УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЛНЕЧНОЙ СУШКИ ОВОЩЕЙ И ФРУКТОВ

DEVICE FOR SOLAR DRYING OF VEGETABLES AND FRUITS

Enver Kalafatov

ph. Doctor of Agricultural Sciences, Senior scientist, FSB Scientific Institution “Research Institute of Agriculture of Crimea”,

Russia, Republic of Crimea, Simferopol'

Nadezhda Gorb

scientist, department of horticulture FSB Scientific Institution “N BG, NSC” of the RAS,

Russia, Republic of Crimea, v. Malen'koye

Alexander Didovich

head of Department of mechanization of production and development of new machinery, FSB Scientific Institution “Research Institute of Agriculture of Crimea”,

Russia, Republic of Crimea, Simferopol'

Valentin Fedik

head of the laboratory of manufacturing and testing prototypes of equipment FSB Scientific Institution “Research Institute of Agriculture of Crimea”,

Russia, Republic of Crimea, Simferopol'

АННОТАЦИЯ

В статье приведена конструкция экспериментального образца гелио-сушилки с объемом загрузки в 100 кг и дополнительными гелио-воздухонагревателями общей площадью в 8 м² для сушки сельскохозяйственной продукции. Установлено, что за одно и тоже время (30 часов) сушка яблок происходит до 15 % влажности, груш 27 %, а контрольных образцов 45–47 %. Определена температура нагрева воздуха в сушилке от солнца и воздушного ТЭНа в 2 кВт при работе вентилятора производительностью 1300 м³/ч. Выявлены недостатки разработанной конструкции гелио-сушилки и намечены пути ее совершенствования.

ABSTRACT

The article describes the design of the experimental sample helio-dryers with load capacity of 100 kg and in the additional helium-air heaters total area of 8 m² for drying agricultural products. Experimental results show that over the same time (30 hours) drying the apples comes to 15 % humidity, pears 27 % and 45–47 % of control samples. With the parameters included in the dryer and out of it to calculate the air flow rate measured during drying. Pre-defined heating the air temperature in the dryer from the sun and PETN in 2 kW fan at the output of 1300 m³ / h. Disadvantages developed design helio-dryer and ways to improve it.

Ключевые слова: гелио-сушилка, температура и влажность воздуха, нагрев, теплоемкость.

Keywords: helio-dryers, temperature, humidity of air, heat, specific heat.

Сушка сельскохозяйственной продукции является энергоемким процессом. Например, в конвективных сушилках зерна с электроподогревом воздуха расход электроэнергии составляет от 1,3 до 1,9 кВт·ч, на каждый килограмм удаленной влаги, в терморадиационных от 1,4 до 2,2 кВт·ч, в высокочастотных от 1,8 до 3,5 кВт·ч [4]. В связи с совершенствованием конструкций терморадиационных сушилок, в которых наряду с прямым излучением используется и отраженные инфракрасные лучи, расход электроэнергии на каждый килограмм удаленной влаги согласно работе [1], составляет от 0,9 до 1,3 кВт·ч в зависимости от вида высушиваемого сырья.

Энергоемкость и технология сушки овощей и фруктов, существенно отличается от энергоемкости сушки зерна. Если для сушки зерна необходимо снизить его влажность в среднем от 30 % до 15 %, то есть в 2 раза, то для сушки овощей и фруктов этот показатель должен быть снижен в среднем от 85 % до 15 %, то есть в 5,66 раза. В Крыму, где поток солнечной радиации достигает 1000–1100 Вт·ч/м², а продолжительность солнечных дней в сезон заготовки овощей и фруктов наибольшая (август 308 часов, сентябрь 240 часов, октябрь 178 часов), не использовать эту энергию просто расточительство [2].

Существуют множество конструкций гелио-сушилок [5]. Наиболее рекламируемым является «Солнечная сушильная камера Zefiro-Max» выполненная на основе 20 тонного контейнера размерами 6000х2200х2200 мм на крыше которого установлен гелио-воздухо нагреватель из которого во внутрь контейнера прогоняется нагретый до 40⁰С воздух при помощи радиальных вентиляторов производительностью от 2000 Hm³/ч до 4000 Hm³/ч.

Основным недостатком этой конструкции, на наш взгляд, является не соответствие номинальной тепловой мощности в 10 кВт при солнечной радиации 1000 Вт/м², объему высушиваемой продукции которая не приводится.

Многочисленными работами установлено, что для испарения одного килограмма влаги из высушиваемого материала необходимо затратить от 0,9 кВт/ч до 1,9 кВт/ч тепловой энергии в зависимости от вида высушиваемой продукции и типа сушилок [3].

В ФГБУН «НИИСХ Крыма» была разработана и изготовлена сушилка на 100 кг продукции с площадью гелио-воздухонагревателей в 10 м² которые могут развивать тепловую мощность от 5 до 7 кВт в зависимости от погодных условий. С целью определение возможности сушки различной сельскохозяйственной продукции при помощи солнечных воздухонагревателей, была изготовлена лабораторная установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 1.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом: подаваемый в сушилку воздух нагревается в дополнительных воздухонагревателях общей площадью в 8 м² и обдувается с верху и с низу абсорбера, установленного между свето-пропускающей поверхностью и дном корпуса коллекторов. Далее этот воздух нагнетается вентилятором в гелио-коллектор сушилки площадью в 2 м². Под гелио-коллектором сушилки расположены сетчатые поддоны, в которые последовательно зигзагообразно подается горячий воздух, омывая высушиваемый продукт.

Рисунок 1. Принципиальная схема лабораторной установки для сушки с.х. продукции: 1 – сетчатые поддоны, 2 – гелиоколлектор сушилки, 3 – копус сушилки, 4,5 – колеса для транспортировки, 6 – вентилятор, 7 – электродвигатель, 8,9 – нагнетающий трубопровод, 10 – отсасывающий из коллекторов трубопровод, 11 – пульт управления, 13 – дверцы отсеков

Целью исследований является определение работоспособности гелио сушилки с дополнительными воздухонагревателями общей площадью в 10 м² при сушке различной сельскохозяйственной продукции. Определение работоспособности экспериментального образца сушилки проводили в отделении крымской опытной станции садоводства ГБУ РК «НБС ННЦ» на ранних сортах яблок и груш с 15.09.2016 г. по 19.09.2016 г. Всего в сушилку 15.09.2016 г. было заложено 80 кг яблок с первичной влажностью 80–85 %. 17.09.2016 г. Вес высушенного сырья составила 17 кг влажностью от 14–20 % в зависимости от толщины долек. Далее выгрузку готовой продукции осуществлялась 17.09.2016 г. В сушилку было заложено 96 кг груш разных сортов с влажностью от 85–90 % и 19.09.2016 г. была получена сушка весом 23 кг со средней влажностью 20 %.

В результате исследования были определены кривые сушки яблок (зависимость 1) и груш (зависимость 2) (рис. 2). Необходимо отметить, что сушка выполнялась исключительно в дневное время с 10.00 до 18.00 (в рабочее время). В ночное время вентилятор сушилки выключался и продукт отлеживался в сушилке до следующего дня. Поэтому на графике рис. 2 указано общее время сушки и отлеживания в сушилке. При отлеживании продукта в сушилке в ночное время продукт вновь приобретал некоторую влажность которая при включении вентилятора испарялась в течении 30–60 минут.

Рисунок 2. Кривые сушки яблок и груш

Таким образом время сушки для яблок и груш составили: для яблок 2,5 дней; для груш 3,5 дней. Во время сушки, в зависимости от температуры окружающей среды, термодатчик устанавливался на соответствующую температуру и вентилятор включался и отключался автоматически в зависимости от установленного предела разогрева сушилки. Таким образом, сушка вышеупомянутых продуктов проводился в режиме «нагрев – охлаждение» – в автоматическом режиме.

В процессе проведения экспериментов было установлено неравномерность сушки в зависимости от расположения сетчатых поддонов, что приводило к необходимости их перестановки в 2–3 раза в процессе сушки, что требует совершенствование конструкции сушильной камеры. Что качается работы гелио-воздухонагревателя, то в зависимости от погодных условий (интенсивности солнечного излучения) температура нагреваемого воздуха, составило от 40 до 60⁰С при цикличной работе вентилятора с откачной воздуха в среднем 1300 м³/ч из двух гелио-воздухонагревателей общей площадью 8 м².

С целью определения температурного режима сушильной камеры в сезон 2016 года, были замерены параметры входящего и выходящего в сушилку воздушного потока в различных ее точках с помощью прибора DVM171THD для длительной регистрации температуры и влажности воздуха в сушилке.

Методика измерений следующая. Первоначально прибор DVM171THD регистрировал температуру и влажность воздуха окружающей среды. Далее он помещался в воздушный поток входящего в сушилку воздуха. Затем прибор перемещался по секциям сушилки с продуктом, в области входящего и выходящего потока. На рис. 4 приводятся данные записи с регистратора прибора DVM171THD.

Анализ полученных данных по рис. 3 показывает на 01.10.2016 г. температура окружающей среды к 11-00 в среднем составила 25⁰С (красная линия), относительная влажность 33 % (желтая линия). Максимальная температура входящего в сушилку нагретого солнцем воздуха к 12–30 составила 46.6^ОС при влажности 13,6 %. Далее при перемещении прибора по секциям сушилки температура первоначально падает влажность соответственно увеличивается и далее по секциям температура снижается от 42,8^ОС до 24,4^ОС, а влажность увеличивается достигая своего максимума в конце последней секции 62,6 %, что объясняется поглощением температуры высушиваемым продуктом и снижением интенсивности солнечного излучения.

Далее приводятся данные сушки яблок на 08.10.2016 г. в пасмурную погоду при помощи ТЭНа 2 и 4 кВт (рис. 4).

Максимальная температура от ТЭНа в 4 кВт составила 32.3^ОС с влажностью 80.3 %. При этом температура окружающей среды с 10:30 по 11:00 составило в среднем 21^ОС с влажностью воздуха 78 %.

Рисунок 3. Данные записи регистратора на 01.10.2016 г. при сушке яблок от солнечной энергии

Рисунок 4. Сушка в пасмурную погоду при помощи ТЭНа 2 и 4 кВт

Дальнейшая сушка яблок с 13:20 до 17:00 от ТЭНа 2 кВт. приводит к снижению температуры воздуха до 25^ОС с увеличением влажности паровоздушной смеси до 66 % – что указывает на удаление влаги из высушиваемого продукта.

Выводы. В ФГБУН «НИИСХ Крыма» разработан, изготовлен экспериментальный образец гелио-сушилки с объемом загрузки до 100 кг, с площадью гелио-поля 10 м² и с дополнительными воздушными ТЭНами в 2–4 кВт (для сушки в ночное время и в непогоду), на которой проведены лабораторно-полевые испытания в производственных условиях.

Лабораторно полевые опыты по сушки яблок и груш в производственных условиях показывают, что в течении 30 часов, сушка яблок происходит до 15 % влажности, груш 27 %, а контрольных образцов 45–47 %.

Измерение параметров воздуха в сушилке, производили с новейшем регистротором при помощи программируемого прибора “DVM171THD” регистратор температуры и влажности воздуха» с целью определения влагосодержания входящего и выходящего из сушилки воздуха по известной методике.

Анализ полученных данных показывает, что в нагрев входящего в сушилку воздуха от солнечной энергии в ясную солнечную погоду осенью достигает до 46^ОС и более, при производительности вентилятора 1300 м³/ч.

При нагреве от ТЭНа мощностью в 2 кВт этот параметр в пасмурную погоду достигает до 28^ОС.

Лабораторно полевые эксперименты по замеру параметров воздуха, сушке яблок и груш показали неравномерность температуры по секциям сушилки и процесс сушки, что требует подачу воздуха отдельно в каждую секцию сушилки, а также усовершенствование самой конструкции сушилки путем изменения схемы подачи воздуха, либо лучшей теплоизоляцией трубопроводов вентилятора воздуха.

Список литературы:

1. Завали А.А., Янович И.В. Инфрокрасная сушка плодов и овощей. Научные труды южного филиала национального университета биоресурсов и природоиспользование Украины. / Крымский агротехнологический университет. Симферополь, 2011 г. – Вып. 137. – С. 189–195.
2. Казаченко С.В., Кибовский С.А Солнечная энергетика в Крыму / Методическое пособие для специалистов и всех интересующихся проблемами использования солнечной энергии. Киев – Симферополь, 2008 – 201 с.
3. Клямкин Н.К. ИК сушка перспектива развития сушильной отрасли / Техн. и оборуд. для села. 1999 – С. 20–21.
4. Применение электрической энергии в сельскохозяйственном производстве / Справочник под редакцией академика П.Н. Листова. – М: «Колос», 1974 г. – 622 с.
5. Солнечная сушилка-контейнер – [Электронный ресурс] – Режим доступа. — URL: //http://www.ecogeo.biz/gtek/zefiro-max-ru.html (Дата обращения 12.09.2016).