CC BY
42
УДК 631.365:635.1 И.А. Худоногов,
В.Д. Очиров
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ТЕРМОРАДИАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОРНЕПЛОДОВ МОРКОВИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНАЛОГОВОГО И ЦИФРОВОГО ПРИБОРОВ
Ключевые слова: корнеплоды моркови, ИК-облучение, терморадиационные характеристики, аналоговый прибор, цифровой прибор, коэффициент пропускания.
Многими исследователями отмечено, что различные коллоидные капиллярно-пористые тела, к которым относятся и корнеплоды моркови, обладают четко выраженной селективностью к поглощению ИК-излучения в диапазоне длин волн ИК-спектра. Поэтому источники излучения следует подбирать исходя из конкретных терморадиационных и оптических характеристик данного материала, с учетом конструктивных особенностей и энергетической характеристики аппарата.
К терморадиационным характеристикам пищевых продуктов относятся спектральные коэффициенты отражения Rx, поглощения Ах и пропускания Т^.
Для обеспечения объемного облучения продукта необходимо определить диапазон длин волн ИК-спектра, в пределах которого продукт имеет наименьшую отражательную и наибольшую поглощатель-ную способности при значительной проницаемости облучаемого сырья. Корреляция спектральных терморадиационных характеристик материала с эмиссионными характеристиками ИК-генератора излучения позволяет выбрать рациональный тип генератора и обосновать оптимальные режимы его работы.
Терморадиационные характеристики объектов зависят от многих факторов: влажности и температуры, преобладающей формы связи влаги с материалом, его структуры, полей влагосодержания в объекте и т.д. Это свидетельствует о сложности проблемы исследования оптических свойств материалов и необходимости стабилизации указанных параметров в процессе эксперимента при большой его
продолжительности. В связи с этим возникает задача усовершенствования способа измерения спектральных терморадиационных характеристик корнеплодов моркови [1].
Для определения спектральных терморадиационных характеристик корнеплодов моркови нами были использованы аналоговый и цифровой приборы, принципиальные электрические схемы которых приведены на рисунках 1 и 2 [2].
Спектральные терморадиационные характеристики определялись по следующей методике. В основе заложена идея измерения температуры на двух различных глубинах обрабатываемого материала. В качестве чувствительного температурного элемента используется полупроводниковый микротерморезистор типа МТ-54. Постоянная времени нагрева этого микро-терморезистора равна 500 мкс, поэтому измерение температуры можно производить в течение 2-3 с. Поскольку электронный усилитель имеет линейную характеристику, то показания приборов п и плотность потока проникающего излучения 1х связаны следующей зависимостью
1х = п ■ К, (1)
где К — постоянная прибора (при использовании данной методикой можно принять К = 1).
Общий вид приборов приведен на рисунках 3 и 4.
Для проведения эксперимента очищенная морковь, влажностью 60-65%, нарезалась на кружки толщиной 2-3 мм, толщина слоя варьировалась от 5 до 30 мм с интервалом 5 мм. Эксперимент проводился на специальной ИК-установке, предназначенной для осуществления таких технологических операций, как сушка и ка-рамелизация (рис. 5).
Экспериментальные данные, измеренные двумя приборами, представлены в таблицах 1 и 2.
Выполнив измерения в момент облучения испытуемого образца, можно определить коэффициент поглощения
П
2,3 •
А =
Х1 Х2
(2)
где п, — показания первого микроамперметра;
п2 — показания второго микроамперметра;
х, и х2 — толщина слоя материала, м.
Коэффициент пропускания можно определить по формуле
п2
Т = • 100% . п
(3)
Коэффициент отражения
R = 1 - (Т + А). (4)
При обработке результатов экспериментов использовались статистические методы с применением вычислительной техники [3, 4].
Путём подстановки полученных данных в формулу (3) построена зависимость спектрального коэффициента пропускания
корнеплодов моркови от толщины слоя (рис. 6).
Опыты показали, что проницаемость плодов моркови при облучении коротковолновым ИК-излучением в 1,5-2 раза выше, чем при облучении длинноволновым и средневолновым ИК-излучением.
Поэтому для процессов сушки и кара-мелизации корнеплодов моркови оптимальной принята область спектра от 3 мкм и более, так как в этом диапазоне наблюдается интенсивное поглощение (90%) энергии ИК-излучения, а следовательно, для влагоудаления в процессах термообработки целесообразно использовать средне- и длинноволновые ИК-излучатели.
Эксперименты показали, что спектральные коэффициенты пропускания корнеплодов моркови, полученные аналоговым и цифровым приборами, отличаются незначительно. Достоинством цифрового прибора является экспрессность, надежность и высокая точность результатов измерений.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема аналогового прибора
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема цифрового прибора
Рис. 3. Общий вид аналогового прибора
Рис. 4. Общий вид цифрового прибора
Рис. 5. Технологическая схема установки с управляемым прерывным ИК облучением: 1 — ИК-облучатели; 2 — кассеты с сырьем; 3 — центробежный вентилятор; 4 — пульт управления ИК-облучателями; 5 — пульт управления вентилятором; 6 — автоматический выключатель; 7 — амперметр
Таблица 1
Экспериментальные данные, измеренные цифровым прибором
Толщина слоя моркови, мм Показания микроамперметров цА1 и пропускания для различных цА2 и спектральный коэффициент источников ИК-излучения
коротковолновый Т, % средневолновый Т, % длинноволновый Т, %
М-А1 цА2 ЦА1 ЦА2 ЦА1 ЦА2
5 11000 6490 59 9700 3800 39 8500 2500 29
10 11000 5600 46 9700 2900 30 8500 2000 23
15 11000 3850 35 9700 2400 24 8500 1700 20
20 11000 3410 31 9700 1900 20 8500 1400 16
25 11000 2970 27 9700 1600 16 8500 1100 13
30 11000 2640 24 9700 1300 13 8500 850 10
Таблица 2
Экспериментальные данные, измеренные аналоговым прибором
Толщина слоя моркови, мм Показания микроамперметров цА, и пропускания для различных цА2 и спектральный коэффициент источников ИК-излучения
коротковолновый Т, % средневолновый Т, % длинноволновый Т, %
ЦА( ЦА2 ЦА1 ЦА2 ЦА( ЦА2
5 280 168 60 240 96 40 210 63 30
10 280 126 45 240 72 30 210 50 24
15 280 95 34 240 60 25 210 42 20
20 280 84 30 240 48 20 210 35 17
25 280 75 25 240 40 14 210 29 14
30 280 64 23 240 33 13 210 21 10
Рис. 6. Зависимость спектрального коэффициента пропускания корнеплодов моркови от толщины слоя, измеренная цифровым (а) и аналоговым (б) приборами: 1 — коротковолновый ИК излучатель (АЛтах = 1,4-1,6 мкм); 2 — средневолновый ИК излучатель (ЛХтах = 2,0-3,0 мкм); 3 — длинноволновый ИК излучатель (АЛтах = 6-8 мкм)
Библиографический список
1. Спирин Р.И. Разработка технологии хлеба из целого зерна пшеницы с предварительной ИК-обработкой зерна: авто-реф. дис. ... к.т.н. / Р.И. Спирин. — М.: МГУПП, 2007. — 24 с.
2. Худоногов А.М. Технология обработки дикорастущего и сельскохозяйственного сырья высококонцентрированным инфракрасным нагревом: дис. ... д.т.н.:
05.20.01., 05.20.02. / А.М. Худоногов. — Новосибирск, 1989. — 428 с.
3. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Н. Корн. — М.: Наука, 1984. — 831 с.
4. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: справочник / под ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. — М.: Энергоиздат, 1982. — 512 с.
+ + +
