Мефферта показала, что отклонение результатов эксперимента от расчетных данных достигает 50%. Однако в эксперименте для заполнения грузового пространства использовались лампочки накаливания, не учитывался лучистый перенос в объеме, и не моделировалось испарение влаги.
Учитывая, что температурные градиенты в грузовых объемах камер относительно невелики, приведенные выражения для температурных распределений могут достаточно близко соответствовать результатам натурных измерений, а решения при граничных условиях III рода могут быть использованы для анализа механизма нарушений температурного регламента.
В то же время все представленные выражения не дают полного представления о процессах, протекающих в грузовом объеме с учетом всех технологических особенностей — упаковки, способа укладки и т. д. Указанные обстоятельства вызывают необходимость более детального анализа используемых технологий с целью создания надежных условий для их внедрения в наших рыночных условиях.
В соответствии с рекомендациями МИХ для транспортировки и хранения бананов рекомендуется использовать картонные коробки размерами 0,56×0,4×0,25 м с отверстиями для инфильтрации воздуха, которые должны определенным образом укладываться на поддонах (паллетах) в камерах дозревания и хранения. Номинальная вместимость нетто коробок — 19 кг.
В процессе исследований проведенных в ОГАХ были рассмотрены различные способы укладки коробок на поддонах размерами 1×1,2 м и 0,9×1 м, рекомендуемые фирмой Dole Fresh Fruit Company, и выполнен анализ соотношений основных определяющих параметров.
В результате было установлено, что в зависимости от используемого способа укладки, площадь открытой, омываемой воздухом поверхности ЛР коробок на поддоне может составлять 24-68% от общей площади стенок и днищ всех коробок. При этом доля открытой поверхности днищ изменяется от 0,07 до 0,34%, а боковых стенок — от 100 до 40%.
Проведенные измерения показали, что масса плодов во всех коробках паллеты, отнесенная к открытой поверхности при укладке 4 пакетов в одном ряду, колеблется от 30 до 35 кг/м2, при укладке пяти пакетов возрастает до 44,5 кг/м2 , при шести пакетах достигает 84,3 кг/м2. Было установлено, что при упаковке плодов Cavendish высшего сорта отношение площади поверхности плодов GAf на поддоне к площади открытой поверхности Ар упаковки в зависимости от способа укладки может составлять от 3 до 8,4 м2/м2.
В связи с тем, что общая величина поверхности плодов в упаковке в значительной мере определяет условия отвода теплоты дыхания, было сделано предположение, что возрастание отношения GAf/Ap создает условия для возрастания температурного напора. Для оценки справедливости этого предположения была рассмотрена модель теплообмена в единичной упаковке.
Метод тепловых замещений является распространенным подходом, при котором совокупность взаимосвязанных тепловых процессов представляется представляется единой тепловой цепью. С целью упрощения анализа схемы были сделаны некоторые допущения, не искажающие реальных условий теплообмена. В связи с тем, что теплота gΔp, эквивалентная энергии, затраченной на потери напора при вентилировании упаковки, выделяется во всем объеме упаковки одновременно, принимаем допущение, что источником этой теплоты, также как и теплоты дыхания, является насыпь плодов. Такое допущение близко к истине, так как потери напора возникают в результате трения воздуха о поверхность плодов при преодолении местных сопротивлений скважистой массы. Поэтому при заданном расходе воздуха теплота, эквивалентная потерям напора, также как и теплота дыхания, зависит от температуры, геометрических и видовых характеристик плодов.
При рассмотрении условий отвода тепла от поверхности упаковки было сделано допущение о параллельном отводе от поверхности лучистым и конвективным путем потоков теплоты, параллельно подведенных к внутренней поверхности конвективным и лучистым тепловыми потоками, что также не нарушает физической картины теплообмена. В результате для представленной эквивалентной тепловой схемы было получено выражение
Очевидно, что при постоянном значении теплового потока температурный напор уменьшается по мере увеличения доли открытой поверхности упаковки. Поскольку источниками теплоты в упаковке являются теплота дыхания и теплота эквивалентная энергии, затраченной на потери напора, выражение для теплового сопротивления упаковки может быть представлено и в другой форме:
Совместное решение уравнений (24-30), включающих конструктивные параметры упаковки, видовые и сортовые характеристики плодов, позволяет найти оптимальные параметры технологического регламента на любом этапе созревания бананов.
Для проведения оптимизации составлена программа Sapientum, которая проходит экспериментальную проверку. Предложенный метод позволяет перейти к оценке технологической изотропности технологий хранения не только тропических плодов, но и традиционной отечественной плодоовощной продукции.