CC BY
138
УДК 656.225.073.8
В. А. Болотин, В. В. Ефимов, Ж. Р. Кобулов
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ПЛОДООВОЩЕЙ ПРИ ПЕРЕВОЗКАХ В РЕФРИЖЕРАТОРНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МОДУЛЯХ
Рассмотрены факторы, влияющие на качество и сохранность перевозимых в рефрижераторных транспортных модулях плодоовощей. Подробно описаны характеристики теплообменных процессов в грузовом помещении.
перевозка плодоовощей, транспортные модули, качество перевозимых грузов, плотность штабеля, скорость охлаждения, масса перевозимого груза.
Введение
Перевозка скоропортящихся грузов в изотермических вагонах требует создания таких условий, при которых грузы сохраняют свои качества.
Скоропортящиеся грузы, как пищевые продукты, характеризуются следующими показателями качества:
энергетической ценностью - количеством энергии, выделяемой при усвоении человеком единицы массы продукта;
биологической ценностью - наличием витаминов и минеральных веществ, особо важных для организма аминокислот, жирных кислот и др.;
органолептической ценностью - вкусом, запахом, внешним видом, консистенцией;
физиологической ценностью - влиянием на деятельность отдельных систем человеческого организма (нервной, пищеварительной и т. д.);
усвояемостью - переработкой организмом данного продукта, например, белки мясных, рыбных, молочных продуктов усваиваются на 97 %, жиры растительные - на 90 %;
доброкачественностью - гарантией от вредного воздействия на человеческий организм, т. е. отсутствием ядовитых веществ, болезнетворных микробов, соединений свинца, ртути и т. п.
Сразу же после заготовки в продуктах начинают происходить процессы, ведущие к изменению их свойств и качества. Продукты с самого начала подвержены разлагающим воздействиям внутренних и внешних факторов. Плоды, ягоды и овощи некоторое время сохраняют тенденцию развития (созревания) и продолжают вести борьбу с микроорганизмами внешней среды.
Если снижается одно из показателей качества, это может привести к процессу порчи. Порча - это понижение показателей качества, понижение потребительских ценностей продукта, обусловленное изменением состава неорганических веществ. Она проявляется в изменении цвета (окисление гемоглобина или миоглобина), уплотнении и сморщивании поверхности (потеря межклеточной влаги).
Основными причинами порчи продуктов являются: поступление извне микроорганизмов при хранении и перевозках, особенно в антисанитарных условиях;
допущение состояний, благоприятных для развития внутри продуктов микробиальных и ферментальных процессов.
Условия, которые способствуют порче продуктов, разнообразны. Среди них можно выделить:
нарушение требуемого температурного режима хранения и перевозки; нарушение условий погрузки; попадание солнечного света на груз;
отсутствие вентилирования и циркуляции воздуха в грузовых помещениях транспортных и складских модулей;
несоблюдение лечебно-профилактических условий хранения грузов; прием к доставке заведомо испорченной продукции; нарушение технологических сроков хранения и перевозки груза.
Часто плодоовощи прибывают неохлажденными с мест их выращивания и грузятся на транспортные средства, а по правилам необходимо их охлаждать.
Погрузка неохлажденных плодоовощей приводит к дополнительной потери времени на охлаждение и соответственно к уменьшению скорости охлаждения. Малая скорость охлаждения плодоовощей является причиной порчи, которая до настоящего времени мало изучена.
Кроме того, на скорость охлаждения плодоовощей влияет множество факторов (рис. 1). В этой связи особую актуальность приобретают вопросы правильного определения и изучения этих факторов.
Рис. 1. Факторы, влияющие на качество при перевозке неохлажденных плодоовощей
1 Характеристика теплообменных процессов в грузовом помещении рефрижераторных транспортных модулей
После погрузки и закрытия дверей рефрижераторного вагона или контейнера запускают дизель-генераторы, устанавливают требуемый температурный режим и режим обслуживания груза в пути, включают холодильно-отопительное оборудование. При этом сначала начинают работать вентиляторы-циркуляторы, с помощью которых температурные поля свободного воздуха и груза во всех случаях, показанных на рис. 2, выравниваются, т. е. температура свободного воздуха внутри транспортного модуля после погрузки (4.п.п) становится примерно равной температуре груза, установившаяся после погрузки (£г.п.п). Таким способом бригады механиков контролируют (косвенно) фактическую температуру принятого груза. Через 7...10 мин после включения вентиляторов-циркуляторов автоматически включаются холодильные машины или электропечи, в зависимости от назначенного способа обслуживания груза в пути [1, 2].
Особенности теплообменных процессов, происходящих во время перевозки в грузовом помещении, можно рассматривать применительно к конкретным видам грузов.
В грузовое помещение вагона поступают неохлажденные гранаты при температуре £гн = 12 °С. Поскольку тип грузового фронта и время погрузки заданием не определены, будем считать, что температура воздуха на фронте погрузке t<j, = tF = 16,2 °С (рис. 2). По действующим правилам, предварительное охлаждение рефрижераторного вагона для неохлажденных грузов не требуется. В этом случае температура воздуха в вагоне на момент начала погрузки будет
tв.н.п = tф = tр = 16,2 °С.
Рис. 2. Динамика охлаждения воздуха и груза в вагоне в координатах (t° - температура, т - время):
НТРП - нестационарный температурный режим перевозки; ХМ - работа холодильных машин; Г - в данном случае источник теплопоступлений; ОС - теплопоступления от окружающей среды; /р, /в - соответственно изменение температуры наружного воздуха, груза и воздуха внутри грузового помещения вагона; тв - продолжительность первоначального охлаждения воздуха в грузовом помещении; тг - продолжительность охлаждения груза; т0б - общая продолжительность обслуживания груза в пути
В процессе погрузки воздух в вагоне будет охлаждаться, его температура будет стремиться выровняться с температурой гранат (рис. 2). Образуется температурный напор, появляются теплопритоки через ограждения вагона, открытую дверь. В дневное время действует солнечная радиация. Температура гранат будет повышаться и к концу погрузки может увеличиться примерно на полградуса. При желании можно вычислить температуру груза после погрузки (£г.п.п), но делать этого не нужно. Достаточно принять, что к концу погрузки и на момент включения холодильных машин температура груза не изменится, т. е. £г.п.п = £г.н = 12 °С.
Теплообменные процессы начинают происходить, когда расчетная температура наружного воздуха (£р = 16,4 °С) выше среднего значения температурного режима перевозки гранат (^ = (5 + 2) : 2 = 3,5 °С).
После включения холодильных машин из воздухораспределителя в грузовое помещение вагона начинает поступать холодный воздух, нагнетаемый вентиляторами-циркуляторами, и заполнять свободное пространство вокруг и внутри штабеля груза в соответствии с применяемой схемой циркуляции воздуха «вокруг и внутри штабеля». Забирая теплоту от груза и стен вагона, теплый воздух направляется к испарителям холодильных машин, охлаждается и снова нагнетается в воздухораспределитель. За счет работы холодильных машин происходит постепенное охлаждение циркулируемого воздуха, тары вагона и груза. Компенсируются внешние и внутренние теплопоступления.
Первоначальное охлаждение свободного воздуха в рефрижераторном вагоне (тв) будет длиться до тех пор, пока его температура не достигнет нижней границы требуемого температурного режима (£в.н = 2 °С). После этого холодильные машины отключают. За счет положительных суммарных теплопритоков циркулируемый воздух в вагоне будет прогреваться. При повышении температуры воздуха до верхней границы температурного режима (£в.в = 5 °С) вновь включают холодильные машины. Далее процесс повторяется.
По мере охлаждения груза интервалы между выключением и включением холодильных машин в стационарном режиме заметно увеличиваются. При продолжительности пауз в работе холодильных машин более 9 минут вентиляторы-циркуляторы автоматически отключаются.
Охлаждение груза до температурных значений, соответствующих стационарному температурному режиму, осуществляется за время тг, которое соответствует длительности теплообменного режима охлаждения груза. Затем этот режим переходит в режим теплокомпенсации и сохраняется до конца перевозки.
2 Влияние массы груза и степени плотности штабеля
на охлаждение свободного воздуха в транспортном модуле
Скорость охлаждения воздуха в грузовом помещении рефрижераторного вагона определяются по формуле, °С/ч:
Ь„ =
14,1 -к -Ь
0,32+ G6p -кш-кт
где числа - эмпирические коэффициенты, полученные путем многофакторного анализа и статистической обработки данных контрольноопытных перевозок скоропортящихся грузов;
км - поправочный эмпирический коэффициент, учитывающий
влияние мощности холодильных машин и температурного напора через ограждение грузового помещения на интенсивность теплообменных процессов;
кб - поправочный эмпирический коэффициент, учитывающий степень биохимических тепловыделений плодоовощей;
кш - поправочный эмпирический коэффициент, учитывающий
влияние степени плотности штабеля;
кт - поправочный эмпирический коэффициент, учитывающий степень скважности тары.
На сегодняшний день основными способами укладки грузов, применяющимися при перевозке плодоовощей на рефрижераторном транспорте, являются плотно-вертикальная, плотная укладка, ящики-лотки.
Результаты расчетов скорости охлаждения воздуха в грузовом помещении рефрижераторного транспортного модуля с помощью Microsoft Excel при разных значениях массы груза и степени плотности штабеля приведены на рис. 3.
Скорость теплоотдачи груза, °С/ч, определяют следующим образом:
тг
2,94 -кш.кТ 1,9 + G6p ’
где G6p - количество груза в вагоне, брутто.
Результаты расчета скорости теплоотдачи груза при разных значениях массы груза приведены на рис. 4.
а)
4
б)
в)
О
О
5 10 15 20 25 30 35 40
2бр, т
2бр, т
Рис. 3. График зависимости охлаждения воздуха в грузовом помещении рефрижераторного вагона от степени плотности штабеля и массы груза: а) при степени плотности штабеля рш = 0,9 и кш = 0,75; б) при рш = 0,5 и кш = 1,5; в) при рш = 1 и кш = 0,31
Рис. 4. График темпа теплоотдачи груза в транспортном модуле в зависимости от массы груза
3 Влияние плотности штабеля и высоты укладки на качество плодоовощей при перевозке
Особенно важными факторами, влияющими на сохранность качества плодоовощей при перевозке, являются плотность и высота штабеля.
Жесткие нормы использования грузовместимости рефрижераторных вагонов устанавливаются в связи с необходимостью повышения их производительности и рентабельности перевозок. Они вполне оправданны при перевозках замороженных и предварительно охлажденных грузов. Однако при определении размещения неохлажденных свежих плодоовощей подход должен быть более осторожным и взвешенным. Известно, что увеличение степени загрузки грузового объема способствует снижению величины потерь от усушки, и этот вывод находит подтверждение на практике [3]. С другой стороны, в рефрижераторных вагонах увеличение загрузки возможно лишь при увеличении высоты погрузки или плотности укладки. Первое приводит к тому, что наружные слои груза оказываются в непосредственной близости к приборам охлаждения, возрастает опасность переохлаждения и порчи продукции. Второе вызывает ухудшение циркуляции охлаждающего воздуха в толще штабеля, из-за чего могут образовываться зоны повышенной температуры, приводящей к снижению качества продукции.
Исходя из этого, при решении задачи, связанной со схемой укладки грузов, необходимо учитывать описанные особенности.
Наиболее опасным для качества груза является начальный этап охлаждения: после погрузки до момента достижения температуры воздуха в вагоне до требуемого режима перевозки. Опасность локального переохлаждения возрастает при большой начальной температуре груза,
больших высоте и плотности штабеля и продолжительности работы холодильных машин.
Температура внутри штабеля снижается тем медленнее, чем больше его начальная температура, выше и плотнее укладка груза. В свою очередь, наработка тем больше, чем выше начальная температура груза. Оказывает некоторое влияние и воздухопроницаемость тары: чем она больше, тем быстрее снижается температура. Ввиду сложности описанных зависимостей предположить какое-то определенное правило для оценки температуры в центре штабеля затруднительно. На практике скорость ее снижения в зависимости от различных условий, как показано выше, может изменяться в широких пределах.
Заключение
На сегодняшний день важными потребностями рыночной экономики являются как быстрота перевозки, так и сохранность качества перевозимых грузов. Для оценки влияния приведенных факторов на скорость охлаждения плодоовощей следует рассматривать их более подробно.
Приведенные данные, выводы и наблюдения, основанные на практическом опыте и теоретическом анализе, можно использовать в теплотехнических расчетах при определении влияния тепловых потоков на охлаждение грузов в пути.
Библиографический список
1. Теплотехнический расчет рефрижераторных транспортных модулей : метод. указания / В. В. Ефимов. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2003. - 63 с.
2. Условия подготовки и перевозки скоропортящихся грузов : учеб. пособие / В. В. Ефимов. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2003. - 135 с.
3. Исследование температурного поля плотного штабеля груза в рефрижераторном вагоне / В. К. Мироненко // Холодильная техника. - 1990. - Вып. № 9. - С. 27-31.
Статья поступила в редакцию 08.08.2010;
представлена к публикации членом редколлегии Ю. И. Ефименко
