Racitoare cu aer ghidat prin tunel pentru fructe si legume proaspete – HidroCooling

INTRODUCERE

Această fișă descrie modul de a proiecta, construi şi gestiona un răcitor cu aer ghidat prin tunel de dimensiune comercială pentru doi până la şase paleți de fructe și legume proaspete o dată. Răcitoarele cu aer ghidat sunt frecvent utilizate în zonele majore de cultivare a fructelor şi legumelor proaspete. Figurile 1 și 2 arată un răcitor cu aer ghidat de mari dimensiuni utilizat pentru a drupe într-un atelier de ambalare din California. Unele culturi trebuie să fie răcite mai repede după recoltare decât altele, astfel că designul este important pentru a asigura că fluxul de aer pe unitate de greutate a produsului este potrivită nevoilor culturilor. Principiile descrise în această fișă pot fi folosite pentru a susține proiectarea de sisteme mai mici sau mai mari după necesități. Figura 3 prezintă o schemă a unui răcitor cu aer ghidat.

Figura 1 – Răcitor cu aer ghidat prin tunel pentru paleți cu două straturi de fructe odată într-un atelier de ambalare din California. Tunelul este sub prelata de culoare neagră între două rânduri de paleți.

DE CE ESTE NECESARĂ RĂCIREA CÂT MAI REPEDE POSIBIL DUPĂ RECOLTARE?

Toate culturile horticole proaspete sunt organisme vii, chiar şi după recoltare, şi trebuie să rămână vii şi sănătoase până când acestea sunt fie prelucrate, fie consumate (Fraser, 1991). Energia necesară pentru a continua să trăiască vine din rezervele alimentare din produsul în sine. Procesul prin care aceste rezerve sunt convertite în energie este numit respirație. Energia termică este eliberată în timpul respirației, dar rata variază în funcţie de tipul şi varietatea de produs, nivelul de maturitate, cantitatea de leziuni şi temperatura produsului.

Figura 2 – Se formează un tunel de paleți de produse plasați în perechi pe o conductă cu un ventilator în interiorul acesteia. O prelată este trasă peste tunel pentru a forţa aerul să circule pe lângă laturile containerului, prin tunel către ventilator.

Temperatura produsului are cea mai mare influenţă asupra activității respiratorie. Răcirea rapidă, uniformă cât mai repede posibil după recoltare pentru a elimina câmpul de căldură, este critic în reducerea ratei de respirație. Acest lucru reduce rata de deteriorare, şi oferă o mai lungă durată de viaţă. O regulă generală este că o întârziere de o oră în răcire reduce valabilitatea produsului cu o zi. Acest lucru nu este valabil pentru toate culturile, dar este valabil mai ales pentru culturi foarte perisabile în timpul sezonului cald.

Figura 3 – Schemă a părții din spate şi din faţă a unui răcitor cu aer ghidat prin tubulatură pentru produse proaspete în containere pe paleţi.

De asemenea, reducerea temperaturii reduce rata de producție de etilenă, pierderea de umiditate, răspândirea microorganismelor şi deteriorarea ca urmare a leziunilor.

CUM SE REALIZEAZĂ RĂCIREA CU AER GHIDAT?

Răcirea prin ghidarea aerului este doar o metodă de a îndepărta rapid câmpul de căldură din produsele proaspăt culese. Cele mai multe fructe şi legume pot fi răcite prin ghidarea aerului. Ventilatoare de mare capacitate sunt folosite pentru a trage aerul frigorific prin produse. Rezultă răcirea rapidă şi uniformă, de la contactul convectiv forțat de mare viteză al aerului refrigerat cu produsele calde. Acest lucru este diferit de camera de răcire, unde produsul pur şi simplu este plasat într-o cameră de depozitare la rece şi se răceşte lent şi neuniform, în principal prin conducerea și contactul natural convectiv cu aerul refrigerat.

Tragerea aerului, mai degrabă decât suflarea acestuia, este de preferat deoarece este mai uşor de a minimiza scurtcircuitarea aerului şi are ca rezultat o răcire mult mai uniformă. Scurtcircuitarea apare în cazul în care fluxurile de aer se duc direct la ventilator, în loc să se ducă prin produsele refrigerate. Aerul nu va circula la fel de uniform, dacă este împins la fel ca atunci când este tras prin produse. Cu un design de container corespunzător şi orientare, produsele pot fi rapid și uniform răcite în coşuri, cutii, compartimente sau pungi. Răcirea cu ghidarea aerului face pur şi simplu o treabă mai bună cu aerul refrigerat în depozitarea la rece.

Deşi mai costisitoare, este mai bine să se furnizeze o cameră dedicată pentru răcirea cu aer ghidat, apoi mutarea produselor pentru o stocare pe termen lung. Majoritatea camerelor de depozitare destinate pentru răcirea cu ghidarea aerului vor avea creșteri în temperatură după fiecare lot proaspăt de produse calde adăugat. Dacă această creștere de temperatură este mare din cauza unui sistem de refrigerare subdimensionat, produsele reci care se află deja în cameră ar putea transpira şi creşte temperatura. Ambele situaţii sunt inacceptabile. Un compromis bun este de a forma o zonă de răcire cu ghidarea aerului prin partiționarea unei părți din zona de depozitare folosind o prelată suspendată de tavan. Acest lucru ajută la reducerea fluctuaţiilor de temperatură, dar trebuie considerată ca o măsură temporară.

TIMPUL DE RĂCIRE 7/8

Toate fructele şi legumele se răcesc rapid la început, apoi mai încet în timp. Factorii care afectează rata răcirii cu aer ghidat includ:

• densitatea produsului în recipient (cu cât se așează mai puține produse, cu atât mai repede se răcesc)

• tip container, orientare şi caracteristici de ventilare (în cazul în care aerul trece uniform şi egal pe lângă produs, răcirea este mai rapidă;

• volumul la suprafața produsului; cu cât raportul este mai mic, cu atât mai rapidă este răcirea (cireșele se răcesc mai repede decât pepenii galbeni);

• distanta parcursă de aerul de răcire (cu cât este mai scurtă distanţă, cu atât mai repede se face răcirea globală);

• capacitatea fluxului de aer (cu cât fluxul de aer este mai mare, cu atât mai rapidă este răcirea).

Umiditatea relativă a aerului de răcire are un mic efect asupra pierderii de umiditate, dacă aceasta este de peste 85% şi perioada de răcire este sub 1-2 ore.

Indiferent de temperatura aerului de răcire sau temperatura de plecare a produsului, forma curbei de răcire rămâne aceeaşi, cu condiția ca toți factorii enumerați mai sus să fie menținuți constanți. Numai rata de răcire se modifică.

Timpul de răcire 7/8 este un termen standard al industriei care descrie timpul pentru a elimina şapte-optimi (87,5%) din diferenţa de temperatură între temperatura de pornire a produselor şi temperatura medie de răcire (aer frigorific, în cazul răcirii cu ghidarea aerului). Este o metodă convenabilă de indicare când produsele sunt cât mai aproape posibil de temperatura de răcire. Răcirea cu ghidarea aerului ar trebui să înceapă cât mai curând posibil după recoltare, de preferinţă în termen de o oră. Nu lăsaţi produsele să se strângă înainte de a le introduce în răcitorul cu ghidare a aerului, pentru că altfel își pierd calitatea şi durata de conservare. Timpul de răcire 7/8 este măsurat de la momentul în care produsul este plasat în răcitorul cu ghidarea aerului. Vezi Figura 4

Figura 4 – Relația tipică temperatură-timp pentru produsele care se răcesc.

De exemplu, dacă o piersică la 32oC răcită folosind aer de 0oC ajunge la 4oC în 9 ore, Timpul de răcire 7/8 este de 9 ore. Adică, o scădere de temperatură de 28oC de la 32oC diferență între produse şi aer. Timpul de răcire 7/8 este, teoretic, de trei ori mai mare decât timpul de răcire 1/2. Deci, aceeași piersică pentru care a durat 9 ore să se răcească la 4oC, ar avea nevoie doar de 3 ore pentru a ajunge la 16oC, temperatura la timpul de răcire 1/2, dacă restul condițiilor au rămas aceleaşi. În practică, Timpul de răcire 7/8 este, de obicei, diferit de trei ori de timpul de răcire 1/2 deoarece condiţiile rareori rămân exact acelaşi pe parcursul perioadei de răcire cu ghidarea aerului.

Uneori, se poate estima atunci când un produs va fi rece 7/8 prin cunoaşterea altor timpi de răcire.

Tabelul 1 – Relația cu timpii de răcire 7/8

Pentru unele culturi, ar putea să nu fi necesar să se opereze răcitorul cu aer ghidat la temperaturi la fel de mici ca cele optime pentru produsul respectiv. De exemplu, unele produse ar putea fi forţate să se răcească la 5oC, apoi răcite încet la temperatura camerei într-o cameră adiacentă de depozitare. Acest compromis ar putea elimina nevoia de a avea un sistem de dezghețare în sala de răcire cu aer forțat.

CE PRODUSE POT FI RĂCITE PRIN GHIDAREA AERULUI?

Cele mai multe produse pot fi răcite prin ghidarea aerului, dar timpul de răcire 7/8 trebuie să fie mai scurt pentru unele produse care au nevoi speciale:

• au rate mari de respiraţie la recoltare;

• pierd umiditatea uşor (fructe de pădure/legume cu frunze);

• sunt destul de mature, precum piersicile coapte în pom;

• sunt expediate pe piețe îndepărtate.

Tabelul 2 enumeră produsele care necesită răcire rapidă, precum și timpii de răcire 7/8 și debitele de aer sugerate.

Tabelul 2 – Perisabilităţi relative pentru fructe şi legume proaspete şi timpii de răcire 7/8 ori și debitele de aer sugerate

Culturile cu o foarte mare perisabilitate:

Aceste culturi au rate de respiraţie foarte ridicate la temperaturi de recoltare şi pierd umiditate rapid după recoltare. Acestea trebuie să fie rapid răcite imediat după recoltare sau vor avea o valabilitate redusă sau deloc. Unele dintre aceste culturi sunt de obicei hidro-răcite, înghețate sau răcite în vid. Cu toate acestea, toate pot fi răcite cu aer ghidat, răcirea se face rapid cu debite mari de aer şi umiditate relativ ridicată pentru a reduce pericolul de uscare. Se recomandă folosirea debitelor de aer de cel puţin 2 până la 6 L/s/kg de produse (2 la 6 CFM/lb), încercând timpi de răcire 7/8 de nu mai mult de 45-90 minute. Aceste produse trebuie să fie monitorizate pentru semne de uscare. Stropirea cu apă înainte de fi răcite cu aer ghidat (cu excepția ciupercilor) ar putea fi de ajutor. Nu folosiți răcitorul cu aer forţat mai mult decât este necesar.

Culturi cu perisabilitate mare:

Aceste culturi au rate mari de respiraţie la temperaturi de recoltare şi pierd umiditate rapid, dar nu este atât de critic să se răcească cât mai rapid ca cele enumerate anterior. Experiența a arătat cultivatorilor că aceste produse ar trebui să fie răcite cât mai rapid posibil după recoltare. Urmăriţi semnele de uscare a produselor. Se recomandă folosirea debitelor de aer de cel puţin 1 până la 3 L/s/kg de produs (1 la 3 CFM/lb), cu timpi de răcire 7/8 de nu mai mult de 1 până la 3 ore.

Fasolea fideluță ar trebui răcită la aproximativ 4oC la 7oC (40oF la 45oF), în funcţie de cultivator. Altfel, sunt sensibile la daune de refrigerare. Evitați răcirea cu aer forţat cu aer refrigerat sub 4oC. Încercaţi să răciți fasolea fideluță în mai puțin de 3 ore, dacă este posibil. Fasolea fideluță este adesea spălată după recoltare, astfel încât un beneficiu al răcirii cu aer forţat este efectul de uscare a fluxului de aer.

Culturi cu perisabilitate moderată:

Deşi aceste culturi sunt mai puțin perisabile decât cele deja enumerate, este încă recomandat ca aceste culturi să fie rapid răcite imediat după recoltare. Valabilitatea lor va fi îmbunătăţită. Se recomandă folosirea debitelor de aer de cel puţin 0,5 până la 1,5 L/s/kg de produse (0,5 la 1,5 CFM/lb), și timpi de răcire 7/8 de nu mai mult de 3 până la 6 ore.

Cantalupul şi dovleceii de vară sunt sensibili la daune de refrigerare, astfel încât trebuie să se evite răcirea cu aer forţat cu aer refrigerat foarte rece. Cantalupul ar trebui să fie răcit la aproximativ 2oC la 5oC (34oF la 41oF), în timp ce dovleceii trebuie să fie răciți la aproximativ 7oC la 10oC (45oF la 50oF).

CARE SUNT COMPONENTELE RĂCITORULUI CU GHIDAREA AERULUI

Există patru componente ale unui răcitor cu ghidarea aerului:

• sistem de ventilator şi conducte

• spumă/prelată/plastic pentru a preveni scurtcircuitarea

• sistem de refrigerare

• echipamente de monitorizare

Sistem de ventilator şi conducte:

Ventilatorul alimentează sistemul de răcire cu ghidarea aerului. Fluxul de aer este măsurat în litri de aer pe secundă, L/s, (cubi de aer per minut sau CFM) pe baza tipului său (axial sau centrifug); design-ului (tip lamă şi orientare); dificultatea de a trage aerul prin produse (presiune statică); dimensiunea motorului (cai putere sau waţi); şi rotaţii pe minut (RPM) ale paletelor ventilatorului.

Ventilatoarele trebuie selectate pe baza fluxului de aer pe care le produc la o anumită presiune statică între intrarea și ieșirea ventilatorului. Pentru majoritatea sistemelor de răcire cu ghidarea aerului, presiunile statice variază de la aproximativ 15 mm la 25 mm (0,6 – 1,0 inci) de coloană de apă. Atât ventilatoarele centrifugale (cuşcă de veveriţă sau tip cuptor) şi ventilatoare axiale cu debit (cu elice) pot fi folosite. Multe răcitoare cu ghidarea aerului folosesc în Canada ventilatoare centrifugale datorită disponibilității echipamentului folosit şi pentru că acestea sunt mai silenţioase. Vezi Figura 5

Figura 5-Ventilator centrifug, cuşcă de veveriţă, sau tip cuptor adesea folosit pentru a răci prin ghidarea aerului.

Mulţi cultivatori găsesc ventilatoare centrifugale folosite pentru răcitoarele cu ghidarea aerului, dar este dificil de stabilit debitele de aer pentru acestea. Cu toate acestea, doar pentru scopuri de planificare, utilizaţi tabelul 3 pentru a estima capacitatea acestor ventilatoare.

Tabelul 3 – Intervale aproximative ale debitelor de aer în L/s (CFM) a ventilatoarelor centrifugale (gama standard RPM; intrare într-o singură direcţie)

Estimarea presiunii statice împotriva căreia trebuie să funcționeze ventilatorul de răcire prin ghidarea aerului este dificil de realizat. Este afectată de debitul de aer cantitatea de aer care intră pe părțile laterale ale recipientului, alinierea de aerisire, distanta de aer care trebuie parcursă până la produs, densitatea produsului în recipiente şi orice restricţii în conducte pentru aer. Pentru majoritatea sistemelor, ventilatoarele ar trebui să fie selectate pe baza unei presiuni statice maxime de 25 mm (1 inci) de coloană de apă.

Există mai multe tipuri și modele de ventilatoare. Ventilatoarele centrifugale mai mici au nevoie de motoare mai mari care rulează la RPM mai mare, pentru a obţine acelaşi flux de aer ca ventilatoarele centrifugale mai mari. În general, ventilatoarele mai mari cu motoare mai mici sunt mai eficiente. Alegeți-le pentru a reduce costurile de funcționare, zgomot, uzură şi căldură pe sistemul de refrigerare la un nivel minim. Acest lucru permite flexibilitatea de a instala un motor mai mare în viitor pentru a oferi rate mai mari de debite de aer, dacă este necesar.

Orice zonă de aprovizionare cu aer (în afară de paleți) sau zone de revenire (tunel) ar trebui să fie concepute pentru a păstra viteze ale aerului sub aproximativ 5 m/s (1000 ft/min). Acest lucru înseamnă furnizarea a cel puţin 1 m2 de secţiune transversală pentru fiecare 5000 L/s de flux de aer (1 ft21000 CFM). Deschiderile mai mici vor restricţiona debitul de aer, vor face ventilatorul să lucreze mai greu, vor cauza aerul să scurtcircuiteze lângă ventilator şi provocă răcirea neuniformă.

Pentru a stabili alimentarea minimă cu aer și dimensiunile secțiunilor transversale ale tunelului, să presupunem că un sistem de răcire cu ghidarea aerului este proiectat să răcească 2250 kg (4950lbs) de produse pe şase paleți, cu un flux de aer de 4500 L/s, sau 2 L/s per kg (9530 CFM sau 1.9 CFM/lb). Vezi Figura 3. Paleții au 1,2 m (4 ft) lățime şi 1,5 m înălțime (5 ft). Ecuaţia pentru fluxul de aer este:

Q = A x V sau A = Q V

unde Q este rata fluxului de aer, L/s (CFM)

A, este suprafața secțiunii transversale perpendiculare pe fluxul de aer, m2 (ft2)

V este viteza, m/s (ft/min)

Debitul de aer este de 4500 L/s (sau 4.5 m3/s), astfel încât toate zonele transversale ar trebui să fie de minim:

A = 4.5 m3/s 5 m/s = 0.9 m2

(A = 9530 CFM 1000 ft/min = 9.5 ft2)

Deci, în cazul în care paleții au 1,5 m înălțime(5 ft), tunelul ar trebui să fie cel puțin:

W = 0.9 m2 1.5 m = 0.6 m lat (W = 9.5 ft2 5 ft = 1.9 ft lățime)

Estimarea presiunii statice împotriva căreia trebuie să funcționeze ventilatorul de răcire prin ghidarea aerului este dificil de realizat. Este afectată de debitul de aer cantitatea de aer care intră pe părțile laterale ale recipientului, alinierea de aerisire, distanta de aer care trebuie parcursă până la produs, densitatea produsului în recipiente şi orice restricţii în conducte pentru aer. Pentru majoritatea sistemelor, ventilatoarele ar trebui să fie selectate pe baza unei presiuni statice maxime de 25 mm (1 inci) de coloană de apă.

Există mai multe tipuri și modele de ventilatoare. Ventilatoarele centrifugale mai mici au nevoie de motoare mai mari care rulează la RPM mai mare, pentru a obţine acelaşi flux de aer ca ventilatoarele centrifugale mai mari. În general, ventilatoarele mai mari cu motoare mai mici sunt mai eficiente. Alegeți-le pentru a reduce costurile de funcționare, zgomot, uzură şi căldură pe sistemul de refrigerare la un nivel minim. Acest lucru permite flexibilitatea de a instala un motor mai mare în viitor pentru a oferi rate mai mari de debite de aer, dacă este necesar.

Din motive practice, tunelul ar trebui să nu fie mai mic de 0,6 m (2 ft) în lățime.

Distanța de aer rece furnizat între exteriorul paleților și un perete sau paleți ai unui răcitor cu ghidarea aerului adiacent, trebuie să fie suficient de largă pentru a permite aerului rece să intre cu uşurinţă. Din motive practice, această distanță trebuie să fie cel puţin 0.3 m (1 ft), sau mai mult pentru ca cineva să poată să meargă pe jos pentru a verifica. Cu excepția cazurilor în care debitele de aer sunt extrem de ridicate, această lăţime este suficient de largă pentru a permite aerului să curgă liber în lateralele paletului.

Pentru majoritatea aplicațiilor, dimensiunile minime trebuie să fie:

• tuneluri; 0,6-1.2 m lățime (2-4 ft);

• distanța până la pereți; 0,3-0.6 m lățime (1-2 ft);

• distanța până la unități adiacente; 0,6-1 m lățime (2-3 ft).

Dimensiunile conductei carcasei ventilatorului placajului trebuie să fie de 2.4 m (8 ft) lățime şi 2.4 m (8 ft) înălțime pentru a susține diverse dimensiuni de paleți şi înălţimi. Ar trebui să fie, de asemenea, de 1,2 m (4 ft) adâncime din faţă spre spate, pentru a ajuta la crearea unui flux de aer mai uniform şi pentru a ajuta la stabilizarea conductei, având în vedere greutatea ventilatorul pe partea din spate a conductei. Deschiderea în partea din faţă a conductei pentru returul aerului către ventilator ar trebui să fie centrată, de 1,2 m (4 ft) lățime, şi să fie la o înălțime cât mai mare posibil, pe conducta carcasei ventilatorului. Vezi Figura 3.

Majoritatea răcitoarelor cu ghidarea aerului utilizate în Canada operează cu debite în intervalul 0,5-6 L/s/kg de produs de răcit (0,5-6 CFM/lbs). Ratele mai ridicate ale fluxului de aer poate reduce timpul de răcire, dar dublarea fluxului de aer nu reduce timpul la jumătate. Este foarte important de înțeles că debite de aer mai mari nu înseamnă neapărat că produsele se vor răci întotdeauna mai repede, deoarece refrigerarea corespunzătoare şi prevenirea scurtcircuitării sunt de obicei mai importante. De asemenea, poate fi imposibil de operat cu un debit foarte mare, deoarece ventilatoarele ar trebui să fie extrem de mari. Există rapoarte de situaţii unde debitele foarte mari de aer au provocat presiuni statice atât de ridicate că prelatele au fost trase în tunel. Indiferent cât de mici sunt debitele, orice cantitate de aer refrigerat tras în mod corespunzător prin produs va reduce dramatic timpii de răcire comparativ cu o cameră simplă de răcire.

Spumă/prelată/plastic pentru a preveni scurtcircuitarea

Una dintre cerinţele cele mai importante, dar cel mai adesea trecute cu vederea a unui răcitor cu aer forţat bun este metoda utilizată pentru a preveni scurtcircuitarea aerului de răcire. Aerul ia întotdeauna calea cel mai puțin rezistenţă, astfel încât chiar şi micile fisuri trebuie să fie astupate. Nu este nevoie de o gaură mare pentru a reduce debitul prin masa de produse. Un sistem bine conceput poate avea cel puţin 10% din aerul său scurtcircuitat (Thompson, 1996). Sistemele prost concepute şi operate ar putea avea cea mai mare parte a aerului scurtcircuitat.

Există multe locaţii în care aerul poate scurtcircuita (a se vedea figura 6):

• deschideri în stivuitor;

• containere de transport care nu se potrivesc bine pe laturi sau în partea superioară sau dimensiunea paletului;

• în cazul în care paleții se potrivesc pe răcitorul cu aer forțat;

• între partea de sus a containerelor pe un palet şi o prelată nefixată corespunzător.

Figura 6 – Astuparea locațiilor unde aerul se poate scurtcircuita este critică pentru un răcitor cu ghidarea aerului prin tunel.

Pentru a demonstra problema scurtcircuitării, se ia în considerare exemplul anterior în figura 6. Aerul de răcire poate intra în tunel doar prin partea exterioară a containerelor, o suprafață de:

1.5 m x 1.2 m x 3 paleți/parte x 2 părți = 10.8 m2

(5 ft x 4 ft x 3 x 2 = 120 ft2)

Zona de tunel necesară a fost calculată anterior pentru a fi de aproximativ 1,0 m2 (10.5 ft2). Astfel, o suprafață de pierdere de scurtcircuit de numai 10% ar alimenta toată zona de returnare a aerului necesară. Puțin aer ar trece prin produse, care are deja o rezistență mai mare la fluxul de aer. Deschiderile pentru stivuitoarele de șase paleți au o deschidere comună de aprox. 0,12 m2 (1,5 ft2) de aceea este important să se sigileze toate orificiile de scurgere.

Prelate grele de plastic sau pânză trebuie să fie trase peste containerele cu produse pentru a ajuta la forţarea aerului de răcire să circule uniform într-o direcţie prin produse. Benzi grele de spumă sau căptușeală de uși sunt adesea instalate pe partea din faţă a conductei carcasei ventilatorului pe care sunt așezate prima pereche de paleți, creând un sigiliu eficient de aer. Vezi Figura 3 Verificarea pentru scurgeri de aer după construcţie este extrem de importantă.

Pentru sistemele de paleți, containere de transport ideale pentru răcirea cu ghidarea aerului sunt cele care se așează bine pe toate laturile şi completează întreaga amprentă a paletului. Figura 7 compară un container cu pereţi drepți care se potriveşte pe toate cele șase laturi, în sus şi jos ca blocurile de LEGOTM cu cele care au pereţi conici şi nu se potrivesc bine în partea de sus și jos. Pentru containerele cu pereți conici, aerul scurtcircuitează prin zonele conice, mai degrabă decât prin produs, chiar dacă unghiul conic este foarte mic (Vigneault & Goyette, 1995). Pentru containerele cu pereți drepți care se potrivesc bine pe părțile laterale și partea superioară, aerul trebuie să circule prin produs, ceea ce rezultă într-o răcire mai rapidă, mai uniformă. Vezi Figura 8. Mai precis, recipientele ideale pentru răcirea prin ghidarea aerului au orificii care reprezintă:

• 25% din suprafaţa perpendiculară pe direcţia fluxului de aer (Vigneault & Goyette, 1995);

• uniform distribuite;

• aliniate de-a lungul căilor de răcire;

• sloturi lungi, mai degrabă decât găuri rotunde pentru a preveni conectarea cu produse;

• fără limite impuse de garnituri, tăvi, materiale de ambalaj.

Figura 7- Containerele trebuie să se potrivească bine pe toate laturile, să fie ventilate pentru a oferi un flux de aer uniform şi să se potrivească cu amprenta paletului, care este de obicei de 1,2 m x 1.0 m (48 inci x 40 în.)

Figura 8 – Două răcitoare cu aer forțat prin tunel, unul lângă altul, fiind utilizate pentru a răci conopidă într-un test de cercetare care compară containerele cu pereți drepți din plastic rabatabil (stânga) și containere din plastic cu pereți conici din plastic incorporabil (dreapta). Aerul va scurtcircuita prin golurile conice. Observați elementele de rigidizare cusute în prelată pentru a preveni prelata să fie aspirată în tunel în timpul funcționării.

Un indicator de presiune static de 50 $ sau manometru (figura 9) ajută la determinarea valorii scurtcircuitului. Tubul de presiune scăzută trebuie instalat în interiorul tunelului între paleți cât mai departe posibil de ventilator (Boyette, 1994). Vezi Figura 3. Tubul de înaltă presiune ar trebui să fie instalat în fluxul de aer normal al camerei de depozitare la rece. Pentru majoritatea aplicațiilor, diferența ar trebui să măsoare aproximativ 12 mm (0,5 in.) presiune statică coloană de apă. Aceasta măsoară sarcina împotriva căreia trebuie să lucreze ventilatorul pentru a trage aerul. Prin sigilarea golurilor de scurtcircuit, presiunea statică va crește, indicând faptul că ventilatorul lucrează mai mult pentru a trage aerul prin produse și asigură circularea aerului de răcire prin containere și nu în jurul lor.

Figura 9 – Un manometru sau indicator de presiune static poate ajuta la găsirea golurilor de scurtcircuit al aerului.

Metode comune de prevenire a scurtcircuitului sunt: sigilii de spumă sau uși între paleți si unitatea de răcire prin forțarea aerului; carton gofrat sau benzi de plastic între paleți și la capetele lor sau la deschiderile stivuitoarelor, care sunt aspirate în poziție prin presiunea aerului; sau amortizoare de podea de care se sprijină paleții pentru a preveni scurtcircuitarea prin deschiderile stivuitoarelor.

Sistem de refrigerare:

Există un vechi proverb care spune Niciodată nu poți avea prea multă refrigerare într-o cameră de depozitare la rece. Acest lucru se aplică cu siguranță la sisteme de răcire cu ghidarea aerului. Deoarece răcirea începe imediat după ce produsele sunt puse pe unitate, iar panta curbei de răcire este atât de abruptă inițial (Figura 4), cantitatea de refrigerare necesară la începutul procesului de răcire este enormă. Aceasta este de multe ori mult mai mare decât producătorii își pot permite sau au nevoie. Formula pentru refrigerare în kilowați, kW, (Btu / h) necesari în orice moment este adaptată din formula pentru rata de răcire momentană (Mitchell et al, 1972):

– kW necesari (Btu/hr) = 2.1 x (A – B) x C x D E A = Temperatura produsului, oC ( oF);

– B = Temperatura aerului de răcire, oC ( oF);

– C = Greutatea produsului care se răcește, kg (lbs).

– D = Căldura specifică a produselor, de obicei, de aproximativ 3.77 kJ/kg/ oC (0.9 Btu/lb/ oF)

– E = Timpul de răcire 7/8

In exemplul anterior, capacitatea de răcire necesară pentru răcirea a 2275 kg (5,000 lbs) de căpșuni de la 28oC (82oF) to 3.5oC (38oF) în 2 ore, folosind 0oC (32oF) aer de răcire (timp de răcire 7/8 de 2 ore)?

Folosind formula de mai sus, refrigerarea momentană la începutul procesului de răcire (cel mai rău scenariu) ar fi:

– 2.1 x (28oC – 0oC) x 2275 kg x 3.77 kJ/kg/oC 2 hr = 252,150 kJ/hr sau 70 kJ/s sau 70 kW

– 2.1 x (82oF – 32oF) x 5000 lbs x 0.9 Btu/lb./oF2 hr= 236,250 Btu/hr

Aceasta înseamnă aproape 20 de tone de refrigerare! Există 3.5 kW (12000 Btu / h) într-o tonă de refrigerare, un termen folosit de industrie. Cei mai mulți cultivatorii nu își pot permite să proiecteze pentru cel mai rău caz. Cu toate acestea, dacă învață să accepte că temperatura camerei va crește ușor, inițial, atunci când produsele sunt plasate în răcitorul cu aer ghidat, dar că se va redresa treptat, se poate proiecta cu niveluri mai scăzute de refrigerare. Cu un bun management, regula generală propusă este de a proiecta pentru aproximativ 2/3 din rata maximă de refrigerare momentană la începutul procesului de răcire:

70 kW x 2/3 = 47 kW

(236,250 Btu/hr x 2/3 = 157,500 Btu/hr)

Acest lucru înseamnă 13 de tone de refrigerare cu mult peste cantitatea necesară pentru sarcini termice produse în altă parte în depozitare, cum ar fi prin uși, pereți și plafoane. Sarcina termică a produselor ar reprezenta probabil cel puțin 80% din sarcina totală de căldură din depozit.

Dacă sistemul nu este proiectat pentru aceasta, nu direcționați aerul încălzit de la ventilatorul de răcire cu aer forțat direct în serpentinele evaporator sau aerul rece din serpentinele evaporator direct la paleții care sunt răciți cu aerul ghidat. În cele mai multe cazuri, serpentinele evaporator și ventilatoarele nu au fost concepute pentru această aplicație. Atunci când se utilizează un sistem de răcire cu aer forțat într-o cameră utilizată pentru păstrarea produselor care sunt deja răcite, direcționați aerul evacuat de la ventilatorul de răcire cu aer forțat departe de produse, și spre serpentinele evaporator.

Umiditatea relativă a aerului de răcire în camera de răcire cu aer forțat ar trebui să fie mai mare de 85% pentru a preveni ofilirea produsului. Acest lucru înseamnă suprafețe mari de răcire ale serpentinei evaporator, iar temperatura scade prin serpentinele de răcire. Dacă o cameră de depozitare la rece este menținută la 0 o C (32 o F), și serpentinele evaporator de răcire sunt de dimensiuni prea mici, aerul care vine de la serpentine va fi cu câteva grade sub punctul de îngheț. Acesta usucă aerul și păstrează umiditatea relativă în cameră prea scăzută pentru fructe și legume proaspete. Produsele ar putea fi deteriorate prin refrigerare dacă aerul nu este lăsat să se încălzească ușor în cameră la început, înainte de a fi tras prin produse de răcitorul cu aer forțat.

Este important să se păstreze aerul de răcire cât mai aproape posibil de temperatura stabilită, în special aproape de sfârșitul perioadei de răcire cu aer forțat. Dacă aerul se ridică cu câteva grade, produsul se poate opri din răcire și îi poate crește temperatura. Acest lucru subliniază necesitatea de a avea camere separate de răcire pentru o capacitate suficientă de refrigerare.

Unele sisteme de refrigerare, cum ar fi Sistemul Filacell, sunt proiectate special pentru răcirea cu aer forțat. Acesta are ventilatoare de mare capacitate, care pot gestiona presiuni statice mari, oferind în același timp umiditate foarte ridicată. Consultați un antreprenor de refrigerare cu privire la opțiunile disponibile.

Echipamente de monitorizare:

Echipamentele de monitorizare pot ajuta la administrarea răcitorului cu aer forțat. Unele dintre cele mai importante informații de administrare sunt:

• Temperatura de pornire a produsului;

• Temperatura finală dorită a produsului;

• timpul maxim în care produsul poate fi răcit prin ghidarea aerului.

Toate aceste aspecte sunt mai importante pentru utilizatorii începători ai unui răcitor cu aer forțat.

Temperatura internă ar trebui să fie luată pentru câteva bucăți de produse dintr-un palet înainte de plasarea în răcitorul cu aer forțat. Acest lucru înseamnă sondarea centrului produsului cu un echipament bun de măsurare a temperaturii, care oferă o citire digitală instantanee. Vezi Figura 10. Temperatura produsului poate să nu fie la fel ca temperatura aerului înconjurător. Produsele mari, cum ar fi cantalupul sau varza vor necesita mai mult să se încălzească (sau se răcească) decât produsele mai mici, cum ar fi prunele, chiar dacă temperatura aerului înconjurător este în creștere (sau scade) rapid. De exemplu, temperatura aerului exterior în mijlocul dimineții poate fi mai mare decât temperatura piersicilor care sunt încă în copac, deoarece acestea pot fi încă reci ca urmare a nopții anterioare sau din cauza umbriri frunzelor. În schimb, căpșunele pot fi mai calde decât temperatura aerului în cazul în care soarele strălucește direct pe coloratura lor întunecată. De asemenea, produsele din partea de sus a unui recipient, coș sau cutie pot fi mai calde decât cele de sub din cauza luminii directe a soarelui, căldurii sau transferul de căldură de la un recipient fierbinte, întunecat.

Figura 10 – O sondă de citire a temperaturii portabile, digitale este un element esențial

Majoritatea operatorilor știu la ce temperatură doresc depozitarea produselor lor. Din păcate, atunci când lucrurile devin aglomerate la recoltare, produsele nu pot sta uneori pe răcitorul cu aer forțat, atâta timp cât este necesar. Cu toate acestea, prin cunoașterea temperaturii de pornire a produsului, operatorii pot determina ce temperatură va avea produsul după o perioadă de timp pe răcitorul cu aer forțat.

Este dificil și consumator de timp monitorizarea temperaturii produsului pe măsură ce se răcește. Cu toate acestea, o metodă de estimare a temperaturii reale a produsului, în orice moment este de a monitoriza temperatura aerului evacuat din ventilatorul de răcire cu aer forțat, apoi compararea acestuia cu temperatura aerului de răcire în cameră pe măsură ce intră în palet. Aerul evacuat va fi aproximativ la jumătatea diferenței dintre aerul de răcire care intră în palet și temperatura produselor la acel moment.

Dacă aerul de răcire din cameră care intră în palet este de 2 oC, iar aerul evacuat din ventilatorul de răcire cu aer forțat este la 10o C, produsul ar fi la aproximativ 18oC, deoarece 10oC este la jumătatea diferenței dintre 2oC și 18oC. Produsele care primesc aerul rece primele se vor raci mai repede decât cele care sunt în aval, deoarece produsele din aval primesc un aer mai cald. În cazul în care există mai multe scurtcircuite ale aerului, această metodă de monitorizare nu este de încredere, deoarece mai mult aer rece va ajunge la ventilator, scăzând temperatura aerului evacuat și oferind operatorului un fals sentiment de progres al răcirii.

Un termostat poate fi plasat în aerul evacuat de la ventilatorul de răcire cu aer forțat cu scopul de a-l închide atunci când fluxul de aer atinge o anumită temperatură sau a-l încetini în cazul în care este un ventilator cu viteză variabilă. Acest lucru poate ajuta la prevenirea operării echipamentului mai mult decât este necesar, economisește energie electrică și previne adăugarea inutilă de căldură de la motoare în camera de depozitare la rece. Un cronometru pentru a opri ventilatorul după o perioadă de timp ar putea fi instalat, dacă este cazul.

10 PAȘI PENTRU PROIECTA UN RĂCITOR CU AER GHIDAT

1. Determinarea producției medie pe zi, kg (lbs)

2. Determinarea producției maxime pe zi, kg (lbs)

3. Determinarea timpului de răcire disponibil (ore / zi)

4. Stabilirea numărul de loturi (loturi / zi)

5. Calcularea mărimii lotului, kg / lot (lbs / lot)

6. Alegerea unei rate a fluxului de aer, l / s / kg (CFM / lbs)

7. Calcularea fluxului de aer al ventilatorului, L / s (CFM)

8. Calcularea refrigerării de vârf, kW (Btu / h)

9. Utilizarea regulii de refrigerare 2/3, KW (Btu / h)

10. Determinarea lățimii tunelului și distanța de perete, m (ft)

1. Determinarea producției medie pe zi, kg (lbs)

4 ha x 3000 unități/ha x 6 kg/unitate÷ 25 d = 2880 kg/d

10 ac x 1200 unități/ac x 13.2 lbs/unitate÷ 25 d = 6340 lbs/d

2. Determinarea producției maxime pe zi, kg (lbs)

Recolta zilnică ar putea varia până la 10000 kg de fructe culese (22000 lbs). Este nerealist să se proiecteze pentru cea mai aglomerată zi a sezonului, dar o regulă generală este de a proiecta pentru o zi aglomerată , care este adesea de două ori cât ziua medie. Deci:

2880 kg/medie pe zi x 2 = 5760 kg/zi aglomerată obișnuită

(6340 lbs/medie pe zi x 2 = 12680 lbs/zi aglomerată obișnuită)

3. Determinarea timpului de răcire disponibil (ore / zi)

Recoltarea este de la 6:00 la 12:00 sau 6 ore. Cele mai recent culese fructe sunt puse pe răcitorul cu aer forțat în jur de aprox. 7 dimineața, iar fructele ajung la depozitare în mod continuu după aceea până la ora 12:00. Răcirea cu aer forțat poate continua atât timp cât este necesar după ora 12:00, deci se estimează timpul de răcire disponibil de 6 ore , începând cu ora 07:00

până la 1:00. Ultimele fructe culese sunt, în general, cele mai calde fructe culese, astfel încât acestea pot sta pe răcitorul cu aer forțat mai mult, dacă este necesar.

4. Stabilirea numărul de loturi (loturi / zi)

Din tabelul 2, este rezonabil să se vrea un timp de răcire 7/8

de 1,5 ore pentru căpșuni, prin urmare:

6 ore disponibile / zi ÷ 1,5 ore / lot = 4 loturi / zi

5. Calculați mărimea lotului, kg / lot (lbs / lot) 5760 kg / zi ÷ 4 loturi / zi = 1440 kg / lot (12680 lbs / zi ÷ 4 loturi / zi = 3170 lbs / lot )

Ar rezulta 240 de unități/ lot, sau 4 paleti.

6. Alegerea unei rate a fluxului de aer, l / s / kg (CFM / lbs)

Din tabelul 2, un timp de răcire 7/8 de 1,5 oră corespunde cu rată a fluxului de aer aproximativă de 2,0 l / s / kg de produse (2 CFM / lbs). Cu cât fluxul de aer este mai mare, cu atât mai rapid este timpul de răcire, și cu cât fluxul de aer este mai mic, cu atât mai lent este timpul de răcire. Prezicerea timpului de răcire 7/8 este dificilă, deoarece acesta depinde de foarte multe variabile.

7. Calcularea fluxului de aer al ventilatorului, L / s (CFM)

2.0 L / s / kg x 1440 kg / lot = 2,880 l / s (2,88 m 3 / s)

(2,0 CFM / lbs x 3170 lbs / lot = 6340 CFM)

Tabelul 3 sugerează că un ventilator centrifugal cu un motor de 2,25 kW (3 CP) ar fi suficient. În caz contrar, adresați-vă unui furnizor de ventilatoare pentru un ventilator care distribuie cel puțin 2880 l / s la o presiune statică de 25 mm (6340 CFM la presiune statică de 1 inci).

8. Calcularea refrigerării de vârf, kW (Btu / h)

2.1 x (25oC – 0oC) x 1440 kg x 3.77 kJ/kg/oC÷1.5 h

= 190000 kJ/h sau 53 kJ/s sau 53 kW sau 15 tone

2.1 x (77oF – 32oF) x 3170 lbs x 0.9 Btu/lb/ oF ÷1.5 h

= 179750 Btu / h sau 15 tone de refrigerare

Această cantitate este pentru răcirea fructelor de pădure, nu a sălii în sine!

9. Utilizarea regulii de refrigerare 2/3 , KW (Btu / h)

15 tone de refrigerare este mult pentru un răcitor cu aer forțat cu 4 paleți de fructe de pădure, la un moment dat. Deci:

53 kW (teorie) x 2/3 = 35 kW (practic); 10 tone

179750 Btu/h x 2/3 = 119,800 Btu/h;10 tone

10. Determinarea lățimii tunelului și distanța de perete, m (ft)

2.88 m3/s ÷ 5 m/s viteza max. a aerului = 0.58 m2 suprafață min.

6340 CFM ÷ 1,000 ft / min max. = 6,34 ft 2 suprafață min.

Cu paleți de 1,5 m înălțime (5 ft), lățimea tunelului trebuie să fie de cel puțin 0,58 m2 ÷ 1.5 m = 0.4 m, totuși, o mărime minimă practică este 0.6 m (2 ft). Diferența față de perete ar fi, de asemenea de minim 0,3 m (1 ft) pentru a permite unui operator să se strecoare.

ALTE CONSIDERAȚII

• prelata de peste tunel trebuie să se extindă cât mai aproape de marginea exterioară superioară a paleților și până la podea la sfârșitul rândului de paleți pentru a preveni scurtcircuitul de aer

• elemente de rigidizare țesute în prelată sunt necesare pentru a împiedica ca aceasta să fie aspirată în tunel

• verificați pentru scurgeri de aer, folosind celofan, care va fi tras în găurile neacoperite

• ventilatorul ar trebui să fie centrat în conductă astfel încât să tragă aer cât mai uniform posibil din tunel

• loturi mari recoltate devreme în zi au o sarcină termică similară cu loturi mici recoltate mai târziu în aceeași zi

• containerele goale și produsele recoltate trebuie să fie acoperite cu corturi sau copertine pe câmp pentru a minimiza acumularea de căldură

• pe măsură ce ziua se încălzește, reduceți timpul în care produsul se află pe câmp înainte de a fi răcit