Systemy automatyki do precyzyjnej regulacji wilgotności powietrza

Systemy automatyki do precyzyjnej regulacji wilgotno ci
powietrza w przestrzenia adunkowej kontenerów
specjalizowanych przeznaczonych do transportu i
przechowywania bananów.
Automatyka ch odnicza – seminarium
Prowadz cy:
Dr in . Zenon Bonca
Wykona a:
Karolina Miko ajewicz
SiUChKl
Gda sk, 5.12.2009 r.
Spis tre ci:
1.
Wst p .........................................................................................................................................2
2.
Dojrzewanie bananów.................................................................................................................3
3.
Transport ....................................................................................................................................3
4.
Porównanie tradycyjnej i analogowej instalacji............................................................................5
5.
Budowa i rodzaje dojrzewalni bananów ......................................................................................8
6.
Metody kontroli parametrów powietrza.................................................................................... 11
7.
Nowe rozwi zania .....................................................................................................................12
8.
Podsumowanie .........................................................................................................................13
9.
Literatura ..................................................................................................................................13
1
1. Wst p
Palma bananowa jest to rodzaj byliny obejmuj cej oko o 80 gatunków. Banany s
typowymi przedstawicielami flory mi dzyzwrotnikowej Azji, Afryki i Australii. Posadzone na
plantacji p dy bananów zakwitaj po 7-10 miesi cach. Dzi ki bardzo niskiej zawarto ci
uszczów, obecno ci witamin i minera ów, banany zalicza si do produktów dietetycznych.
Warunkiem dobrego smaku i dojrza
ci jest ich zbiór w okresie, gdy s ca kowicie
zielone. Problemem zwi zanym z dostarczeniem bananów do punktów sprzeda y jest ich
szybkie dojrzewanie i delikatna struktura.
Rys. 1 Kwiat banana.
Rys. 2 K odzina bananowca.
2
2. Dojrzewanie bananów
Wyró nia si 3 fazy dojrzewania bananów. S to:
faza preklimakteryczna, która zaczyna si od momentu zerwania owoców (proces
dojrzewania spada a pó niej stabilizuje si ). Czas trwania fazy zale y od stopnia
dojrza
ci po ci ciu i temperatury,
faza klimakteryczna czyli tzw. w
ciwy okres dojrzewania,
faza postklimakteryczna jako okres pe nej dojrza
ci konsumpcyjnej.
Procesy metaboliczne, na które wskazuj przedstawione fazy, dokonuj g bokiej
przemiany w owocach. Nast puje proces egzotermiczny podczas którego wydziela si
dwutlenek w gla, para wodna i ciep o. Na skutek spalania w glowodorów, banany trac
w czasie transportu nawet 1-2 %masy.
Proces dojrzewania owoców rozpoczyna si zaraz po ci ciu ki ci, dlatego wa
role
odgrywaj pocz tkowe fazy ich obróbki i transportu bez ch odzenia. Banany powinny by
dostarczone na statek w ci gu 36 godzin, w przeciwnym wypadku ich warto
konsumpcyjna
spada.
3. Transport
Banany po zerwaniu i dok adnym sortowaniu oddziela si na mniejsze ki cie i moczy
si je w wodzie w celu oczyszczenia z warstwy lateksu, czyli naturalnej ywicy. Lateks sprzyja
przyspieszeniu dojrzewania, kiedy podczas przewo enia owoców d y si do spowolnienia
procesu dojrzewania, aby mie mo liwo
kontrolowania tego procesu w dojrzewalniach.
Banany na statki transportowe musz
by
adowane w stanie niedojrza ym oraz
w okre lonym stopniu rozwoju. Ze wzgl du na wydzielanie etylenu przez adunek bananów,
adownie powinny by dobrze wentylowane, aby nie doprowadzi do procesów dojrzewania.
Aby spowolni proces dojrzewania bananów podczas transportu nale y zachowa okre lone
parametry powietrza w kontenerach. Temperatura powinna by utrzymywana na poziomie
3
13°C z dok adno ci do +/- 0,1K a wilgotno
wzgl dna powinna by utrzymywana na
poziomie 85-90%.
Rys. 3 Schematyczne stopnie rozwoju banana.
Rysunek 3 przedstawia stopnie rozwoju banana. Na krótkich trasach mo na przewozi
do Europy owoce w stadium lekkope nym ¾ a przy bardzo szybkim transporcie w stopniu
pe nym ¾. Je eli banany osi gn stopie pe ny, transport nie jest wskazany.
Rys. 4 Transport bananów w okr towych kontenerach ch odzonych.
4
Nowoczesnym
sposobem
transportu
bananów,
który
zyska
ogromne
zainteresowanie, jest przewóz w kontenerach ch odzonych. Takie kontenery wyposa one s
w indywidualne agregaty ch odnicze. Nie zachodzi wi c konieczno
stosowania
rozbudowanego systemu ch odzenia obejmuj cego ca y statek, a kontenery takie mog by
przewo one
tradycyjnymi
statkami
transportowymi.
Charakteryzuj
si
tym,
e
w temperaturach dodatnich maja tzw. "ch odzenie analogowe".
4. Porównanie tradycyjnej i analogowej instalacji
Analogowa instalacja ch odnicza jest to instalacja ch odnicza w której wydajno
cieplna ch odnicy powietrza dostosowuje si do chwilowego obci enia cieplnego komory
przechowalniczej.
Rys. 5 Komora tradycyjna: ch odzenie „cyfrowe”.
5
Rys. 6 Kontener ch odniczy: ch odzenie „analogowe”.
Rysunek nr 5 przedstawia fragment instalacji od zaworu rozpr nego do spr arki
typowej instalacji komory ch odniczej a rysunek nr 6 przedstawia instalacj
komory
ch odniczej kontenera. Zasadnicza ró nica mi dzy nimi, to zainstalowanie tzw. „zaworu
modulacyjnego” pomi dzy ch odnic powietrza i spr ark w instalacji kontenerowej oraz
ró nica na „wyj ciu’’ w termostacie regulacyjnym. Zawór modulacyjny jest to
elektromagnetyczny zawór regulacyjny, który w zale no ci od potrzeb bardziej lub mniej
awi przep yw czynnika.
Typowy termostat ch odniczy posiada tzw. wej cie analogowe oraz wyj cie tzw.
cyfrowe, które w cza lub wy cza ch odzenie. Termostat kontenerowy podobnie jak typowy
termostat posiada wej cie analogowe, lecz ró ni si tym, e wyj cie równie jest analogowe.
Wyj cie to po czone jest zaworem modulacyjnym, który poprzez d awienie czynnika
ch odniczego powoduje, e temperatura parowania w ch odnicy powietrza dostosowuje si
do chwilowego zapotrzebowania na wydajno
ch odnicz . Zwi kszenie d awienia powoduje
jednocze nie obni enie ci nienia ssania spr arki, a poprzez to obni enie jej wydajno ci.
Uk ad taki znajduje punkt równowagi, niezale nie od tego, czy chwilowe zapotrzebowanie
wydajno ci jest zbli one do 100% jej warto ci znamionowej, czy te 0%.
6
Efektem zastosowania w kontenerze rozwi zania jest sta temperatura powietrza za
ch odnic powietrza oraz sta
warto
temperatura powietrza dolotowa do ch odnicy (jej chwilowa
jest funkcj obci enia cieplnego urz dzenia ch odniczego).
Rys. 7 Wykres temperatury w odniesieniu do czasu.
Rys. 8 Wykres wilgotno ci w odniesieniu do czasu.
Porównanie stabilno ci temperatury i wilgotno ci powietrza na wylocie i dolocie do
ch odnicy powietrza przedstawiaj rysunki 7 i 8. Jak wida z przedstawionych wykresów
temperatura na wlocie jak i na wylocie ch odnicy w porównaniu z konwencjonaln instalacja
ch odnicz
charakteryzuje si mniejszymi wahaniami, co ma du y wp yw na wysoka jako
transportowanych bananów. Wilgotno
powietrza
w funkcji czasu w ch odzeniu
analogowym jest funkcj sta , co równie wzorowo wp ywa na jako
przechowywania tych
delikatnych owoców.
7
Rys. 9 Obieg czynnika ch odniczego w instalacji ch odniczej kontenerów.
Zaletami
ch odzenia
analogowego
jest
sta a
i
optymalna
przechowywania owoców i warzyw jak i sta a i bardzo wysoka wilgotno
temperatura
wzgl dna
cyrkuluj cego powietrza. Nie wyst puje wykraplanie si wilgoci na owocach. Wadami za s
bardziej z
ona i dro sza konstrukcja ni urz dzenia tradycyjne.
Korzy ci z ch odzenia analogowego:
wysoka jako
bananów podczas ca ego okresu przechowywania,
nie wyst puj wyschni te i przemro one owoce po okresie przechowywania,
wi ksza masa owoców po przechowaniu,
przechowywane banany s bardziej odporne na choroby.
5. Budowa i rodzaje dojrzewalni bananów
Dojrzewanie polega nie tylko na zmianie koloru skórki, ale i na przemianie skrobi
w cukier, co ma wp yw na smak bananów. Na pocz tku procesu dojrzewania podwy sza si
temperatur przechowywania do poziomu 14-18°C i utrzymuje si przez 4-8 dni. Wa
rol
8
w tym procesie odgrywa etylen. W dojrzewalniach utrzymuje si
naturalne,
st enie
etylenu,
co
przyspiesza
proces
znacznie wy sze ni
dojrzewania.
Konsekwencj
powszechnego stosowania panelu steruj cego PROBA 110, który kontroluje mi dzy innymi
proces wtrysku etylenu, jest podobie stwo rozwi za konstrukcyjnych.
Rys. 10 Zmiany intensywno ci wydzielania ciep a przez banany podczas ich dojrzewania.
Z powy szego wykresu wynika,
e ciep o wydzielane przez banany podczas
dojrzewania w okre lonym czasie nie jest sta e. W pocz tkowej fazie procesu owoce te nie
wydzielaj
ciep a, i dla podniesienia temperatury niezb dne jest ogrzewanie powietrza
w pomieszczeniu dojrzewalniczym za pomoc grza ek elektrycznych. Za spraw etylenu, gdy
zostanie ju zainicjowany proces przemiany skrobi w cukry proste, owoce gwa townie
wydzielaj du o ciep a, które musi zosta odebrane za pomoc ch odzenia.
9
Rys. 11 Dojrzewalnia typu Intero.
Rys. 12 Dojrzewalnia typu Cool Care.
Na rysunkach przedstawiono ró ne typy dojrzewalni. Dojrzewalnie typu Cool Care,
w których wentylatory zasysaj powietrze z korytarza mi dzy paletami t oczy do przestrzeni
mi dzy folia uszczelniaj
a sufitem. Stamt d powietrze przep ywaj c przez przestrze
10
mi dzy paletami a cian i otwory w kartonach z bananami ponownie dostaje si
korytarza. Natomiast dojrzewalnie typu Intero charakteryzuj
wentylatorowych ch odnic powietrza montowane s wzd
si
tym,
do
e bloki
sufitu. Rozró nia si równie
dojrzewalnie kontenerowe i ci nieniowe.
6. Metody kontroli parametrów powietrza
Najcz ciej spotykanym rozwi zaniem jest zastosowanie czujek umieszczonych w
mi szu tzw. sensora bananowego, lub na wylocie z ch odnicy powietrza sensora
powietrznego. Niestety takie rozwi zanie posiada wiele wad, które powoduj
ususzk
owoców. Innym rozwi zaniem jest zastosowanie sensora powietrznego. Znajduje on
zastosowanie w uk adach scentralizowanych.
Opis panelu kontroluj cego proces na przyk adzie urz dzenia PROBA 110
Jest to urz dzenie mikroprocesorowe, przeznaczone do kontrolowania procesu
dojrzewania bananów. Dzi ki zainstalowaniu czujnika wilgotno ci i st enia gazu, istnieje
mo liwo
wykorzystania panelu do sterowania wentylacj i etylenowaniem owoców. Po
pod czeniu do komputera panel mo e przesy
jest mo liwo
dane za pomoc modemu. Atutem panelu
jego zdalnego programowania i kontrolowania, za po rednictwem Internetu.
Rys. 13 Panel PROBA 110.
11
7. Nowe rozwi zania
W nowo projektowanych instalacjach ch odniczych dojrzewalni jak równie podczas
modernizacji ju
istniej cych, korzystnym jest uwzgl dnienie cieplnego przetwornika
analogowo-cyfrowego.
Rys. 14 Schemat ideowy dzia ania cieplnego przetwornika analogowo-cyfrowego wg [ ].
Ch odnica powietrza zasilana jest przez pomp zimn solank . Termostat analogowy
utrzymuje zadan
temperatur
w dojrzewalni dzi ki oddzia ywaniu na przemiennik
cz stotliwo ci. W momencie, gdy temperatura solanki osi ga zadan warto , termostat
cyfrowy wy cza spr ark .
Pocz tkowo spora ró nica temperatur pomi dzy powietrzem a solank z czasem
maleje, na co uk ad reaguje zwi kszeniem pr dko ci obrotowej wirnika pompy. Podczas, gdy
pompa osi gnie nominaln warto
pr dko ci obrotowej, wysy any jest sygna w czaj cy
spr ark urz dzenia ch odniczego.
Zalety rozwi zania:
wymagany czas postoju spr arki mo na zapewni
poprzez odpowiedni dobór
pojemno ci zasobnika;
unika si kontaktu czynnika ch odniczego z owocami;
mo liwo
zastosowania free coolingu.
12
8. Podsumowanie
Banany s
owocami bardzo delikatnymi, wi c wymagaj
okre lonego procesu
technologicznego. „Kondycja” owoców, które trafi do sklepów, silnie zale y od sposobu
transportowania jak równie kontrolowania dojrzewania. Nowym systemem ch odzenia jest
ch odzenie „analogowe”, które zyskuje coraz wi ksze zainteresowanie. Niezb dne jest
stosowanie komponentów automatyki ch odniczej w celu utrzymywania okre lonych
parametrów powietrza jak wilgotno ci i temperatury.
9. Literatura
[1] Bonca Z., Gliniecki D., Mizera G., Technika Ch odnicza i Klimatyzacyjna, Nowe tendencje
w technologii przechowywania i dojrzewania bananów, 2005 nr 5, str. 185-191,
[2] Ulatowska I., Technika Ch odnicza i Klimatyzacyjna, Dojrzewalnie bananów a unijne
standardy jako ci owoców, 2005 nr 5, str. 177-184,
[3] Filin S., Technika Ch odnicza i Klimatyzacyjna, Podstawy Technologii Ch odniczej
Bananów, 2003 nr 12, str. 451-456,
[4] Mizera G., Technika Ch odnicza i Klimatyzacyjna, Ch odzenie Analogowe, 2003 nr 9 str.
346-347,
[5] Materia y uzyskane od Pana G. Mizery,
[6] www.wikipedia.org,
[7] http://banana.mizera.pl/htm/pl/1_pl.php.
13