Усушка при холодильном хранении продуктов
Усушку нельзя рассматривать как простую потерю продуктами влаги. При усушке ухудшается качество продукта, так как в подсохшем поверхностном слое усиливаются окислительные и гидролитические процессы и этот слой в процессе хранения приобретает ненатуральные, несвежие вкус и запах.
Усушка при хранении имеет ту же физическую основу, что и при охлаждении продукта. Отличительной особенностью является длительность процесса.
Для описания величины усушки при охлаждении использовано выражение (3.31). Это выражение наглядно, но для практического пользования неудобно, поскольку в выражении (3.31) присутствует трудноопределяемая температура поверхности продукта (£я). Установлено, что разность температур поверхности продукта и теплоотводящей среды пропорциональна психрометрической разности.
Коэффициент пропорциональности (Н) зависит от скорости движения воздуха. В интервале скоростей от 0,2 до 3,0 м/с коэффициент пропорциональности изменяется от 0,85 до 1,0. Учитывая то, что эта величина близка к единице, для оценки относительной величины усушки (G) замороженных продуктов приближенно можно считать:
A-F—Т (100-ФН24 + О 5
Gnp-I„ 480
Где
Ф — относительная влажность воздуха;
Tc — температура воздуха в холодильной камере, °С.
Выражение (5.1) позволяет выделить основные параметры, влияющие на усушку. Это прежде всего теплоотдача от поверхности продукта, оцениваемая коэффициентом теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи пропорционален скорости движения воздуха в холодильной камере. С увеличением скорости движения воздуха возрастает усушка продукта, что предполагает применение технических средств и приемов, обеспечивающих ее уменьшение, например влагоизоляцию поверхности, применение систем конвективного охлаждения и т. д.
Усушка возрастает с увеличением площади поверхности продукта. Поэтому при хранении продуктов холодильную камеру следует загружать с достаточной полнотой. Это требование вытекает и из анализа отношения F/Gnp. Преобразование F/Gnp —» F/V дает основание утверждать, что с увеличением размеров штабеля с продуктом в холодильной камере отношение F/V уменьшается, т. е. уменьшается относительная площадь поверхности продукта, с которой возможно испарение влаги.
Увеличение относительной влажности воздуха в холодильной камере приводит к уменьшению усушки. При относительной влажности воздуха ф — 100% усушка равна 0.
Понижение температуры холодильного хранения уменьшает усушку. При температуре Tc = -24 °С усушка равна 0. Строго говоря, результаты холодильного хранения неупакованных замороженных продуктов свидетельствуют, что при температуре -24 °С усушка не равна 0. С уверенностью можно утверждать лишь то, что она к этому стремится. Усушка практически равна нулю при температуре холодильного хранения ниже -35 °С. Поэтому современная тенденция долгосрочного холодильного хранения продуктов с учетом практической целесообразности состоит в применении на холодильниках температуры хранения -35 °С и ниже.
Более простое представление о величинах, определяющих усушку, дает выражение (5.2):
1 +— ос„„ |
Gb-Яг’ (5-2)
"пр’Ч
Где
Q — тепло, полученное поверхностью продукта, Дж; iH — удельная теплота испарения или сублимации, Дж/кг. Из выражения (5.2) следует, что величина усушки определяется количеством тепла, достигающего поверхности продукта Q, Вт.
Технические средства уменьшения усушки продукта при холодильном хранении
Тепло Q, достигающее поверхности продукта, является суммой тепло- притоков в холодильную камеру. Это теплоприток через наружные ограждения (через теплоизоляцию Qii, теплоприток от воздуха, поступающего в камеру как через двери, так и при вентилировании камер хранения растительной продукции QB, теплопритоков от продуктов, имеющих температуру выше температуры воздуха холодильной камеры Q^ и все остальные виды менее значимых теплопритоков, называемых эксплуатационными теплопритоками Q,).
Величину теплопритока через наружные ограждения можно оценить из выражения (5.3):
Ds=k-F-(tBH-taK), (5.3)
Где
K — коэффициент теплопередачи плоской стенки, Вт/(м2 • К); F— площадь поверхности ограждения, м2;
Tm, TKK — температура воздуха снаружи и внутри холодильной камеры, °С.
Коэффициент теплопередачи плоской стенки выражают соотношением (5.4):
А, — теплопроводность каждого из элементов строительной конструкции стены, Вт/(м • К);
8из — толщина теплоизоляции холодильной камеры, м;
Лиз — теплопроводность материала теплоизоляции, Вт/(м • К).
Величины авн, авк определяются скоростью движения воздуха. Полагаем, что эти величины неизменны и ими для упрощения логики анализа можно пренебречь.
Если принять постоянной отношение 8сгр /Астр, то величина коэффициента теплопередачи будет определяться теплопроводностью теплоизоляции А, из и ее толщиной 5из.
Таким образом, если допустить, что все тепло, проникающее через теплоизоляцию, достигает поверхности продукта, то уменьшить усушку можно посредством установки более совершенной теплоизоляции. Это может быть достигнуто установкой теплоизоляции, имеющей малую величину теплопроводности материала, из которого она изготовлена, или посредством теплоизолирующих систем, обеспечивающих погашение теплопритоков.
Такие системы могут быть выполнены в виде «защитной рубашки» с конвективным (рис. 5.1) или принудительным движением в них воздуха (рис. 5.2).
Погашение теплопритока возможно посредством так называемых панельных систем (рис. 5.3).
Строительно-изоляционная конструкция с защитной рубашкой применяется преимущественно на больших холодильниках.
1
Рис. 5.1 Холодильная камера с теплозащитной рубашкой 1 — батареи с холодильным агентом, 2 — теплозащитная рубашка, 3 — батареи внутри камеры |
Рис. 5.2 Теплозащитная рубашка с вентилятором |
1 — воздухоохладитель, 2 — вентилятор, 3 — воздушный канал Рис. 5.3 Панельная система охлаждения 1 — теплоизоляция камеры, 2 — металлический лист, 3 — батареи с холодильным агентом |
Системе с защитной рубашкой присущи достоинства и недостатки. Достоинство системы — ее простота и способность к погашению теплопритоков. Недостатки состоят в неудобствах, вызванных удалением инея с поверхности батарей, неравномерным распределением температуры по объему продуха, т. е. пространства между стенами. Кроме того, не всегда удается обеспечить равенство температур в продухе и в холодильной камере. С тем чтобы иметь возможность погашать теп-
лопритоки внутри камер, в них приходится устанавливать дополнительные батареи (рис. 5.1, поз. 3).
В холодильных камерах с принудительным движением воздуха приходится решать проблему организации равномерного распределения потоков воздуха по всему объему канала, т. е. распределять воздух таким образом, чтобы он омывал всю площадь поверхности каналов. Кроме того, при расположении воздухоохладителя внутри канала появляются трудности в контроле состояния воздухоохладителя и при необходимости его ремонте.
Профессор С. Г. Чуклин предложил панельную систему охлаждения, выполняющую функцию гасящего теплового экрана. Достоинствами такой системы являются простота и надежность.
Система представляет контур, выполненный из металлического листа к которому приварены трубы (рис. 5.3). В трубах может циркулировать хладоноситель или холодильный агент. Тепловой поток, проникающий через ограждение, гасится на поверхности металлического листа — испарителя холодильной машины. Наряду с погашением теп — лопритоков испаритель подобного типа с гипертрофированно развитой поверхностью теплообмена обеспечивает стабильную температуру воздуха в холодильной камере.
Достоинство этой системы состоит еще и в том, что она позволяет существенно уменьшить разность температур между температурами воздуха в камере и температурой теплоотводящей среды.
Если тепло, подводимое к продукту и определяющее величину его усушки, принять равным теплу, отводимому испарителем, то эту величину можно представить выражением (5.5):
D=k0’F0<tBK-t0l (5-5)
Где £о — температура кипения холодильного агента или температура хладоносителя.
Выражение (5.5) соответствует количеству тепла, отводимому плоской поверхностью металлического листа испарителя.
Разность температур (tm— to) —» 0. При этих условиях испаритель должен иметь развитую поверхность, поскольку при конвективных условиях теплоотвода коэффициент теплопередачи испарителя невелик, Jfeo.- 4-6 Вт/(м2 • К).
Уменьшение разности температур Tm— To обеспечивает минимальную величину усушки, поскольку уменьшается потенциал влагопереноса — разность влагосодержаний вблизи поверхности продукта и в воздухе холодильной камеры.
Недостатком системы является металлоемкость. Система наиболее пригодна для длительного хранения замороженных продуктов, например для хранения государственного резерва мяса. Несмотря на то что уменьшение усушки превалирует над затратами по созданию системы, эта система находит свое своеобразное отражение в некоторых типах торгового холодильного оборудования, прежде всего в морозильных ларях.
Posted in Холодильная техника